تنش stress

تنش يک کميت تالبورى است که بر روى دوسطح موازى به يک اندازه ودر خلاف جهت عمل مى کند وبطور يکنواخت بر تمام نقاط سطح عمل مى کند وبسته به سطح دارد هر چه سطح کوچکتر باشد مقدار تنش بيشتر است

نيرو

نيرو: طبق قانون حجم نيوتن عاملى که سبب تغيير حالت سکون يا حرکت خطى يکنواخت جسم شود نيروگوئيم. براى مشخص شدن مقدار نيرو باید جهت ومقدار بزرگى آن در راستاى نيرو مشخص شود .

نيرويى که حرکت يکنواخت داشته باشد سرعتش ثابت است F=m.a

نيرو وقتى بر جسم وارد مى شود سبب تغيير در سرعت جسم مى شود که همان شتاب است

واحدهاى نيرو

- در دستگاه Cgs واحد نيرو دين Dyne است(s2/gcm) براى اندازه گيرى نيروى جاذبه اى که بر اجسام وارد مى شود از اين واحد استفاده نمى شود.

- نيوتن 1kg=9.8 m/s2

در بحث نيروها دو موضوع مطرح مى شود

1- برآيند نيروها

2- تجزيه نيروها چون بردار است

نيروهايى که برجسم وارد مى شود

دو دسته نيرو بر يک المان بلوک وارد مى شود

1- نيروى جرم جسم

2- نيروى دروني body force مانند نيروى جاذبه –نيروى گريز از مرکز- نيرو مغناطيس

نيروهايى که بر سطح المان موثر هستند بنام نيروهاى سطحى که خود به دو دسته اند.

a – سبب شتاب خطى جسمى مى شوند وحرکت مستقيم الخط دارند.

b - نيروهايى که سبب گشتاورجسم مى شوند وسبب چرخش جسم در فضا به دور خود مى شوند.

 تفاوت تنش ونيرو

- نيرو کميتى است بردارى که بر روى يک نقطه عمل مى کند مثل نيروى جاذبه که به مرکز ثقل جسم عمل مى کند ولى تنش بر يک سطح بلور يکنواخت عمل مى کند.

- نيرو فقط داراى يک جهت است وبر نقطه موثر است.

- چگالى نيرو بستگى به جرم جسم وتعداد اجزاء تشکيل دهنده جسم دارد وتنش عامل تمام تغييرات دورنى زمين است.

انواع کميت ها

1- کميت اسکالر :داراى مقدار است مانند زمان تانسور مرتبه 0

2- کميت بردارى: داراى مقدار وجهت است مانند نيروى ثقل تانسور مرتبه 1

3- کميت تانسورى : مثل استرس واسترين(نتيجه عمل استرس،استرين است) تانسور مرتبه 2

واحدهاى تنش

2/A=pascal

10= مگاپاسکالK Bar1

kpas=103pas 1بار= ادره مگاپاسکال

Maps=10 pas 1 بار= رامگاپاسکال

P.S.I=pound per square Inchen

انواع تنش

1- تنش فشاري compressive stress

عبارت است از يک زوج نيروى همگرا که بر دوسطح موازى يکديگر از جسم وارد مى شود وليست فشردگى وکوتاه شدگى جسم در راستاى اعمال تنش وکشيدگى در جهت عمود بر محور تنش مى شود.

2- تنش کششي tension stress

عبارت است از يک زوج نيروى واگرا نسبت به مرکز ثقل جسم که بطور يکسان ويکنواخت بر دوسطح موازى وارد مى شود و سبب کشيدگى چشم در راستاى اعمال تنش وکوتاه شدگى در جهت عمود بر محور تنش مى شودوسطح شکست صاف مى شود.

نکته:در تنش فشارى وکششى نيرو عمود بر سطح است.

3- تنش برشي Shear stress

عبارت است از يک زوج نيروى مماسى (مماس بر سطح) که سبب تغيير در زاويه جسم مى شود.مثلاً اگر جسم مربع باشد به متوازى الاضلاع تبديل مى شود ودر اشکال سه بعدى مکعب به متوازى السطوح تبديل مى شود

4- تنش خمشي Bending stress

اگر طول چشم بيشتر از سه برابر قطر جسم مى باشد بجاى ايجاد تنش فشارى در جسم تنش خنثى ايجاد مى شود

5- تنش پيچشي terssion stress

در يک مکعب مستطيل يا يک استوانه از يک جسم داشته باشيد ودو نيروى دورانى در دوانتها يکى موافق عقربه ساعت وديگرى مخالف عقربه ساعت برجسته اعمال کنيم درون جسم تنش پيچشى ايجاد مى شود وسطح شکست آن صاف نيست.

نکته = نوع تنش رفتار سنگ وتعيين مى کند

در حالت کلى نيروها بر جسم بطور مايل وارد مى شوند .اگر اين نيروها بر سطح المان مکعبى بطور مايل وارد شوند به موازات سه محور به دو مولفه تجزيه مى شوند.

1- نيروى نرمال 2- نيروى برشى



مولفه هاى تنش

1- تنش عمودى يا نرمال normal stress

2- تنش مماسى يا برشى shear or tangential stress موازى سطح وارد شده

تنش نرمال وبا δ نمايش مى دهيم وبه دو دسته تنش نرمال فشارى وتنش نرمال کششى تقسيم مى شوند تنش فشارى با علامت +وتنش کششى با علامت - نشان مى دهيم

انواع تنش مماسى

1- تنش برشى موافق عقربه يا راستگرد يا راستبر با علامت –

2- تنش برشى مخالف عقربه يا چپگرد يا چپبر با علامت +

تنش هاى اصلي principal of stress

اگر بر المان مکعبى که در اعماق قرار گرفته نيروهاى اصلى تکتونيکى عمود وارد شود يک حالت خاص واستثنايى است اما اگر المان مکعبى طورى قرار گيرد که نيروها مايل وارد شوند تنش هاى اصلى به مولفه هايى تجزيه مى شوند که براى اعمال نيروهاى مايل بى نهايت حالت وجود دارد.

