ច្បាប់ហ៊ូក

ពីtestwiki
Jump to navigation Jump to search
ឯកសារ:Ressort.png
រ៉ឺសរ​មួយ​ក្រោយ​ទាញ​ចុះ​ក្រោម​ប្រវែង x ។ កំលាំង F ប្រឹង​ទាញ​រ៉ឺសរ​អោយ​ទៅ​ទីតាំង​ដើម​វិញ

ក្នុងមេកានិច, និង រូបវិទ្យា, ច្បាប់ហ៊ូក នៃ អេឡាស្ទីស៊ីតេ ជា​ការ​ប្រហែល​មួយ​ដែល​ចែង​ថា សាច់លូត​របស់​រ៉ឺសរ​មួយ​សមាមាត្រ​នឹង​បន្ទុក​ដែល​មាន​អំពើលើវា អោយ​តែ​បន្ទុក​នោះ​មិន​មាន​តំលៃ​លើសពីលីមីតអេឡាស្ទិចទេ។ សម្ភារៈ​ដែល​អាច​ប្រើ​ច្បាប់​ហ៊ូក​បាន គេ​ហៅថា សម្ភារៈលីនេអ៊ែរអេឡាស្ទិច រឺ សម្ភារៈ​ហ៊ូក។ ឃ្លា​សាមញ្ញ​របស់​ច្បាប់​ហ៊ូក​បាន​ចែងថា ដេហ្វម៉ាស្យុងសមាមាត្រជាមួយកុងត្រាំង។ តាមបែបគណិតវិទ្យា ច្បាប់ហ៊ូកចែងថា

 F=kx,

ដែល

 x ជាបំលាស់ទី របស់ចុងរ៉ឺសរចេញពីទីតាំងលំនឹងរបស់វា (គិតជា "m" ក្នុងប្រព័ន្ធឯកតា SI);
 F ជាកំលាំងដែលមានអំពើលើរ៉ឺសរ (គិតជា "N" ក្នុងប្រព័ន្ធឯកតា SI); និង
 k ជាថេររ៉ឺសរ (គិតជា " N•m-1" ក្នុងប្រព័ន្ធឯកតា SI).

សញ្ញាដក ក្នុងរូបមន្តខាងលើ មានន័យថា កំលាំងមានទិសដៅផ្ទុយពីបំលាស់ទី៖ បើយើងទាញទៅខាងឆ្វេង រ៉ឺសរ​ទាញ​មក​ខាង​ស្ដាំវិញ។ នៅ​ពេល​ដែល​ទំនាក់ទំនង​រវាង​កំលាំង​និង​បំលាស់ទី គោរព​តាម​ច្បាប់​ហ៊ូក គេនិយាយថា រ៉ឺសរ​មាន​លក្ខណៈ​លីនេអ៊ែរ។ ច្បាប់ហ៊ូកត្រូវបានដាក់ឈ្មោះតាម រ៉ូប៊ែរ ហ៊ូក ដែល​ជា​រូបវិទូ​អង់គ្លេស​ក្នុង​សតវត្សរ៍​ទី​១៧។

អេឡាស្ទិច

ឯកសារ:BarElasticLinear.png
របារ​មាន​មុខ​កាត់ A រង​កំលាំង F

វត្ថុមួយមានលក្ខណៈអេឡាស្ទិចបើវាត្រលប់ទៅជាមានរូបរាងដូចដើមវិញភ្លាមៗក្រោយពីខូចទ្រង់ទ្រាយដោយសារកំលាំងមក ដោយ​ម៉ូលេគុល​រឺ​អាតូម​របស់​សម្ភារៈ​ត្រលប់​ទៅ​សភាព​ដើម​ដែល​ជា​សភាព​មាន​លំនឹង​ស្តាប។ បើបន្ទាប់ពីដកកំលាំងចេញ វត្ថុ​នៅ​សល់​ដេហ្វម៉ាស្យុង​ខ្លះ នោះយើងនិយាយថា វត្ថុនោះមានលក្ខណៈប្លាស្ទិច។

