مجال الإجهاد

حقل الإجهاد هو توزيع القوى الداخلية في الجسم، والتي تُوازن مجموعة معينة من القوى الخارجية. تُستخدم حقول الإجهاد على نطاق واسع في ديناميكا الموائع وعلوم المواد . يمكن تخيل حقول الإجهاد على أنها الإجهاد الناتج عن إضافة نصف مستوى إضافي من الذرات إلى البلورة . تتمدد الروابط حول موقع الانخلاع ، وهذا التمدد هو ما يُسبب تكوّن حقل الإجهاد. تقل تمدد الروابط الذرية كلما ابتعدنا عن مركز الانخلاع، ولذلك يتلاشى حقل الإجهاد مع ازدياد المسافة من مركز الانخلاع. لكل انخلاع داخل المادة حقل إجهاد خاص به. ينتج تكوّن حقول الإجهاد هذه عن محاولة المادة تبديد الطاقة الميكانيكية المؤثرة عليها. اصطلاحًا، تُصنف هذه الانخلاعات إما موجبة أو سالبة، وذلك بناءً على ما إذا كان حقل الإجهاد الخاص بالانخلاع ضاغطًا أو شدًا في الغالب.

من خلال نمذجة الانخلاعات ومجالات الإجهاد الخاصة بها كشحنات موجبة ( مجال ضغط ) أو سالبة ( مجال شد )، يمكننا فهم كيفية تفاعل الانخلاعات مع بعضها البعض في الشبكة البلورية. إذا تلامس مجالان متشابهان، فإنهما سيتنافران. من ناحية أخرى، إذا تلامست شحنتان متعاكستان، فإنهما ستتجاذبان. هذان التفاعلان يُقوّيان المادة بطرق مختلفة. إذا تلامس مجالان متساويان في الشحنة وانحصرا في منطقة معينة، فإن قوة كبيرة مطلوبة للتغلب على قوى التنافر اللازمة لتحريك الانخلاعات. أما إذا تلامس مجالان متعاكسان في الشحنة، فإنهما سيندمجان لتشكيل منطقة انزياح. يمكن نمذجة منطقة الانزياح كبئر جهد يحبس الانخلاعات. وبالتالي، فإن قوة كبيرة مطلوبة لفصل الانخلاعات. بما أن حركة الانخلاعات هي الآلية الأساسية وراء التشوه اللدن، فإن زيادة الإجهاد اللازم لتحريك الانخلاعات تزيد بشكل مباشر من مقاومة الخضوع للمادة.

يمكن تطبيق نظرية حقول الإجهاد على آليات تقوية المواد المختلفة. ويمكن توليد حقول الإجهاد بإضافة ذرات مختلفة الأحجام إلى الشبكة البلورية (تقوية المذاب). فعند إضافة ذرة أصغر، يتولد حقل إجهاد شد، حيث تكون الروابط الذرية أطول نتيجة لصغر نصف قطر ذرة المذاب. وبالمثل، عند إضافة ذرة أكبر، يتولد حقل إجهاد ضغط، حيث تكون الروابط الذرية أقصر نتيجة لكبر نصف قطر ذرة المذاب. وتشكل حقول الإجهاد الناتجة عن إضافة ذرات المذاب أساس عملية تقوية المواد التي تحدث في السبائك .

• أرنو زانغ، أوف ستيفانسون، مجال الإجهاد في قشرة الأرض ، سبرينغر، 2010. الفصل 1، مقدمة، الصفحة 1