Näiden laskelmien avulla voidaan määrittää materiaalin käyttäytyminen, kun se joutuu muuttuviin voimavaroihin, ja varmistaa turvallisuuden ja kestävyyden eri käyttökohteissa.

Stressin ja kannan perusteet

Stressi on materiaalin sisäinen voima pinta-alayksikköä kohti, joka mitataan tavallisesti pascaleina (Pa). Kanta on materiaalin muodonmuutos tai siirtymä suhteessa sen alkuperäiseen pituuteen, ilmaistuna suhteessa tai prosenttiosuutena.

Stressin laskeminen dynaamisen kuormituksen mukaan

Dynaamisiin kuormiin liittyy voimia, jotka muuttuvat ajan myötä, kuten iskuja tai tärinää. Suurin jännitys voidaan laskea dynaamisen voiman ja poikkileikkauksen alueen avulla:

Stressi (σ) = Voima (F) / Alue (A)[]

Dynaamisissa tilanteissa huippuvoima voidaan määrittää törmäystestauksella tai tärinäanalyysillä, jossa otetaan huomioon kuorman amplitudi ja taajuus.

Hiiliteräksen kannan laskeminen

Kanta lasketaan kuormituksen aikana havaitun muodonmuutoksen perusteella. Elastisen muodonmuutoksen osalta se on suhteessa stressiin Youngin modulaation (E) kautta:

Väike (ε) = Stressi (σ) / Young's modulation (E)[]

Dynaamisissa olosuhteissa kantanopeuden vaikutukset voivat vaikuttaa materiaalin vasteeseen, mikä edellyttää dynaamisia analyysimenetelmiä, kuten finiittisen elementtimallinnusta.

Aineelliset ominaisuudet ja turvallisuustekijät

Hiiliteräksen Youngin modulaatio vaihtelee tyypillisesti noin 200 GPa:n välillä. Stressiä ja rasitusta laskettaessa turvatekijöitä käytetään epävarmuuden ja dynaamisten vaikutusten huomioon ottamiseksi, mikä varmistaa materiaalin eheyden todellisissa olosuhteissa.