Zobrazení zdroje stránky Mechanické namáhání

{{Různé významy|redirect=Namáhání|redirect2=Mechanická zátěž|stránka=Zátěž}}
'''Mechanické namáhání''' reálného tělesa, též mechanická '''zátěž''' či '''zatížení''', je silové působení, které kromě reaktivní síly zpět na zdroj vyvolává [[tlak]]y ve struktuře tělesa, jeho deformace a při opakovaných změnách zátěže i jeho zahřívání vlivem mechanických ztrát v materiálu. Z pohledu přechodového děje se navíc [[mechanické napětí]] (tlak, pnutí) šíří materiálem tělesa postupně, a to [[rychlost zvuku|rychlostí zvuku]], což je jeden ze základních parametrů materiálu.

Z hlediska praktického [[konstrukce|konstrukčního]] využití má význam hledat materiály schopné snést dané tlaky, rychlosti a deformace, a to při minimalizaci nákladů.

== Soumezné řezy ==
{{Přesměrování|Soumezné řezy}}
Jako příklad si lze dvě plochy jednoho soumezného řezu snadno připravit zlomením školní křídy: Obě části přelomeného hranolku budou k sobě velmi dobře pasovat.

Působení vnějších sil na těleso může být různé. Hovoříme pak o ''mechanickém namáhání tělesa'' v [[tah (pružnost)|tahu]] / v [[tlak]]u, v [[ohyb]]u, ve [[smyk (mechanika)|smyku]] ([[Střih (mechanika)|střihu]]), v [[kroucení]] (v krutu/torzi), resp. že jsou takto namáhány [[soumezné řezy]]:
* Tah/tlak je z tohoto pohledu totéž, působí se po [[normála|normále]] soumezných řezů.
* Při smyku leží osa rotace v jejich rovině, podél osy se každý posouvá (smýká) v opačném směru.
* Při ohybu leží osa rotace v rovině soumezných řezů, ty se na jedné straně vzdalují (podtlak), na druhé straně osy naopak přitlačují.
* Při krutu je osa rotace na kolmá na rovinu soumezných řezů, ty se podle ní otáčejí, proti sobě, opačně.

Soumezné řezy tedy popisují 4 varianty dvou proměnných: Směr pohybu je tečný/kolmý, posuvný/otáčivý. V každém případě soumezné řezy na sebe vzájemně působí opačně, jsou spolu v kolizi.

<gallery>
Soubor:Mechanika tah.svg|[[tah (pružnost)|tah]] ([[napínání]])
Soubor:Mechanika tlak.svg|[[tlak]] ([[stlačování]], komprese)
Soubor:Mechanika ohyb.svg|[[ohyb]] ([[lámání]])
Soubor:Mechanika smyk.svg|[[smyk (mechanika)|smyk]] ([[Střih (mechanika)|střih]])
Soubor:Mechanika krouceni.svg|[[krut (mechanika)|krut]] ([[torze (mechanika)|torze]], kroucení)
</gallery>

== Praktické příklady zátěží ==
* Natahuje se nejen lano, nýbrž i [[oj]] u vozu.
* Ojí lze i tlačit, pak jde o vzpor (i když ten se ve statice uvažuje zpravidla nasvislo, gravitačně). Příliš tenká oj se pak může vyhnout do strany, jako přehřáté [[kolejnice]] bez [[dilatační spára|dilatačních spár]].
* Soumezné řezy jsou ve smyku ve [[střižný čep|střižném čepu]], například právě v oji: Ten se jako bezpečnostní prvek používá například při potahování letadel, jako ochrana nohy letounu při náhlém cuknutí tahače. Výhodou je dostatečně přesně známá síla, při které se čep ustřihne, jeho průměr se tedy dimenzuje podle známé [[mez pevnosti ve střihu|meze pevnosti ve střihu]] jeho materiálu a povolené síle na nohu letounu, resp. povoleném momentu na kloub nohy, při známé její délce. Obdobou je i spojení pero-drážka.
* Případu ohýbání/lámání z obrázku odpovídá bodová zátěž na konci [[vetknutý nosník|vetknutého nosníku]]. Zajímavý je případ [[hřídel]]e otáčející se pod závažím: Z pohledu pozorovatele sedícího na takové hřídeli by šlo o zátěž jako u starého ručního [[kávomlýnek|kávomlýnku]], soumezné řezy by se před ním ohýbaly do všech stran, cyklicky v kruhu.
* Krutem (torzí) jsou namáhány i jednotlivé závity vinuté válcové pružiny, ať už v [[propiska|propisce]], či na podvozku vagónu. Takováto pružina tedy převádí torzi na posun a zpět.