យើងពិនិត្យ​របារ​មួយ ដែល​សម្ភារៈ​របស់​វា​អាចចាត់ទុកថាមាន​លក្ខណៈ​អេឡាស្ទិច ដូច្នេះ​របារ​នេះ​ប្រៀប​បាន​ជា​រ៉ឺសរលីនេអ៊ែរមួយ​ដែរ។ របារ​មានប្រវែង  L មានមុខកាត់  A ។ យើង​ចាប់​​ទាញ​របារ​នេះ​ដោយ​កំលាំង  F ។ តាម​ច្បាប់​ហ៊ូក បំលាស់​ទី  u សមាមាត្រនឹងកំលាំង  F ដូច្នេះ

 F=ku

យើងមាន

កុងត្រាំង σ=FAF=σA
ដេហ្វម៉ាស្យុង ϵ=uLu=ϵL

ដូច្នេះ

F=kuσA=kϵL
σ=kLAϵ=Eϵ

ដែល E មាន​ឈ្មោះ​ថា ម៉ូឌុល​យ៉ាំង


ច្បាប់ហ៊ូកផ្ទៀងផ្ទាត់ចំពោះសម្ភារៈខ្លះក្រោមលក្ខខណ្ឌបន្ទុកខ្លះតែប៉ុណ្ណោះ។ ដែក មាន​លក្ខណៈ​លីនេអ៊ែរ​អេឡាស្ទិច​នៅ​ក្នុង​ការ​អនុវត្ត​ជាក់ស្ដែង​ក្នុង​វិស័យ​វិស្វកម្ម​ភាគ​ច្រើន ; ច្បាប់​ហ៊ូក​មាន​តំលៃ​ត្រឹមត្រូវ​តែ​នៅ​ក្នុង​ដែន​អេឡាស្ទិច​តែ​ប៉ុណ្ណោះ (ឧទាហរណ៍​ចំពោះ​កុងត្រាំង​តូច​ជាង លីមីតអេឡាស្ទិច)។ សម្ភារៈ​ខ្លះ​ទៀត ដូចជា អាលុយមីញ៉ូម, ច្បាប់​ហ៊ូក​ផ្ទៀងផ្ទាត់​បាន​តែ​នៅ​លើ​ផ្នែក​ណា​មួយ​នៃ​ដែន​អេឡាស្ទិចតែប៉ុណ្ណោះ។ ចំពោះសម្ភារៈបែបនេះ គេ​កំនត់​តំលៃ​កុងត្រាំង​លីមីត​មួយ​ដែល​នៅ​ពេល​កុងត្រាំង​ឋិត​នៅ​ក្រោម​តំលៃ​លីមីតនេះ គេ​អាច​សន្មត​ថា​កុងត្រាំង​សមាមាត្រ​នឹងដេហ្វម៉ាស្យុងបាន ដោយ​មិន​សូវ​ល្អៀងខ្លាំង ដែល​លីមីត​នោះ​គេ​ហៅ​ថា កុងត្រាំងលីមីតសមាមាត្រកៅស៊ូ ត្រូវបានចាត់ទុកជាទូទៅថាមិនមែនជាប្រភេទសម្ភារៈហ៊ូកព្រោះអេឡាស្ទីស៊ីតេរបស់វាអាស្រ័យនឹងកុងត្រាំងនិងប្រែប្រួលខ្លាំងទៅតាមសីតុណ្ហភាពនិងអត្រាកំនើនបន្ទុក។ ការ​អនុវត្តច្បាប់ហ៊ូកមាននៅក្នុងម៉ាស៊ីនថ្លឹងប្រើរ៉ឺសរ ការ​វិភាគ​កុងត្រាំង​និង​ការ​ធ្វើ​ម៉ូដែល​សម្ភារៈ។

កន្សោម​តង់ស៊័រ​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក

នៅ​ពេលធ្វើ​ការ​ក្នុង​សភាព​កុងត្រាំង 3D, គេ​ត្រូវ​តែ​កំណត់​តង់ស៊័រ​លំដាប់​ទី៤ 𝖼 (cijk) ដែល​មាន​កុំប៉ូសង់​ចំនួន​៨១ ដែល​ជា​មេគុណ​អេឡាស្ទិច, ដើម្បី​ភ្ជាប់​ទំនាក់ទំនង​រវាង​កុងត្រាំង​ σij) និង ដេហ្វរម៉ាស្យុង ϵ (ϵk)។

σ=𝖼:ϵ.

