Normalspänning

Normalspänning, eller spänning normal mot en plan yta, är den komponent av stress som verkar vinkelrätt mot planet i ett material. Den fås när en tvärsnittslast appliceras och beskriver hur mycket styrka som motstår att förlänga eller förkorta materialet i riktningen normal mot ytan. Teckenkonventionen sätts ofta till positivt för drag (tension) och negativt för kompression.

För enkla beräkningar över ett tvärsnitt med area A och kraft F som verkar normalt mot planet är normalspänningen σ_n lika med σ_n = F/A och enhetsmåttet är pascal (Pa = N/m²). I allmänna fall används Cauchy-spänningstensor σ och enhetsnormalen n till planet: σ_n = n · σ · n.

Normalspänning skiljer sig från skjuvspänning, som är den tangentiala komponenten av stressen. På en given yta kan både normalspänning och skjuvspänning uppträda samtidigt. Den allmänna relationen mellan spänning och riktning för ett plan med normalriktning n är σ_n = n_i σ_ij n_j (summation). I praktiken är de största eller minsta normalspänningarna ofta av intresse och uppträder som huvudspänningar.

Användning och mätning: Vid axiell drag eller tryck är normalspänningen konstant över tvärsnittet och ges av σ = F/A. Vid böjning varierar σ_n över tvärsnittet med position (t.ex. σ = M y / I för enkla balkar). I samband med linjärt elastiskt beteende följer spänning och deformation Hookes lag: σ ≈ E ε i riktningen av deformationen. Hydrostatiskt tryck uppstår när spänningar i alla riktningar är lika.