מאמץ (הנדסה)

''מאמץ'' (או ''לחץ'') הוא כוח בתוך חומר ליחידת שטח. מדידת המאמץ חשובה בתורת החוזק ובהנדסה, כדי לדעת אם חלקים יעמדו בעומסים קיצוניים. ''מאמץ שיורי'' הוא מאמץ שקיים בלי כוחות חיצוניים. הוא נוצר מטיפולים קודמים בחומר, כמו חימום או עיבוד, ועלול לעוות או להחליש את החומר.

מאמץ נמדד ככוח חלקי שטח (כוח ליחידת שטח). יחידות נפוצות הן פסקל או ניוטון לחתך נתון. לדוגמה, מאמץ מתיחה מתקבל כאשר כוח מחלץ את גוף ומתפלג על שטח החתך שלו. עקרונית, אם הכוח עולה, המאמץ גדל; ואם שטח החתך גדול יותר, המאמץ קטן.

עיקרון שווי המשקל הפנימי קובע שכוחות על מעטפת סגורה של גוף נמצאים בשווי משקל עם שאר הכוחות. אפשר לבחון מאמץ על קובייה זעירה בתוך החומר. בקובייה כזו פועלים כוחות גזירה על מישורי הפאה וכוחות ניצבים. במצב תלת־ממדי טנזור המאמצים מתאר את כל הכוחות האלה יחד.

עיבור (strain) הוא השינוי היחסי במידה של הדגם, למשל השינוי באורך ביחס לאורך הראשוני. עקומת מאמץ-עיבור מציגה את המאמץ כפונקציה של העיבוי. בתחילה העקומה ליניארית, וזה תחום האלסטיות שבו חלים חוק הוק, קישור פשוט בין מאמץ לעיבור. בעבודה בתוך התחום האלסטי החומר חוזר לצורתו המקורית אחרי הורדת העומס.

בהמשך מגיעים לנקודת הכניעה, ואחריה התחום הפלסטי. בעיבור פלסטי השינוי אינו הפיך, והמשך עיבוי עלול להוביל לשבר. הנקודה העליונה בעקומה נקראת נקודת המאמץ המקסימלי, והיא קרובה לנקודת השבר.

מהנדסים מחשבים מאמצים כדי לתכנן חתכים ומידות של חלקים, כך שחומר יעבוד בטווח הבטוח. יודעים להתאים חומר לפי המאמץ שייווצר בו, ולבחור שטח חתך מתאים כדי לא לעבור את המאמץ המותר.

בפועל מעדיפים לעבוד בחלק התחתון של התחום הליניארי. לכן מחשבים ערך של מאמץ מותר באמצעות חלוקה במקדם ביטחון. מקדם זה מקטין את הסיכוי לכשל, אך מגדיל את מידות החלק או את עלות החומר. ערכי מקדם הביטחון נפוצים נעים סביב 1.5, 5, לפי תחום היישום ורמת הבטיחות הנדרשת.

קיימים שלושה סוגים בסיסיים של מאמצים: מתיחה (חלקיקים נמשכים זה מזה), לחיצה (חלקיקים מתקרבים זה לזה) וגזירה (שכבות חומר זזות זו מול זו). שאר המצבים הם שילוב או מקרה פרטי של סוגים אלה.

''מאמץ'' הוא כוח בתוך חומר לכל שטח. זה עוזר לדעת אם משהו יחזיק מעמד.

מדדים מאמץ ככוח שחולק על שטח. אם הכוח גדול, המאמץ גדול. אם השטח גדול, המאמץ קטן.

מסתכלים על קובייה קטנה בתוך החומר. הכוחות על הפאות שווים ויוצרים את המאמץ הפנימי.

''עיבור'' (strain) הוא כמה המידה של החלק השתנתה ביחס למידה הראשונית. יש גרף שמראה מאמץ מול עיבור. בהתחלה הגרף ישר, והחומר חוזר לצורתו. קוראים לזה תחום אלסטי. אחרי נקודה מסוימת הדגם נשאר מעוות. זה נקרא תחום פלסטי. בסוף החומר עלול להישבר.

מהנדסים משתמשים בחישובים האלה כדי לוודא שחלקים לא ייכשלו. הם בוחרים חומר ושטח חתך כך שהמאמץ יהיה בטוח.

מהנדסים מקטינים את המאמץ המותר בעזרת ''מקדם ביטחון''. הוא מגן עלינו מפני כישלון. בדרך כלל הערך בין 1.5 ל־5.

יש שלושה סוגים עיקריים: מתיחה (נמתח), לחיצה (נלחץ) וגזירה (שכבות זזות זו על גבי זו).