מאמץ (הנדסה)

מאמץ (או לחץ) בהנדסת חומרים הוא כוח בתוך חומר ליחידת שטח. חישוב ומדידה של מאמץ עומדים במרכז תורת החוזק. בהנדסת מכונות והנדסה אזרחית מודדים ומחשבים מאמץ בחומרים, על מנת לקבוע את תפקודה של מערכת תחת עומסים קיצוניים, כלומר לקבוע האם החומרים יעמדו בעומס.
מאמץ שיורי בתוך חומר הוא מאמץ שקיים גם בלי הפעלת כוח, והוא נגרם בדרך כלל כתוצאה מטיפולים קודמים שעבר החומר, תרמיים ומכניים. מאמץ שיורי יכול להחליש את החומר ולעוות את צורתו, ולעיתים גם לסדוק או לשבור את החומר.

הגדרת המאמץ

מאמץ נמדד תמיד ביחידת כוח ליחידת שטח, בדרך כלל בניוטון/קילוניוטון למילימטר/סנטימטר/מטר מרובע או ביחידות פסקל/מגה-פסקל.
מאמץ המתיחה והלחיצה למשל הוא  כאשר:  - ערך המאמץ, F - ערך הכוח הפועל, A - שטח חתך הגוף.
בצורה דומה מוגדר מאמץ הגזירה 
ניתן לראות שככל שהכוח הפועל על הגוף גדל, גדל גם המאמץ ואילו ככל ששטח החתך גדל, המאמץ קטן. בכפיפה, פיתול וקריסה למשל, הנוסחאות מורכבות יותר.

העיקרון של קושי

עיקרון שווי המשקל הפנימי של קושי קובע שכאשר חותכים גוף על ידי מעטפת סגורה, הכוחות הפועלים על המעטפת הזו נמצאים בשווי משקל עם הכוחות הפועלים על המעטפת של שארית הגוף. כך אנו יכולים לבחון את המאמץ הפועל על קובייה קטנה בתוך הגוף עצמו. בקובייה תלת ממדית על פני פאת הקובייה, פועלים שני כוחות גזירה במישור פאת הקובייה וכח אחד ניצב לפאה. במצב המאמצים התלת ממדי, טנזור מאמצים מתאר את המאמצים הפועלים על הקובייה.

העיבור (strain)

אם נחלק את גודל השינוי של המידה החדשה של הקורה (בדרך כלל, מידת האורך) במידתה המקורית, נקבל גודל חדש הוא המעוות היחסי הנקרא בעברית "עיבור" (strain). עקומת מאמץ-מעוות היא העקומה הנוצרת משרטוט המאמץ הפועל בדגם עבור כל ערך של עיבור. צורתה הכללית של דיאגרמת מאמץ-מעוות היא ליניארית בתחילתה, באזור בו מתקיים חוק הוק. תחום זה נקרא "התחום האלסטי". עיבור בתחום האלסטי הוא הפיך, כלומר עם הסרת העומס תחזור הגאומטריה של הקורה לקדמותה, ללא שיגרם לה נזק משמעותי (כמו קפיץ למשל).
לאחר הקטע הליניארי משתנה צורת הגרף ונהיית מורכבת יותר. תחום זה נקרא "התחום הפלסטי". עיבור בתחום הפלסטי הוא לא הפיך, כלומר גם כאשר יוסר העומס, הגוף לא יחזור לגודלו המקורי. רצוי שחומר הנדסי הנמצא במערכת עובדת יעבור רק עיבורים אלסטיים, שכן עבודה מעבר לגבול הכניעה גורמת לשינוי מידות החלק, ולאחר מכן לשבר בחומר. הנקודה העליונה בגרף נקראת נקודת הכניעה (או גבול הכניעה), ומשמעותה שמכאן ואילך אפילו מאמץ הנמוך מן הנוכחי יגדיל את המעוות (אשר לא ניתן היה להיות מושג בכוח כזה עד שהחומר הגיע לנקודת הכניעה). נקודת הכניעה קרובה לנקודת השבר, בה החומר נהרס.

בהנדסה

חישובי מאמצים מאפשרים לחשב גדלים נדרשים של גופים כך שלא ייכשלו מבחינת חוזק. בתכנון גוף שידוע הכוח אשר אותו עליו לשאת, ניתן למצוא מהו המאמץ אשר יווצר בו עבור מידה מסוימת של שטח חתך שתקבע עבורו. כיוון שעבור מרבית החומרים השימושיים בתעשייה ידועים ערכי המאמצים המותרים, ניתן (לאחר בחירת חומר הקורה) לחשב את מידותיה המינימליות הדרושות כך שהמאמץ בה לא יעבור את המאמץ המותר. אם ידוע הכוח הפועל ומשיקולי מיקום מוכתב גם שטח החתך של הקורה, ניתן לחפש חומר שיתאים לאלמנט המתוכנן שהמאמץ המותר שלו גבוה מהמאמץ שיווצר.

מקדם ביטחון

לרוב לא עובדים בהנדסה בכל הטווח הליניארי של עקומת מאמץ-מעוות. עבודת הקורה המותרת היא רק בחלקו התחתון של החלק הליניארי. כדי להבטיח עבודה רק בתחום זה לא מתייחסים בעת החישוב לגבול הכניעה, אלא מחלקים את הערך במקדם הבטיחות, כדי לקבל את הערך של המאמץ המותר. ככל שנגדיל את מקדם הביטחון הסיכוי לכשל קטן אך דבר זה גורר גאומטריה גדולה ומסורבלת יותר, או בחירת חומרים חזקים ויקרים יותר. יש לקבוע מקדם ביטחון כפשרה הגיונית בין סיכוי קטן לכשל לבין תכן לא מופרז. ערכו של מקדם הביטחון משתנה מאוד מענף לענף וממידת הבטיחות הנדרשת, אך הוא בדרך כלל 5 - 1.5 .