วิชากลศาสตร์วิศวกรรรม (Engineering Mechanics) จะคำนึงถึงแรงในชิ้นส่วนโดยไม่คำนึงถึงขนาดที่เปลี่ยนแปลง แต่ในวิชาความแข็งแรงของวัสดุ (Strength of Materials) จำเป็นต้องพิจารณาทั้งสองอย่างขนาดของแรงที่กระทำเมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของชิ้นงาน เรียกว่า ความเค้น (Stress; σ) ซึ่งมีอยู่หลายชนิดตามลักษณะแรงที่กระทำดังนี้

ความเค้นแรงดึงเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้แรงดึง (Tension Force) ชิ้นงานอาจมีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปทรงกลม สี่เหลี่ยม สามเหลี่ยม ท่อกลม หรือท่อสี่เหลี่ยมก็ได้

ความเค้นแรงอัดเกิดขึ้นเมื่อชิ้นงานอยู่ภายใต้แรงอัด (Compression Force) พื้นที่หน้าตัดเป็นไปตามลักษณะเช่นเดียวกับความเค้นแรงดึง แต่ความยาวของชิ้นงานไม่ควรยาวมากเกินไป

ตัวอย่างที่ 1.1 เสาเหล็กหล่อกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 50 mm เส้นผ่านศูนย์กลางนอก � 120 mm อยู่ภายใต้แรงอัด 200 kN จงหาความเค้นแรงอัด

1.1.3 ความเค้นเฉือน (Shear Stress; τ )

ความเค้นเฉือนเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้แรงเฉือน (Shearing Force) มี 2 แบบ คือ ความ–เค้นเฉือนเดี่ยวและความเค้นเฉือนคู่ ดังนี้

1. ความเค้นเฉือนเดี่ยว (Single Shear) เมื่อชิ้นงานที่ถูกแรง 2 แรงกระทำ แต่แรงทั้งสองไม่อยู่ในแนวเดียวกันจึงทำให้เกิดการพยายามเฉือนชิ้นงานให้ขาดออกเป็นสองชิ้น โดยพื้นที่ซึ่งถูกเฉือน คือ พื้นที่ A จำนวน 1 พื้นที่

ชิ้นงานพื้นที่หน้าตัด A ถูกแรงเฉือน P (แบบเฉือนเดี่ยว)

2. ความเค้นเฉือนคู่ (Double Shear) เป็นลักษณะการเฉือนที่มีพื้นที่ถูกเฉือน 2 พื้นที่

ชิ้นงานพื้นที่หน้าตัด A ถูกแรงเฉือน P (แบบเฉือนคู่)

ตัวอย่างที่ 1.2 ใช้เครื่อง Punch ตัดแผ่นกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 22 mm ที่แผ่นนิกเกิลหนา� 3 mm วัสดุมีความเค้นแรงเฉือนสูงสุด (Shear Strength) 370 MN/m2 จงหาแรงที่ ใช้ในการตัด

เครื่อง Punch ตัดแผ่นกลม

ความเครียด (Strain; ε )ในเนื้อวัสดุเกิดจากรูปร่างของวัสดุที่เปลี่ยนแปลงไป ในการคำนวณค่าความเครียด คือ อัตราส่วนระหว่างส่วนที่เปลี่ยนแปลงต่อความยาวเดิม ความเครียดภายในวัสดุเกิดขึ้นได้ดังนี้

1.2.1 ความเครียดดึง (Tensile Strain; εt)

พิจารณารูปที่ 1.7 ชิ้นงานมีความยาว L มิลลิเมตร ถูกดึงด้วยแรง P จนมีความยาวเพิ่มขึ้นอีกδ มิลลิเมตร (อ่านว่า “เดลต้า”)

ชิ้นงาน มีความยาว L มิลลิเมตรถูกดึงให้ยืดอีก δ มิลลิเมตร

1.2.2 ความเครียดอัด (Compressive Strain; εc)

พิจารณาชิ้นงานความยาว l มิลลิเมตร ถูกกดด้วยแรง P จนมีความยาวลดลง δ มิลลิเมตร

ชิ้นงาน ความยาวเดิม L มิลลิเมตร ถูกกดให้หดอีก δ มิลลิเมตร

1.2.3 ความเครียดเฉือน (Shear Strain; γ )

พิจารณาชิ้นงานรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ผิวด้านล่างยึดติดแน่นกับพื้น ผิวด้านบนถูกแรง P กระทำให้เยื้องไปทางขวา เป็นมุม γ (อ่านว่า “แกมม่า”) กับแนวเดิม

ชิ้นงานที่เกิดความเครียดเฉือน

ตัวอย่างที่ 1.3 เหล็กเส้นกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 mm ยาว 200 mm ยืดออก 0.127 mm

เมื่ออยู่ภายใต้แรงดึง 40 kN จงคำนวณหา

1. ความเค้น

2. ความเครียด