Mukavemet sözcüğü dilimize Arapça’dan geçmiştir. Dayanma, karşı durma, karşı koyma, direnme, direniş, dayanırlık, direnç olarak Türkçeye çevrilebilir. Bir bilim dalı olarak Türkiye’de önceleri ‘’Cisimlerin Mukavemeti’’ olarak adlandırılmış, sonraları ise sadece ‘’Mukavemet’’ olarak adlandırılması yaygın kabul görmüştür. Günümüzde mühendislik dallarında okutulan bu bilim dalı dersleri ‘’Mukavemet’’ olarak adlandırılmaktadır.
Mukavemet, cisimlerin çeşitli dış etkiler ve bu dış etkilerin neden olduğu iç kuvvetler karşısında gösterecekleri davranış biçimini inceleyen bilim dalıdır. Mekanik biliminin bir alt kolu olan mukavemet bilimi rijit olmayan (şekil değiştirebilen) cisimlerin mekaniği olarak da tanımlanabilir. Rijit cisimler mekaniği, cisimlerin üzerlerine etkiyen dış tesirler ile şekillerini değiştirmediğini kabul ederken, rijit olmayan cisimler mekaniği şekil değiştirmeleri de göz önüne alır. Teori, yapının bir ya da iki boyutlu öğelerinin incelenip, sonra bunların gerilim düzeylerinin iki boyutlu ve üç boyutlu olarak varsayılıp üç boyuta genelleştirilmesi ve maddelerin elastik ve plastik davranışları hakkında daha tam bir teori geliştirilmesiyle başlamıştır.
Stephen Timoshenko, maddelerin mekaniğinin önemli kurucu ve öncülerinden biridir. Maddelerin mukavemeti üzerine çalışmalar genelde; kiriş, sütun, mil gibi yapısal öğelerdeki gerilim ve zorlamaları hesaplamak için çeşitli yöntemlerden yararlanır.
Cisimlerin mukavemeti üzerine çalışma sıklıkla; kiriş, sütun, mil gibi yapısal öğelerdeki gerilim ve zorlamaları hesaplamak için çeşitli yöntemlerden yararlanır.
Kullanılan modeller; uzunluk, genişlik, kalınlık makroskobik (geometrik) özellikleri yanında; akma dayanımı, maksimum mukavemet, Young Katsayısı, Poisson Oranı gibi özellikleri de dikkate alarak, bir yapının yüklenmeye verdiği tepkiyi ve bozulmaya karşı hassaslığını öngörmeye çalışır.
Mukavemete konu olan dış kuvvet ve iç kuvvetleri inceleyecek olursak:
- Dış Kuvvet: Bir cisme, diğer cisimler tarafından dışarıdan yapılan etkiye dış kuvvet denir.
- Doğrudan doğruya belli olanlar ( Kendi ağırlığı, üzerine yüklenen ağırlıklar, diğer kuvvetler)
- Mesnet tepkileri ( İrtibatlardan gelenler ) : Cisimleri, diğer cisimlere bağlanmasıyla meydana gelir. Döşemenin kirişe, kirişin kolona, kolonun temele, temelin zemine, balkonun döşemeye tepkisi olan tepkisi örnek olarak gösterilebilir.
- İç Kuvvet: Bir cisme ait iki parçanın birbirine yaptığı etkiye iç kuvvet denir. Dış kuvvetlerin tesiri altında kalan bir cisim şu zorlamalarla karşı karşıya kalır:
- Normal kuvvet (çekme, basınç)
- Kesme kuvveti
- Eğilme momenti
- Burulma momenti → Burkulma momenti
- Döndürme momenti
Mukavemetin Kullanım Alanları
Malzeme bilimi, aslında birçok mühendislik bilim dalında geçer. Mukavemetin kullanım alanları şunlardır:
- İnşaat,
- Makine,
- Maden,
- Gemi inşaat,
- Havacılık mühendisliği alanlarında yaygın olarak kullanılır.
Bir bina kolonunu, uçak kanadını, makine dişlisine uygulanacak olan kuvvete dayanabilecek şekilde tasarlanması için mukavemet bilimi kullanılır. Bu sayede dayanıklı yapılar oluşturabilir.
Mekanikte Üç Temel Alan Dikkate Alınır.
Kinematik: Cisimlerin hareketlerini kütlelerini dikkate almadan inceleyin.
Statik: Statik dengede olan katı katıları inceleyin.
Dinamikler: Hareket halindeki cisimleri inceleyin, kütlelerini söz konusu hareketi üreten kuvvetle ilişkilendirin.
Yukarıda belirtilen Mekaniğin üç alanının, katı cisimleri katı cisimler, yani deforme olmayan cisimler olarak kabul ettiğini gözlemleyebiliriz, ancak gerçekte bu doğru değildir.
