|
با [[سختی]] اشتباه نشود.
[[پرونده:Beam bending.svg|بندانگشتی]]
[[پرونده:Stiffness of a coil spring.png|بندانگشتی|229x229پیکسل|تغییر طول فنر، ''δ''، تحت اثر نیروی محوری، ''F'']]
'''سختی''' ([[:en:Stiffness|stiffness]]) یا '''سفتی''' یا '''صلبیت''' یا '''شقی''' یا '''صلابت''' که بعضاً به اشتباه '''استحکام''' نیز نامیده می‌شود به معنای میزان مقاومت یک جسم در برابر [[شکل‌پذیری]] است. سختی عبارت است از معکوس میزان تغیر شکل یک جسم هنگامی که یک واحد نیرو به آن اعمال گردد. پس [[دیمانسیون]] سختی برابر واحد [[نیرو]] ([[نیوتون]] در [[دستگاه بین‌المللی یکاها|واحد SI]]) تقسیم بر واحد طول ([[متر]] در [[دستگاه بین‌المللی یکاها|واحد SI]]) است.
'''سفتی''' یا '''صلابت''' {{به انگلیسی|Stiffness}} میزان مقاومت یک ''جسم'' به [[تغییر شکل (مهندسی)|تغییر شکل]] در برابر یک [[نیرو]] است.<ref>{{cite journal|author=Baumgart F.|year=2000|title=Stiffness--an unknown world of mechanical science?|journal=Injury|publisher=Elsevier|volume=31|pages=14–84|doi=10.1016/S0020-1383(00)80040-6|quote=“Stiffness” = “Load” divided by “Deformation”}}</ref> می توان گفت هر چه یک ماده انعطاف پذیرتر باشد، سفتی کمتری دارد.<ref>{{citation|page=126|chapter=Stiffness and flexibility|title=200 science investigations for young students|author=Martin Wenham|year=2001|isbn=978-0-7619-6349-3}}</ref>
نباید [[سختی]] (Hardness)، سفتی (Stiffness) و [[استحکام تسلیم|استحکام]] (Strength) با یکدیگر اشتباه گرفته شده و به جای یکدیگر استفاده گردند.<ref name=":3">{{یادکرد وب|عنوان=Engineering Fundamentals Refresh: Strength vs Stiffness vs Hardness {{!}} Fictiv - Hardware Guide|نشانی=https://www.fictiv.com/hwg/design/engineering-fundamentals-refresh-strength-vs-stiffness-vs-hardness|وبگاه=www.fictiv.com|بازبینی=2019-12-11|کد زبان=en}}</ref> شناخت اختلاف و تفکیک این سه مفهوم از هم، از اصول بنیادین [[مهندسی مکانیک]] است. '''سفتی''' معیاری برای تعیین تمایل یک ماده به برگشت به شکل اول پس از تغییر شکل توسط یک نیرو می باشد.<ref name=":32">{{یادکرد وب|عنوان=Engineering Fundamentals Refresh: Strength vs Stiffness vs Hardness {{!}} Fictiv - Hardware Guide|نشانی=https://www.fictiv.com/hwg/design/engineering-fundamentals-refresh-strength-vs-stiffness-vs-hardness|وبگاه=www.fictiv.com|بازبینی=2019-12-11|کد زبان=en}}</ref> '''استحکام''' تعیین می کند که یک ماده چقدر می تواند [[تنش (مکانیک)|تنش]] را قبل از تغییر شکل دائم یا شکست تحمل کند.<ref name=":33">{{یادکرد وب|عنوان=Engineering Fundamentals Refresh: Strength vs Stiffness vs Hardness {{!}} Fictiv - Hardware Guide|نشانی=https://www.fictiv.com/hwg/design/engineering-fundamentals-refresh-strength-vs-stiffness-vs-hardness|وبگاه=www.fictiv.com|بازبینی=2019-12-11|کد زبان=en}}</ref>
== تفاوت سختی یک ماده با سختی یک جسم ==
'''Hardness''' به معنای سختی '''شیمیایی''' یک [[ماده (فیزیک)|ماده]] است و عاملی [[شیمیایی]] می‌باشد که ناشی از ترکیب بندی و فرمول شیمایی ماده و از خواص و ذات یک [[ماده (فیزیک)|ماده]] می‌باشد.
اما '''stiffness''' به معنای سختی '''فیزیکی''' است و در مورد یک ماده به کار نمی‌رود و مربوط به یک '''جسم''' یا [[المان]] یا '''ماژول''' است؛ و با شکل [[سطح مقطع]] و طول جسم و دیگر پارامترهای فیزیکی و همچنین [[مدول الاستیسیته]] در ارتباط است. (برای دیدن سختی یک ماده، صفحه [[سختی]] را ببینید)
== انواع سختیسفتی هابرها بر اساس شکل بارگذاری == ▼== تعریف سختی یک جسم ==
تعریف سختی، عبارتست از میزان [[صلبیت]] یا مقاومت یک جسم در مقابل [[نیرو|نیروی]] که می‌تواند فشاری، کششی، خمشی، برشی یا پیچشی باشد.
