Katı mekaniği
Katı mekaniği (veya katıların mekaniği); katı malzemelerin davranışını, özellikle kuvvetlerin etkisi altındaki hareketlerini ve deformasyonlarını, sıcaklık değişimlerini, faz değişimlerini ve diğer harici veya dahili ajanları inceleyen süreklilik mekaniğinin bir dalıdır.
Katı mekaniği inşaat, havacılık, nükleer, biyomedikal ve makine mühendisliği, jeoloji ve malzeme bilimi gibi fiziğin birçok dalı için temel oluşturur. Canlıların anatomisini anlamak ve diş protezlerinin ve cerrahi implantların tasarımı gibi birçok başka alanda özel uygulamaları da vardır. Katı mekaniğinin en yaygın pratik uygulamalarından biri Euler-Bernoulli ışın denklemidir. Katı mekaniği, gerilmeleri, gerinimleri ve bunlar arasındaki ilişkiyi tanımlamak için yoğun bir şekilde tensörleri kullanır.
Çelik, ahşap, beton, biyolojik malzemeler, tekstiller, jeolojik malzemeler ve plastikler gibi çok çeşitli katı malzemeler bulunduğundan katı mekaniği geniş bir konudur.
Temel yönler
Katı, doğal veya endüstriyel bir işlem veya eylem sırasında belirli bir zaman ölçeğinde önemli miktarda kesme kuvvetini destekleyebilen bir malzemedir. Bu, katıları sıvılardan ayıran şeydir, çünkü sıvılar aynı zamanda etki ettikleri malzeme düzlemine dik olarak yönlendirilen normal kuvvetleri de desteklerler ve normal gerilme, o malzeme düzleminin birim alanı başına düşen normal kuvvettir. Kesme kuvvetleri normal kuvvetlerin aksine malzeme düzlemine dik değil paralel hareket ederler ve birim alan başına düşen kesme kuvvetine kesme gerilimi denir.
Bu nedenle katı mekaniği, katı malzemelerin kayma gerilimini, deformasyonunu ve bozulmasını inceler.
Katı mekaniğinin kapsadığı en yaygın konular şunlardır:
- yapı stabilitesi - yapıların bozulma veya kısmi/tam başarısızlıktan sonra belirli bir dengeye dönüp dönemeyeceğinin incelenmesidir.
- dinamik sistemler ve kaos - verilen başlangıç konumlarına son derece duyarlı mekanik sistemlerle ilgilenmektedir.
- termomekanik - termodinamik ilkelerinden türetilen modellerle malzemeleri analiz etmektedir.
- biyomekanik - kemikler, kalp dokusu gibi biyolojik malzemelere uygulanan katı mekaniği bölümüdür.
- jeomekanik - buz, toprak, kaya gibi jeolojik malzemelere uygulanan katı mekaniğidir.
- katıların ve yapıların titreşimleri - mekanik, inşaat, madencilik, havacılık, denizcilik ve uzay mühendisliğinde hayati önem taşıyan titreşen parçacıklardan ve yapılardan titreşim ve dalga yayılımının incelenmesidir.
- kırılma ve hasar mekaniği - katı malzemelerde çatlak büyüme mekaniği ile ilgilenmektedir.
- kompozit malzemeler - birden fazla bileşikten oluşan malzemelere uygulanan katı mekaniğidir; örneğin takviyeli plastikler, betonarme, cam elyafı
- varyasyonel formülasyonlar ve hesaplamalı mekanik - katı mekaniğinin çeşitli dallarından kaynaklanan matematiksel denklemlerin sayısal çözümleridir, örneğin sonlu elemanlar yöntemi (FEM)
- deneysel mekanik - katı malzemelerin ve yapıların davranışını incelemek için deneysel yöntemlerin tasarımı ve analizidir.
Süreklilik mekaniği ile ilişkisi
Aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi, katı mekaniği süreklilik mekaniği içinde merkezi bir yere sahiptir. Reoloji alanı, katı ve akışkanlar mekaniği arasında bir örtüşme sağlar.
| Sürekli ortamlar mekaniği Sürekli ortamdaki maddelerin davranışlarını inceler. | Katı mekaniği Sürekli ortamda belirli bir durağan şekli olan maddelerin davranışlarını inceler. | Esneklik Uygulanan gerilme kaldırıldığında durağan hâline geri gelen maddeleri tanımlar. | |
| Yoğrulabilirlik Yeterli gerilme uygulandığında kalıcı olarak şekil değiştiren maddeleri tanımlar. | Akışbilim Hem katı hem de akışkan özellikleri taşıyan maddeleri inceler. | ||
| Akışkanlar mekaniği Bir kuvvete maruz kaldığında sürekli ortamda şekil değiştiren (akan) maddelerin davranışlarını inceler. | Newton tipi olmayan akışkan Akışa neden olan kayma gerilmesi ile şekil değiştirme hızı doğru orantılı olmayan akışkanları tanımlar. | ||
| Newton tipi akışkan Akışa neden olan kayma gerilmesi ile doğru orantılı bir şekil değiştirme hızına sahip akışkanları tanımlar. | |||
Ayrıca bakınız
- Malzemelerin mukavemeti - Spesifik tanımlar ve stres ile gerinim arasındaki ilişkiler.
- Uygulamalı mekanik
- Malzeme bilimi
- Süreklilik mekaniği
- Kırılma mekaniği
- Darbe (mekanik)
Kaynakça
Kaynakça
- LD Landau, EM Lifshitz, Teorik Fizik Kursu : Esneklik Teorisi Butterworth-Heinemann,0-7506-2633-X
- JE Marsden, TJ Hughes, Esnekliğin Matematiksel Temelleri, Dover,0-486-67865-2
- PC Chou, NJ Pagano, Esneklik: Tensör, İkili ve Mühendislik Yaklaşımları, Dover,0-486-66958-0
- RW Ogden, Doğrusal Olmayan Elastik Deformasyon, Dover,0-486-69648-0
- S. Timoshenko ve JN Goodier, "Elastisite Teorisi", 3. baskı, New York, McGraw-Hill, 1970.
- GA Holzapfel, Lineer Olmayan Katı Mekaniği: Mühendislik için Sürekli Bir Yaklaşım, Wiley, 2000
- AI Lurie, Esneklik Teorisi, Springer, 1999.
- LB Freund, Dinamik Kırılma Mekaniği, Cambridge University Press, 1990.
- R. Hill, Matematiksel Plastisite Teorisi, Oxford Üniversitesi, 1950.
- J. Lubliner, Plastisite Teorisi, Macmillan Publishing Company, 1990.
- J. Ignaczak, M. Ostoja-Starzewski, Termoelastisite ile Sonlu Dalga Hızları, Oxford University Press, 2010.
- D. Bigoni, Doğrusal Olmayan Katı Mekaniği: Çatallanma Teorisi ve Malzeme Kararsızlığı, Cambridge University Press, 2012.
- YC Fung, Pin Tong ve Xiaohong Chen, Classical and Computational Solid Mechanics, 2. Baskı, World Scientific Publishing, 2017,978-981-4713-64-1 .