اما چون نيروهاى اصلى تکتونيکى بر سطوح مکعب عمود هستند هيچگونه مولفه اى بر روى المان وجود ندارد

تنش هاى اصلى به دو بخش تقسيم مى شوند.

1- محورهاى اصلى تنش = محورهاى ثابت وبدون تقليلى هستند درون جسم که در راستاى آنها فقط تنش هاى نرمال برجسته وارد مى شود. تنش هاى اصلى بر سطوح المان اصلى عمود هستند.

وبه سه دسته اند

a –بزرگترين محور تنش اصلى (max)

b - محور تنش اصلى متوسط (mean)

c- کوچکترين محورتنش اصلى (min)

2- سطوح اصلى تنش : سطوحى از المان مکعبى که بر روى آن سطوح فقط تنش هاى نرمال عمل مى کند گفته مى شود.

حالت هاى مختلف تنش

1- تنش تک محوري Uniamial stress

در اين حالت فقط يک در يک راستا ويک جهت نيرو بر سنگ وارد مى شود در دوجهت ديگر نيرويى بر جسم وارد نمى شود وفقط فشار هوا بر جسم وارد مى شود(اين تنش فقط در شرايط آزمايشگاه است)

تنش تک محورى :

1- تراکم تک محورى

2- کشش تک محورى

نکته: زيگما ممکن است به صفر برسد اما هيچگاه منفى نمى شود

2- تنش دو محورى Bamial stress

اين تنش هم فقط در شرايط آزمايشگاهى قابل اجراست ودردو جهت نيرو وارد مى شود اما در جهت زيگما نداريم

3-تنش سه محوري tramial stress

در اين حالت از سه جهت بر سنگ نيرو وارد مى شود منتهى در يک جهت بيشترين مقدار ودر جهت عمود بر آن کمترين مقدار نيرو وارد مى شود.اين حالت در آزمايشگاه وهم در طبيعت وجود دارد.

نکته :هر چه اختلاف بيشتر باشد دايره بزرگترى است ومکنت باعث شکستگى ودگر شکلى گردد

4- تنش برش محض pure shear stress

اگر بريک سطح المان مکعبى فقط تنش برشى عمل کند وهيچ مولفه اى بر المان سطح عمل نکند به آن تنش برشى محض مى گويند.در اين حالت وضعيت تنش هاى اصلى بدين صورت است که مقدار زيگما به اندازه قطر مطلق زيگما 3 است از نظر مقدار با هم برابرند اما مختلف العلامه هستند

5- تنش هيدروستاتيک Hydrostatic stress

در اعماق بر سنگ ها وارد مى شود که در هر سه محور يک مقدار نيرو بر سنگ وارد مى شود وبه دو دسته تقسيم مى شود

a - فشار هيدروستاتيک =سبب تغيير در حجم مى شود به آن ليتواستاتيک يا دفنى ويا همه جانبه مى گويند

b- کشش هيدروستاتيک =در اعماق وجود ندارد

6- تنش اغرافى Deviatoric stress

در درون زمين با ميدان تنش Stress field مواجهيم يعنى بدون در نظر گرفتن اينکه تنش بر چه جسمى وبه چه شکل وارد مى شود يعنى صرف نظر از اينکه شکل جسم ما چيست.

ميدان تنش به دو جسم تجزيه مى شود.

1- تنش هيدروستاتيک يا تنش ميانگين (ليتواستاتيک)ومعمولاً‌انقبتض است وسبب تغيير حجم مى شود.

2- تنش اغرافى که عامل تغيير شکل است وبا مقدار کارى نداريم.

اگر ميانگين تنش هاى اصلى را بدست آوريم که تنش هيدروستاتيک است وسبب تغيير حجم سنگ مى شود.بدون اينکه تغيير شکلى حاصل شود.اين نيروها از فشار لايه هاى بالايى منشاء مى گيرد ودر همه جهات بر سنگ که در عمق خاص قرار گرفته وارد مى شود. مانند دياژنز که باعث کاهش تخلخل مى شود.

هر چه جسم سخت شود ساختمان هاى جديدترى در آن رخ مى دهد چون رفتار سنگ در برابر نيروهاى وارده نشان مى دهد. هر چه رسوب نرمتر باشد ساختمان هايى مانند چين خوردگى در سنگ رخ مى دهد وهرچه سخت تر مى شود ويه تبديل به سنگ مى شود در اثر نيروهاى وارده ساختمان هاى شکننده مثل درزه وگسل ....در سنگ رخ مى دهد.به طور خلاصه دو رفتار در سنگ ديده مى شود.

1- رفتار خميرى يا پلاستيک(حالت انعطاف پذيرى دارند)

2- رفتار شکننده يا الاستيک

تنش اغرافى = اختلاف بين تنش اصلى وتنش ميانگين است که سبب تغيير شکل سنگها مى شود.

اختلاف تنشي Diffrential stress

اختلاف تنشی که عامل تغيير شکل دگرگونى يا دگرريختى است .که هر چه اختلاف کمتر باشد تغيير شکل کمتر وهر چه بيشتر باشد تغيير شکل بيشتر مى شود وممکن است باعث شکسته شدن سنگ شود

اختلاف يعنى تفاوت مقدار بين تنش اصلى بزرگ وتنش اصلى کوچک