# سختیسفتی محوری: سختی سفتی محوری میله ای به طول L وسطح مقطع A ومدول یانگ E ▼تعریف دیگر سختی، عبارتست از میزان انرژی ذخیره شده در یک جسم بر اثر نیروی وارده بر آن
# سختیسفتی خمشی: این سختیسفتی تنها تغییر مکانهای ناشی از خمش را در نظر می‌گیرد ▼# سختیسفتی برشی:این سختیسفتی شامل تغییرمکانهای ناشی از برش می‌باشد. این سختیسفتی برای سازه‌های با تغییر شکل برشی قابل ملاحظه مانند دیوار برشی ▼# سختیسفتی پیچشی: این سختیسفتی برای المانهایی که احتمال پیچش دارند محاسبه می‌شود. میزان مقاومت یک جسم در برابر پیچش محوری، سختیسفتی پیچشی نام دارد. یکی از مهم‌ترین اعضای پیچشی، محورهای انتقال نیرو در خودروها و دستگاه‌های صنعتی همانند [[میل‌لنگ|میلنگ]] است. ▼
== انواع سختی‌هاسفتی‌ها بر اساس جنس مواد و دامنه بارگذاری == ▼ساده‌ترین و مفهومی‌ترین مثال برای سختی، میزان مقاوت یک فنر است هنگامی که سعی می‌کنیم آن را فشرده یا کشیده کنیم
باید دانست که سختیسفتی برای اعضای با رفتار ترد و نرم به صورت جداگانه محاسبه می‌گردد، در بررسی سختیسفتی اعضای ترد، در محدوده ارتجاعی با توجه به روابط الاستیسیته سختیسفتی عضو قابل محاسبه می‌باشد. برای اعضای نرم می‌بایست از منحنی رفتار غیرارتجاعی و روابط پلاستیسیته برای محاسبه سختیسفتی استفاده نمود، برای سختیسفتی خمشی از رابطه غیرخطی لنگر-انحناء، برای سختیسفتی برشی از رابطه غیر خطی برش-تغییرمکان برشی، برای سختیسفتی محوری از رابطه نیروی محوری-تغییرطول محوری، و برای اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی نیز از رابطه تقابلی تیر و تیر-ستون‌ها استفاده می‌گردد. با توجه به موارد فوق ملاحظه می‌شود که بحث سختیسفتی و مقاومت رابطه مستقیم با رفتار نرم یا ترد المان دارد و برای هر کدام نیز تعریفی ویژه ارائه شده‌است. درصورتیکه بحث مقاومت و سختیسفتی در کل سازه مطرح شود (ترکیبی از المان‌های خمشی - برشی - محوری و اندرکنشی) تعاریف سختیسفتی و مقاومت در دو حالت رفتار ارتجاعی و رفتار غیر ارتجاعی می‌بایست در نظر گرفته شود، در این حالت: سختیسفتی: حداکثر تغییر مکانی که یک نقطه مشخصی از سازه (نقطه کنترل - مرکز جرم بام) تحت اثر نیروهای جانبی وارده در حالت ارتجاعی یا غیر ارتجاعی می‌دهد. مقاومت: حداکثر نیروی برشی که سازه موردنظر در حالت ارتجاعی یا غیر ارتجاعی می‌تواند تحمل نماید؛ بنابراین ملاحظه می‌شود که سختیسفتی ارتجاعی و غیرارتجاعی یک سازه را همانند اعضای تشکیل دهنده آن می‌بایست به صورت کاملاً مجزا بررسی نمود، و این دو تعاریفی کاملاً مجزا از همدیگر دارند که به آنها اشاره گردید. ▼
سختی یک جسم به عوامل بسیاری بستگی دارد که چند نمونه از آنها عبارتند از: اندازه و شکل [[سطح مقطع]] جسم و [[مصالح]] جسم و دمای جسم و طول جسم
یک جسم در فضای سه بعدی دارای سی و شش سختی است. یک سختی برای تغییر شکل طولی در هر شش وجه (در مجموع شش سختی طولی). دو سختی برشی در دو راستا در هر شش وجه (در مجموع دوازده سختی برشی) و یک سختی پیچشی در هر وجه (در مجموع شش سختی پیچشی) و دوسختی خمشی در هر وجه (در مجموع دوازده سختی)
به ماتریسی که سختی یک جسم را بیان می‌کند، [[تنسور]] سختی می‌گویند<ref>http://pinion.ir/خدمات-مهندسی/آموزش-و-مشاوره/چگونگي-تشكيل-ماتريس-سختي-کل/</ref>