Madde Biliminde Mukavemet
Madde biliminde, cismin mukavemeti, uygulanan yüke bozulmadan direnebilme yetisidir. Cisimlerin mukavemeti alanı, kuvvetlerle ve onların maddeler üzerinde yarattığı bozulmalarla ilgilenir. Bir mekanik öğeye yüklenen yük, kuvvetler birim temelinde ele alındığında, öğenin içinde gerilim kuvveti denen bir iç kuvvetin oluşmasına sebep olur. Cisimdeki gerilimler çeşitli şekillerde deformasyona sebep olur. Cisimdeki deformasyon, yine deformasyon birim temelinde ele alındığında, zorlanma olarak tanımlanır. Uygulanan yükler aksiyal (germe ya da sıkıştırma) ya da makaslama (shear) şeklinde olabilir. Bir mekanik öğenin yükleme kapasitesini bulmak için, o öğedeki gerilim ve zorlanmalar hesaplanmalıdır. Bu, öğenin geometrisinin, öğeye uygulanan yüklerin ve öğenin yapıldığı malzemenin özelliklerinin tam bilgisini gerektirir. Yükün ve öğenin geometrisinin tam bilgisiyle, öğenin herhangi bir noktasındaki gerilim düzeyi ve zorlanma düzeyi hesaplanabilir. Gerilim düzeyi ve zorlanma düzeyi bilindikten sonra, öğenin mukavemeti (yük taşıma kapasitesi), sertliği, deformasyonları, kararlılığı (orijinal halini koruma yetisi) hesaplanabilir. Hesaplanan gerilimler, öğenin akma dayanımı, maksimum mukavemet gibi mukavemet ölçüleriyle karşılaştırılabilir. Bunun sonucunda ortaya çıkan sapma, öğenin kullanım amacına bağlı sapma kriteriyle karşılaştırılabilir. Öğenin hesaplanan bükülme yüklemesi, uygulanan yükle karşılaştırılabilir. Öğenin hesaplanan sertliği ve kütle dağılımı, öğrenin dinamik tepkisini hesaplamakta kullanılabilir ve bu, kullanılacak akustik çevreyle karşılaştırılabilir.
Cismin mukavemeti, gerilim – zorlanma eğrisi (akma dayanımı) üzerindeki, ötesine gidildiğinde, uygulanan yük kaldırılsa bile oluşan deformasyonların geri döndürülemediği ve kalıcı bükülmeye uğradığı noktayı ifade eder. Maksimum mukavemet, gerilim – zorlanma eğrisi (stress – strain curve) nde, gerilimin parçalanma yarattığı noktayı ifade eder.
Yüklenme Türleri
- Enlemesine yükleme: Uygulanan kuvvetler, öğenin boylam eksenine dik açıdadır. Enlemesine yükleme öğenin eğilmesine ve orijinal konumundan sapmasına sebep olur
- Eksenel yükleme: Uygulanan kuvvetler öğenin boylam ekseniyle yöndeştir. Kuvvetler öğenin uzamasına ya da kısalmasına neden olur.
- Burgu yüklemesi: Paralel yüzeyler üzerine, ters yönlerde uygulanan eşdeğer kuvvetler sonucunda oluşan burkulmalardır.
Gerilim Terimleri
Eksenel olmayan gerilim, şeklinde gösterilir. F (N), A(m²) alanı üzerine etkiyen kuvvettir. Sıkıştırma gerilimi (ya da sıkıştırma) cismin uzunluğunu, uygulandığı yönde azaltan yükten kaynaklanan gerilim halidir. Sıkıştırmanın basit bir örneği, ters yönde itme kuvvetleri sonucunda oluşan aksiyal olmayan sıkışmadır. Cisimlerin sıkıştırma mukavemeti genelde gerilme kuvvetlerinden daha yüksektir. Yine de, sıkıştırmak üzere yüklenmiş yapılar, burulma gibi, öğenin geometrisine bağlı olan ilave bozulma şekillerine maruz kalırlar.
Çekme gerilimi, uygulanan yük yönünde maddeye uzatmaya çalışan, cismi çeken kuvvet halidir. Eşit kesit alanına sahip yapıların mukavemeti, kesit alanının şeklinden bağımsızdır.
Kayma gerilimi, cisim içinde paralel doğrultularda, ters yönde etkiyen kuvvet çiftleriyle oluşan gerilim türüdür. Kağıdı makasla kesmek bu gerilim türüne örnektir.
Mukavemette Cisimler
Mukavemette cisim olarak herhangi bir cisim değil mühendislikte kullanılan malzeme göz önüne alınır. Mühendislikte kullanılan malzemeler çeşitli şekillerde sınıflandırılırlar. Bu sınıflamalar içinde malzemelerin mikro yapılarını ve kimyasal bağlarını kriter olarak göz önüne alan sınıflama en tutarlı sınıflamalardan biridir. Bu sınıflamaya göre malzemeler:
- a) Metaller,
- b)Alaşımlar
- c)Seramikler
- d)Kompozitler
olmak üzere dört grupta toplanabilir. Malzemelerin mukavemet bakımından bazı özelliklerini kriter olarak göz önüne alan farklı sınıflamalar da yapılmaktadır.
Mukavemetin Faydaları Nelerdir?
Malzemelerin ya da kullanılan materyallere uygulanan şiddet, gerilme, kesme kuvveti, burulmalar ve eğilmeler gibi birçok etki uygulanabilir. Bu etkilere malzemenin verdiği tepki ile dayanma şiddeti ölçülür. Mukavemetin faydaları sayesinde daha dayanıklı parçalar ve yapılar oluşturabilir.
Örneğin bir bina kolonuna dışarıda bir güç uygulandığı zaman, bina kolonu da kendi direnci doğrultusunda dışarıdan gelen bu etkiye içeriden bir güç uygulayacaktır. Bina kolonu kırılana kadar dışarıdan güç uygulanırsa, bina kolonunun maksimum dayanabileceği şiddet tespit edilir. Bu sayede deprem vb. gibi yıkım olan durumlarda daha dayanıklı kolonlar üzerine binaların inşa edilmesi hayat kurtarır.