ដោយ​សរសេរ​ ជា​អនុគមន៍​នៃ​កុំប៉ូសង់​ក្នុង​តម្រុយ​កែង, ទម្រង់​ទូទៅ​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក អាច​សរសេរ​ជា (ដោយ​ប្រើ​ទម្រង់​បូក​សន្មត​របស់​អាញស្តាញ)

σij=cijkϵk

តង់ស៊័រ 𝖼 មាន​ឈ្មោះ​ថា តង់ស៊័រ​ stiffnessតង់ស៊័រ​អេឡាស្ទីស៊ីតេ។ ដោយ​សារ​ភាព​ស៊ីមេទ្រី នៃ​តង់ស៊័រ​កុងត្រាំង, តង់ស៊័រ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង និង តង់ស៊័រ stiffness, នោះ គេ​មាន​មេគុណ​អេឡាស្ទិចឯករាជ្យ​ចំនួន​តែ ២១ តែ​ប៉ុណ្ណោះ។ ខ្នាត​របស់​កុងត្រាំង​ដូច​ខ្នាត​របស់​សម្ពាធ, ដេហ្វរម៉ាស្យុង​គ្មាន​ខ្នាត ដូច្នេះ មេគុណ cijk មាន​ខ្នាត​ដូច​សម្ពាធ​ដែរ​។

កន្សោម​ទូទៅ​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក អាច​បញ្ច្រាស​ទាញ​រក​ដេហ្វរម៉ាស្យុង​ជា​អនុគមន៍​នៃ​កុងត្រាំង​បាន និង កំណត់​ដោយ ៖

ϵ=𝗌:σorϵij=sijkσk.

តង់ស៊័រ 𝗌 ហៅថា compliance tensor

សម្ភារៈ​អ៊ីសូត្រូប

សម្ភារៈ​អ៊ីសូត្រូប​មាន​លក្ខណៈ​ពិសេស​ត្រង់​មិន​អាស្រ័យ​នឹង​ទិសក្នុង​លំហ។ ដូច្នេះ​ សមីការ​រូប​សម្រាប់​សម្ភារៈ​អ៊ីសូត្រូប ក៏​ត្រូវ​តែ​មិន​អាស្រ័យ​នឹង​ប្រព័ន្ធ​អ័ក្ស​ ដែរ។ តង់ស៊័រ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង​មាន​ភាព​ស៊ីមេទ្រី។ ដោយ Trace របស់​គ្រប់​តង់ស៊័រ​​ទាំង​អស់​មិន​អាស្រ័យ​នឹង​ប្រព័ន្ធ​តម្រុយ ដូច្នេះ​ការ​សរសេរ​តង់ស៊័រ​ស៊ីមេទ្រី​មួយ​ដែល​មិន​អាស្រ័យ​នឹង​ប្រព័ន្ធ​អ័ក្ស​ គេ​គួរ​តែ​សរសេរ​ជា​អនុគមន៍​នៃ​ផលបូក​នៃ​តង់ស៊័រ​ថេរ និង តង់ស៊័រ​មាន​ Trace ស្មើ​សូន្យ។[] ដូច្នេះ៖

εij=(13εkkδij)+(εij13εkkδij)

ដែល δij ជា​ សញ្ញា​ Kronecker

តួ​ទី​មួយ​នៃ​អង្គ​ខាង​ស្ដាំ ជា​តង់ស៊័រ​ថេរ ដែល​គេ​ហៅ​ថា តង់ស៊័រ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង​មាឌ និង តួ​ទី​ពីរ ជា​តង់ស៊័រ​ស៊ីមេទ្រី​ មាន​ Trace ស្មើ​សូន្យ ដែល​គេ​ហៅ​ថា តង់ស៊័រ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង​លំងាកតង់ស៊័រ​កាត់​