محاسبهٔ سختی‌های پیچشی و خمشی عمدتاً بسیار پیچیده هستند؛ و با [[مدول الاستیسیته]] جسم و [[ممان اینرسی]] سطح مقطع مرتیط هستند
== سختی در مهندسی سازه ==
سازه‌های مهندسی باید به نحو ایمنی بتوانند در مقابل بارهای وارده مقاومت نمایند. در کنار معیار مقاومت، سازه باید سختی جانبی کافی داشته باشد تا تغییر شکل‌های بیشتر از حد مجاز در آن ایجاد نگردد. مقاومت و سختی یک سازه بستگی به آرایش هندسی اعضاء، مشخصات هندسی مقطع اعضاءومصالح بکار رفته دارد. روش محاسبه سختی نیز بدین صورت است که اگر برای تحلیل سازه، تغییرمکانهای سازگار شامل انتقال‌ها ودوران‌ها به عنوان مجهول انتخابشوندو سپس شرایط تعادل نیروها در گره‌های سازه اعمال گردد؛ معادلاتی بدست خواهند آمد که مجهولات آنهاتغییر مکان‌هاوضرائبآنهاضرائب سختی ساختمان می‌باشد.
▲== انواع سختی هابر اساس شکل بارگذاری ==
▲# سختی محوری:سختی محوری میله ای به طول L وسطح مقطع A ومدول یانگ E
▲# سختی خمشی: این سختی تنها تغییر مکانهای ناشی از خمش را در نظر می‌گیرد
▲# سختی برشی:این سختی شامل تغییرمکانهای ناشی از برش می‌باشد. این سختی برای سازه‌های با تغییر شکل برشی قابل ملاحظه مانند دیوار برشی
▲# سختی پیچشی: این سختی برای المانهایی که احتمال پیچش دارند محاسبه می‌شود. میزان مقاومت یک جسم در برابر پیچش محوری، سختی پیچشی نام دارد. یکی از مهم‌ترین اعضای پیچشی، محورهای انتقال نیرو در خودروها و دستگاه‌های صنعتی همانند [[میل‌لنگ|میلنگ]] است.
▲== انواع سختی‌ها بر اساس جنس مواد و دامنه بارگذاری ==
▲باید دانست که سختی برای اعضای با رفتار ترد و نرم به صورت جداگانه محاسبه می‌گردد، در بررسی سختی اعضای ترد، در محدوده ارتجاعی با توجه به روابط الاستیسیته سختی عضو قابل محاسبه می‌باشد. برای اعضای نرم می‌بایست از منحنی رفتار غیرارتجاعی و روابط پلاستیسیته برای محاسبه سختی استفاده نمود، برای سختی خمشی از رابطه غیرخطی لنگر-انحناء، برای سختی برشی از رابطه غیر خطی برش-تغییرمکان برشی، برای سختی محوری از رابطه نیروی محوری-تغییرطول محوری، و برای اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی نیز از رابطه تقابلی تیر و تیر-ستون‌ها استفاده می‌گردد. با توجه به موارد فوق ملاحظه می‌شود که بحث سختی و مقاومت رابطه مستقیم با رفتار نرم یا ترد المان دارد و برای هر کدام نیز تعریفی ویژه ارائه شده‌است. درصورتیکه بحث مقاومت و سختی در کل سازه مطرح شود (ترکیبی از المان‌های خمشی - برشی - محوری و اندرکنشی) تعاریف سختی و مقاومت در دو حالت رفتار ارتجاعی و رفتار غیر ارتجاعی می‌بایست در نظر گرفته شود، در این حالت: سختی: حداکثر تغییر مکانی که یک نقطه مشخصی از سازه (نقطه کنترل - مرکز جرم بام) تحت اثر نیروهای جانبی وارده در حالت ارتجاعی یا غیر ارتجاعی می‌دهد. مقاومت: حداکثر نیروی برشی که سازه موردنظر در حالت ارتجاعی یا غیر ارتجاعی می‌تواند تحمل نماید؛ بنابراین ملاحظه می‌شود که سختی ارتجاعی و غیرارتجاعی یک سازه را همانند اعضای تشکیل دهنده آن می‌بایست به صورت کاملاً مجزا بررسی نمود، و این دو تعاریفی کاملاً مجزا از همدیگر دارند که به آنها اشاره گردید.
== محاسبه ==
در حالتی که بار فشاری یا کششی باشد، سختیسفتی از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
:<math>k=\frac {F} {\delta} </math>
| 