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閱讀:14發(fā)布時(shí)間:2024-8-23
應力應變基本概念
應力是在施加的外力的影響下物體內部產(chǎn)生的力。如圖1 所示,在柱體的上面向其施加外力P 的時(shí)候,物體為了保持原形在內部產(chǎn)生抵抗外力的力―內力。內力被物體(這里是柱體)的截面積所除后得到的值(單位截面積上的內力)即是“應力”(單位為Pa(帕斯卡)或N/m2)。如圓柱橫斷面積為A(m2),所受外力為P(N 牛頓),由外力=內力可得,應力
圖1
σ= P /A (Pa或者N/m2)
試件被拉伸的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生伸長(cháng)變形Δl,試件的長(cháng)度則變?yōu)?/span>l+Δl。這里,由伸長(cháng)量Δl 和原長(cháng)l 的比所表示的伸長(cháng)率(或壓縮率)就叫做“應變”,記為ε。
圖2
ε1=Δl/l
與外力同方向的伸長(cháng)(或壓縮)方向上的應變稱(chēng)為軸向應變。應變表示的是伸長(cháng)率(或壓縮率),屬于無(wú)量綱數,沒(méi)有單位。由于量值很小,通常用1×10−6(百萬(wàn)分之一)“微應變”表示,或簡(jiǎn)單地用μ表示。試件在被拉伸的狀態(tài)下,變長(cháng)的同時(shí)也會(huì )變細。直徑為d0 的試件產(chǎn)生Δd 的變形時(shí),直徑方向的應變如下式所示。
ε2=−Δd/d0
這種與外力成直角方向上的應變稱(chēng)為“橫向應變”。軸向應變與橫向應變的比稱(chēng)為泊松比,記為ν。每種材料都有其固定的泊松比,且大部分材料的泊松比都在0.3 左右。
各種材料的應變與應力的關(guān)系已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗進(jìn)行了測定。圖3 所示為一種普通鋼材(軟鐵)的應力與應變關(guān)系圖。應力與應變成直線(xiàn)關(guān)系的范圍內胡克定律成立,對應的應力稱(chēng)為比例極限。
圖3
σ= E⋅ε 或σ/E=ε
應力與應變的比例常數E 被稱(chēng)為彈性系數或揚氏模量,不同的材料有其固定的揚氏模量。如上所述,雖然無(wú)法對應力進(jìn)行直接的測量,但是通過(guò)測量由外力影響產(chǎn)生的應變可以計算出應力的大小。
應變的正負
應變分為拉伸和壓縮兩種,分別用正負號加以區別。
拉伸 → 正(+)
壓縮 → 負(―)
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