Axiale spanning beschrijft de hoeveelheid kracht per eenheid dwarsdoorsnede-oppervlak dat in de lengterichting van een balk of as werkt. Axiale spanning kan ertoe leiden dat een lid samendrukt, knikt, verlengt of faalt. Sommige delen die axiale kracht kunnen ervaren, zijn balken, noppen en verschillende soorten assen. De eenvoudigste formule voor axiale spanning is kracht gedeeld door dwarsdoorsnede. De kracht die op die dwarsdoorsnede inwerkt, is echter niet onmiddellijk duidelijk.
Bepaal de kracht die direct loodrecht op de dwarsdoorsnede werkt. Als bijvoorbeeld een lineaire kracht de doorsnede onder een hoek van 60 graden ontmoet, veroorzaakt slechts een deel van die kracht direct axiale spanning. Gebruik de trigonometrische functie sinus om te meten hoe loodrecht de kracht op het gezicht is; de axiale kracht is gelijk aan de grootte van de kracht maal de sinus van de invalshoek. Als de kracht op 90 graden ten opzichte van het gezicht binnenkomt, is 100 procent van de kracht axiale kracht.
Kies een specifiek punt waarop u de axiale spanning wilt analyseren. Bereken het dwarsdoorsnedegebied op dat punt.
Bereken de axiale spanning als gevolg van lineaire kracht. Dit is gelijk aan de component van lineaire kracht loodrecht op het vlak gedeeld door het dwarsdoorsnedegebied.
Bereken het totale moment dat op de van belang zijnde doorsnede werkt. Voor een statische straal is dit moment gelijk en tegengesteld aan de som van momenten die aan weerszijden van de dwarsdoorsnede werken. Er zijn twee soorten momenten: directe momenten, zoals toegepast door een vrijdragende steun, en momenten gecreëerd door de dwarsdoorsnede door verticale krachten. Het moment als gevolg van een verticale kracht is gelijk aan zijn grootte maal zijn afstand tot het interessante punt. Gebruik de cosinusfunctie om de verticale component te berekenen van alle lineaire krachten die op de uiteinden van de as worden uitgeoefend.
Bereken de axiale spanning als gevolg van momenten. Wanneer een moment op een as werkt, creëert dit spanning in de bovenste of onderste helft ervan en compressie in de andere. De spanning is nul langs de lijn die door het midden van de as loopt (de neutrale as genoemd) en neemt lineair toe naar zowel de boven- als onderkant. De formule voor spanning door buiging is (M * y) / I, waarbij M = moment, y = de hoogte boven of onder de neutrale as, en I = het traagheidsmoment op de zwaartepunten van de assen. Je kunt traagheidsmoment zien als een balkenmogelijkheid om buigen te weerstaan. Dit nummer is het gemakkelijkst te verkrijgen uit tabellen van eerdere berekeningen voor algemene dwarsdoorsnedevormen.
Voeg de spanningen toe die worden veroorzaakt door lineaire krachten en momenten om de totale axiale spanning voor het geanalyseerde punt te verkrijgen.