ទម្រង់​ទូទៅ​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក សម្រាប់​សម្ភារៈ​អ៊ីសូត្រូប ជា​បន្សំ​លីនេអ៊ែរ​នៃ​តង់ស៊័រ​ទាំង​ពីរ ៖

σij=3K(13εkkδij)+2G(εij13εkkδij)

ដែល K ជា​ ម៉ូឌុល​ bulk និង G ជា​ ម៉ូឌុល​កាត់​ ។ ទម្រង់​នេះ​អាច​សម្រួល​មក​ជា ៖

σij=E1+ν(εij+ν12νεkkδij)

ដែល៖

- σij = កុងត្រាំង
- E  = ម៉ូឌុលយ៉ាំង (Young)
- ν = មេគុណ Poisson

ទំរង់បញ្ចេញរបស់ច្បាប់នេះគឺៈ

ε11=1E[σ11ν(σ22+σ33)]ε22=1E[σ22ν(σ11+σ33)]ε33=1E[σ33ν(σ11+σ22)]ε12=12Gσ12;ε13=12Gσ13;ε23=12Gσ23

ក្រោម​ទម្រង់​ម៉ាទ្រីស ច្បាប់​ហ៊ូក​សម្រាប់​សម្ភារៈ​អ៊ីសូត្រូប​អាច​សរសេរ​ជា ៖

[ε11ε22ε332ε232ε312ε12]=[ε11ε22ε33γ23γ31γ12]=1E[1νν000ν1ν000νν10000002(1+ν)0000002(1+ν)0000002(1+ν)][σ11σ22σ33σ23σ31σ12]

ដែល γij:=2εij ជា​ ដេហ្វរម៉ាស្យុង​កាត់​វិស្វកម្ម។ ទម្រង់​ច្រាស​អាច​សរសេរ​ជា

[σ11σ22σ33σ23σ31σ12]=E(1+ν)(12ν)[1ννν000ν1νν000νν1ν000000(12ν)/2000000(12ν)/2000000(12ν)/2][ε11ε22ε332ε232ε312ε12]

ដោយ​ប្រើ​ថេរ ឡាមេ (Lamé) λ=K2/3G និង μ=G , ទម្រង់​នេះ​អាច​សម្រួល​ទៅ​ជា

[σ11σ22σ33σ23σ31σ12]=[2μ+λλλ000λ2μ+λλ000λλ2μ+λ000000μ000000μ000000μ][ε11ε22ε332ε232ε312ε12]

ច្បាប់​ហ៊ូក​សម្រាប់​សភាព​ប្លង់​នៃ​កុងត្រាំង​

ក្នុង​លក្ខខណ្ឌ​សភាព​ប្លង់​នៃ​កុងត្រាំង យើង​មាន σ33=σ31=σ13=σ32=σ23=0។ ក្នុង​ករណី​នេះ ច្បាប់​ហ៊ូក​ មាន​រាង

[ε11ε222ε12]=1E[1ν0ν10002(1+ν)][σ11σ22σ12]

ទម្រង់​ច្រាស​ អាច​សរសេរ​ជា

[σ11σ22σ12]=E1ν2[1ν0ν10001ν2][ε11ε222ε12]

សម្ភារៈ​អានីសូត្រូប

ដោយ​សារ​ភាព​ស៊ីមេទ្រី នៃ​កុងត្រាំង​កូស៊ី (σij=σji) និង​ទម្រង់​ទូទៅ​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក (σij=cijkϵk) យើង​ទាញ​បាន​ថា cijk=cjik។ ដូចគ្នា ភាព​ស៊ីមេទ្រី​នៃ តង់ស៊័រ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង​អតិសុខុម នាំ​ឱ្យ cijk=cijk។ ភាព​ស៊ីមេទ្រី​ទាំង​នេះ មាន​ឈ្មោះ​ថា ស៊ីមេទ្រី​តូច នៃ​ តង់ស៊័រ​ stiffness (𝖼) ។

