022. 淺析材料應(yīng)力和應(yīng)變的概念
1. 應(yīng)力(Stress)
應(yīng)力是一個(gè)物體內(nèi)部或表面上的力與其相應(yīng)的面積之比。
應(yīng)力的類(lèi)型有很多種,包括拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力等。
數(shù)學(xué)公式表示:
其中:
(希臘字母sigma)是應(yīng)力(單位通常為帕斯卡Pa或百萬(wàn)帕斯卡MPa);
F是物體上的力,單位是牛頓(N);
A是受力的面積,單位是平方米(m2)。
2. 應(yīng)變(Strain)
應(yīng)變是物體由于受力而發(fā)生的形狀或尺寸的變化,是用來(lái)描述材料在承受應(yīng)力時(shí)的變形程度的重要參數(shù)。
應(yīng)變可分為正應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)和負(fù)應(yīng)變(壓縮應(yīng)變),具體取決于物體是伸長(zhǎng)還是縮短。
數(shù)學(xué)公式表示:
其中:
(希臘字母epsilon)是應(yīng)變,它是一個(gè)無(wú)單位的值,通常以百分比表示;
是物體長(zhǎng)度的變化;
L是物體在未受力狀態(tài)下的初始長(zhǎng)度;
補(bǔ)充理解:
物體之間的相互作用是有面積大小的,即力的作用是有面積大小的。
通俗理解單位面積下的力就是應(yīng)力;相對(duì)于原尺寸,尺寸的改變百分?jǐn)?shù)就是應(yīng)變(無(wú)單位)。
關(guān)注某種材料的力學(xué)性能,必須摒棄物體的形狀、體積的影響,歸一化處理,就得到了材料的性能。
由于力是作用在一定面積上的,內(nèi)力和外力都有其集中程度,被稱(chēng)為應(yīng)力或壓強(qiáng)。
類(lèi)比質(zhì)量與密度的關(guān)系,可以很容易地想到,用單位面積上的力來(lái)量化力的集中程度(應(yīng)力)。
在研究材料性能時(shí),通常會(huì)同時(shí)討論應(yīng)力和應(yīng)變,因?yàn)閼?yīng)力的集中程度也會(huì)影響應(yīng)變。
當(dāng)談?wù)搼?yīng)力集中時(shí),實(shí)際上是指力的集中,這會(huì)導(dǎo)致該點(diǎn)的應(yīng)力增大,變形也更明顯,應(yīng)變也更大。無(wú)論是應(yīng)力還是力,都會(huì)導(dǎo)致物體發(fā)生變形。
想象一下,一個(gè)錘子或釘子,就很容易理解應(yīng)力集中的概念。
當(dāng)我們具體分析某一物體的變形時(shí),而不是材料本身時(shí),就不需要使用應(yīng)變的概念(只需查看變形位移即可)。
力決定了物體的(接觸面總的)變形量,應(yīng)力直接決定力作用面上某點(diǎn)的變形量。
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