โจทย์: ในการจำลองโครงสร้างทางแบบยึดหยุ่น (Flexible) เป็นโครงสร้าง
3 ชั้น ดังรูป Stresses / Strains ที่วิกฤตในการออกแบบ
โครงสร้างทาง คือ ข้อใด
รูปภาพประกอบคำถาม:
คำตอบ 1: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น
Bituminous bound layer
คำตอบ 2: Tensile stresses ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Compressive strains ที่ด้านบนของชั้น Subgrade
คำตอบ 3: Tensile stresses และ Compressive strains ที่ด้านบนของ
ชั้น Subgrade
คำตอบ 4: Compressive strains ที่ผิวล่างของชั้น Bituminous bound layer
และ Tensile stresses ด้านบนของชั้น Subgrade
อธิบายคำตอบ:
Mechanical properties คือ พฤติกรรมอย่างหนึ่งของวัสดุ ที่สามารถแสดงออกมาเมื่อมีแรงจากภายนอกมากระทำ โดยแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะคือ ความเค้น (stress) และความเครียด(stain)
ความเค้น (Stress)
เป็นลักษณะของแรงต้านที่อยู่ภายในวัสดุทางโครงสร้าง ที่มีความพยายามในการต้านทานต่อแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัสดุนั้นๆ โดยพิจารณาจาก อัตราส่วนระหว่างแรงทั้งหมดที่กระทำต่อผิววัตถุต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
ชนิดของความเค้น
- Tensile Stress ความเค้นแรงดึงเป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดึง(Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Compressive Stress ความเค้นแรงกด หรือ ความเค้นแรงอัด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงกด ( Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Shear Stress ความเค้นแรงเฉือน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงเฉือน (Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Bending Stress ความเค้นแรงดัน เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงดัน (Bendins Force)ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- Torsion Stress ความเค้นแรงบิด เป็นความเค้นที่เกิดจากแรงบิด(Torque) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่รับแรง
- ความเครียด (Stain)
เป็นแรงที่มากระทำต่อโครงสร้าง จนโครงสร้างเกิดรับแรงนั้นไว้ไม่ไหว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างไปในทิศทางของแรงที่มากระทำ เช่น เกิดการยืดตัวออก (Elongation) หรือหดตัวเข้า(Contraction)โดยขนาดของความเครียดนี้พิจารณาจากอัตราส่วนระหว่างระยะยืด/หดที่เปลี่ยนแปลงต่อความยาวเดิมของโครงสร้าง
ชนิดของความเครียด
- Tensile Stain ความเครียดแรงดึงเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงดึง (Tensile Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Compressive Stain ความเครียดแรงกด หรือ ความเครียดแรงอัดเป็นความเครียดที่เกิดจากแรงกด (Compressive Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
- Shear Stain ความเครียดแรงเฉือน เป็นความเครียดที่เกิดจากแรงเฉือน(Shear Force) ที่มากระทำต่อ 1 หน่วยความยาวของวัสดุ
คุณสมบัติของวัสดุโครงสร้าง
วัสดุที่เลือกใช้ทางโครงสร้างมีความจำเป็นที่ผู้ออกแบบต้องรู้คุณสมบัติทางโครงสร้างของวัสดุแต่ละชนิดเพื่อเลือกใช้ให้เหมาะสม
Elastic – Plastic behavior
คุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างซึ่งถูกแรงกระทำแล้วสามารถทำให้แรงนั้นหายไปอย่างรวดเร็วเรียกว่า elastic behavior เหมือนการดึงยาง เมื่อไม่มีแรงกระทำก็คืนสู่สภาพเดิม
วัสดุทางโครงสร้างทุกชนิดถึงแม้ว่าจะมีความยืดหยุ่นสูงแต่ก็มีขอบเขต วัสดุที่ถูกแรงกระทำเกินขีดจำกัดจะเกิดการเสียรูปไป โดยคุณสมบัติของวัสดุทางโครงสร้างที่เสียรูปไปนี้ เรียกว่าplastic behavior เหมือนกับการดึงยางจนยึดและให้คืนสู่สภาพเดิม
ลักษณะของวัสดุที่ทนแรง elastic behavior จนถึงขีดสุด เรียกจุดที่วัสดุเปลี่ยนจากสถานภาพจาก elastic นี้ว่าจุดคราก (yield point) และเมื่อผ่านจุดนี้ไปแล้วจะเกิดการเปลี่ยนรูปที่เรียกว่า plastic behavior
สมบัติทางโครงสร้างที่ได้จากการทดสอบแรงดึงของวัสดุ มีดังนี้
1. โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก (Modulus of elasticity)
2. ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก (Stress and strain at yield)
3. ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (Ultimate tensile stress)
4. เปอร์เซ็นต์การยืดตัว (Percent elongation)
Modulus of elasticity
โมดูลัสของความเป็นอิลาสติก : เป็นค่าความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุ เมื่อได้รับแรงกระทำ สามารถพิจารณาได้จากความชันของกราฟระหว่างความเค้น (stress) และความเครียด (strain) ของวัสดุในระยะแรก ที่ยังแสดงคุณสมบัติยืดหยุ่น (elastic) อยู่
เมื่อออกแรงดึงเส้นวัสดุโดยไม่ให้ขนาดของแรงดึงเกินขีดจำกัดการแปรผันตรงของวัสดุ ความเค้นจะแปรผันตรงกับความเครียด นั่นคืออัตราส่วนระหว่างความเค้นและความเครียดของวัสดุชนิดหนึ่งๆ จะมีค่าคงตัว เรียกค่าคงที่นี้ว่ามอดูลัสของยัง (Young’s modulus) แทนด้วยสัญลักษณ์ Y
Stress and strain at yield
ความเค้นและความเครียด ณ จุดคราก : เป็นค่าความเค้นและความเครียดของวัสดุ ณ จุดที่เปลี่ยน คุณสมบัติจากอิลาสติก (elastic) ไปเป็นพลาสติก (plastic) หรืออีกนัยหนึ่ง วัสดุนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวรเมื่อความเค้นหรือความเครียดมีค่ามากกว่านี้
Ultimate tensile strength
ความต้านทานแรงดึงดูด : คือความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุ
Percent elongation (%)
เปอร์เซ็นต์การยืดตัว : เปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุทางโครงสร้างตัวอย่างภายใต้แรงดึงเมื่อเทียบกับระยะการวัด (gage length) ของวัสดุทดสอบ และยังเป็นค่าที่ใช้บอกถึงความอ่อน (ductile) ของวัสดุ โดยทั่วไปโลหะยิ่งอ่อนยิ่งมีค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดมากแสดงว่าโลหะนั้นเปลี่ยนรูปมาก
Material constants and safety factor
การเลือกใช้วัสดุทางโครงสร้างต่างชนิดกันก็มีการเสียรูปเมื่อมีแรงมากระทำที่ไม่เหมือนกัน เช่น ลวดเหล็กยาว 5 เมตร เมื่อรับน้ำหนัก 1000 กิโลกรัม ลวดจะมีความยาวเพิ่ม 2/3 เซนติเมตร ลวดอลูมิเนียมมีความยาวและน้ำหนักเท่ากันจะมีความยาวเพิ่ม 2 เซนติเมตร แล้วแต่คุณสมบัติของวัสดุนั้นๆ
เหตุนี้ทำให้เราต้องรู้ถึงโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุอย่างถูกต้อง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น