ជាង​នេះ​ទៅ​ទៀត ដោយ​សារ​ក្រាដ្យង់បំលាស់ទី និង កុងត្រាំង​កូស៊ី ជា​កម្មន្តឆ្លាស់ នោះ​ទំនាក់ទំនង​កុងត្រាំង​ដេហ្វរម៉ាស្យុង អាច​កំណត់​ចេញ​ពី​អនុគមន៍​ដង់ស៊ីតេ​ដេហ្វរម៉ាស្យុង (U), ដូច្នេះ

σij=Uϵijcijk=2Uϵijϵk.

ដោយ​សារ​លំដាប់លំដោយ​នៃ​ការ​ដេរីវេ​​គ្មាន​ភាព​​សំខាន់ នោះ cijk=ckij។ លក្ខណៈ​នេះ​ហៅ​ថា ស៊ីមេទ្រី​ធំ នៃ​តង់ស៊័រ stiffness tensor ។ ស៊ីមេទ្រី​ធំ និង ស៊ីមេទ្រី​តូច បង្ហាញ​ថា ម៉ាទ្រីស stiffness មាន​កុំប៉ូសង់​ដាច់​គ្នា​ ចំនួន​តែ​ ២១ តែ​ប៉ុណ្ណោះ។

ទម្រង់​ម៉ាទ្រីស នៃ​តង់ស៊័រ Stiffness

ជាទូទៅ គេតែង​​តែ​សរសេរ​ទម្រង់​អានីសូត្រូប​នៃ​ច្បាប់​ហ៊ូក ក្រោម​ទម្រង់​ម៉ាទ្រីស ដែល​គេ​ហៅ​ថា ទម្រង់ Voigt ។ ដើម្បី​សរសេរ​ជា​ទម្រង់​ម៉ាទ្រីស គេទាញ​យក​ប្រយោជន៍ពី​ភាព​ស៊ីមេទ្រី​របស់​តង់ស៊័រ​កុងត្រាំង និង ដេហ្វរម៉ាស្យុង ហើយ​សរសេរ​ពួក​វា​ជា​វ៉ិចទ័រ​មាន​ ៦ កុំប៉ូសង់​ ក្នុង​ប្រព័ន្ធ​តម្រុយ​កែង(𝐞1,𝐞2,𝐞3) ជា

[σ]=[σ11σ22σ33σ23σ31σ12][σ1σ2σ3σ4σ5σ6];[ϵ]=[ϵ11ϵ22ϵ332ϵ232ϵ312ϵ12][ϵ1ϵ2ϵ3ϵ4ϵ5ϵ6]

ដូច្នេះ តង់ស៊័រ​ stiffness (𝖼) អាច​សរសេរ​ជា

[𝖢]=[c1111c1122c1133c1123c1131c1112c2211c2222c2233c2223c2231c2212c3311c3322c3333c3323c3331c3312c2311c2322c2333c2323c2331c2312c3111c3122c3133c3123c3131c3112c1211c1222c1233c1223c1231c1212][C11C12C13C14C15C16C12C22C23C24C25C26C13C23C33C34C35C36C14C24C34C44C45C46C15C25C35C45C55C56C16C26C36C46C56C66]

និង​ច្បាប់ហ៊ូក សរសេរ​ជា

[σ]=[𝖢][ϵ]

σi=Cijϵj

ស្រដៀង​គ្នា​ដែរ តង់ស៊័រ compliance (𝗌) អាច​សរសេរ​ជា

[𝖲]=[s1111s1122s11332s11232s11312s1112s2211s2222s22332s22232s22312s2212s3311s3322s33332s33232s33312s33122s23112s23222s23334s23234s23314s23122s31112s31222s31334s31234s31314s31122s12112s12222s12334s12234s12314s1212][S11S12S13S14S15S16S12S22S23S24S25S26S13S23S33S34S35S36S14S24S34S44S45S46S15S25S35S45S55S56S16S26S36S46S56S66]

ឯកសារ​យោង​