== Příklady přeměn zátěží ==
Na čtyřech typech zátěží lze popsat 6 vzájemných párových přeměn, resp. 10, pokud uvažujeme [[autoreference|sebereference]].
* Například [[kliková hřídel]] s [[pístní tyč]]í přeměňují tah/vzpor na všechny 4 typy namáhání, podle sledovaných míst konstrukce:
** Na užitečný torzní moment v hřídeli,
** na zátěžný ohyb hřídele, jemuž zamezuje [[radiální ložisko]].
** Jednotlivé ojnice, čepy klik, jsou při tlaku namáhány střihem,
** tah celé pístnice se přenáší na pouhé dva šrouby kolem čepu kliky, napínají se.

== Navrhování konstrukcí ==
Efektivně navržená konstrukce na jedné straně přenese všechny předepsané síly, a to při dodržení tolerovaných deformací (pružných, minimálních), na druhou stranu nikde nenechá drahý pevný materiál nikde zahálet: Pokud nemá sloužit k přenášení sil, vůbec nemá být součástí konstrukce, protože by šlo o plýtvání.

Situace se komplikuje při vibracích, kdy odlehčená konstrukce může dobře vyhovovat při statickém zatížení, ale při zavedení dnešních točivých strojů se mohou začít projevovat rezonance, vedoucí k zesilování výchylek a deformací a vést ke zničení stroje rozpadem jeho konstrukce. Proto se dnes konstrukce po statickém návrhu ještě podrobují ověřování dynamické výdrže, to stále ještě ve fázi modelů a výpočtů: Dnešní výpočetní technika a [[computer aided design|CAD]] umožňují takovéto simulace už i v reálném čase, například barevně (zoranžověním, zčervenáním) zvýrazňují namáháním přetížená místa: Slabé krčky. Každá příčka ([[nosník]]) má svou [[vlastní frekvence|vlastní frekvenci]], tyto pak po tuhé konstrukci přebíhají a jejich skládáním ([[Newtonovy_pohybové_zákony#Princip_superpozice|superpozicí]]) může dojít k rezonancím či i vzniku záznějových míst: uzel/[[kmitna]]. Cílem úprav z frekvenčních testů je z konstrukce vytlačit nebezpečné nízké frekvence a u zbylých blízkých odstranit jejich celočíselnou násobnost. Zbylé vysoké frekvence přirozeně existují vždy, mají však jen malé [[amplituda|amplitudy]] a nepředstavují nebezpečí. Obecně platí, že čím robustnější konstrukce, tím vyšším tónem zní. A opačně: Odebíráním materiálu (úspory) konstrukce měkne, tím se vlastní frekvence snižuje a zvyšuje [[amplituda|rozkmit]].

== Příklady konstrukcí a jejich materiálů ==
* skleněná pružina
* [[drak letounu]] – [[dural]], [[elektron (slitina hořčíku)]], [[titan (prvek)]]
* kompozitní [[krátký luk]]
* orbitální výtah – [[uhlíkové vlákno]], [[fullereny]]
* [[klenba]] – [[skořápka]] [[vejce]] či [[oříšek|ořech]], [[O2 aréna]]
* [[Voština (konstrukce)|voština]] – rotorový list [[vrtulník]]u
* japonský oválný [[zvon]] o dvou [[tón]]ech
* nylonový popruh – [[suchý zip]]
* [[zdrhovadlo]]
* výdrž v ohybu: [[azbest]], [[skelná vata]], [[sláma]]
* mechanika ohybu: [[optické vlákno]], řemeslné [[ohýbání trubek]] [[topenář]]em
* vzorek pneumatiky – stromeček
* [[gekoni|gekon]] šplhající po skle, vrtací sonda přichytávající se na asteroid
* ztekutění ledu pod zátěží: struna napnutá přes kostku ledu se do ní propadá

== Odkazy ==
=== Související články ===
* [[mechanické napětí]]
* [[pružnost]], [[mez pružnosti]]
** [[Hookův zákon]]
** [[tuhost pružiny]]
* [[mez kluzu]]
* [[pevnost (fyzika)]], [[mez pevnosti]]
* [[tlumič]]
* [[tepelný most]], [[zvukový most]]

{{Pahýl}}

[[Kategorie:Mechanika]]
[[Kategorie:Strojírenství]]
[[Kategorie:Materiálové inženýrství]]
[[Kategorie:Statika]]
[[Kategorie:Dynamika]]
[[Kategorie:Mechanika pružnosti a pevnosti]]
[[Kategorie:Kinematika]]