應(yīng)力的定義
當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí),它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化,這種形變稱為應(yīng)變(Strain)。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力.把分布內(nèi)力在一點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力(Stress),應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力.或物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時(shí),在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力,以抵抗這種外因的作用,并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力(Stress)。按照應(yīng)力和應(yīng)變的方向關(guān)系,可以將應(yīng)力分為正應(yīng)力σ 和切應(yīng)力τ,正應(yīng)力的方向與應(yīng)變方向平行,而切應(yīng)力的方向與應(yīng)變垂直。按照載荷(Load)作用的形式不同,應(yīng)力又可以分為拉伸壓縮應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[編輯本段]應(yīng)力的分類
同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力,同截面相切的稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。應(yīng)力會(huì)隨著外力的增加而增長(zhǎng),對(duì)于某一種材料,應(yīng)力的增長(zhǎng)是有限度的,超過(guò)這一限度,材料就要破壞。對(duì)某種材料來(lái)說(shuō),應(yīng)力可能達(dá)到的這個(gè)限度稱為該種材料的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力值要通過(guò)材料的力學(xué)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。將測(cè)定的極限應(yīng)力作適當(dāng)降低,規(guī)定出材料能安全工作的應(yīng)力最大值,這就是許用應(yīng)力。材料要想安全使用,在使用時(shí)其內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)低于它的極限應(yīng)力,否則材料就會(huì)在使用時(shí)發(fā)生破壞。
有些材料在工作時(shí),其所受的外力不隨時(shí)間而變化,這時(shí)其內(nèi)部的應(yīng)力大小不變,稱為靜應(yīng)力;還有一些材料,其所受的外力隨時(shí)間呈周期性變化,這時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力也隨時(shí)間呈周期性變化,稱為交變應(yīng)力。材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞稱為疲勞破壞。通常材料承受的交變應(yīng)力遠(yuǎn)小于其靜載下的強(qiáng)度極限時(shí),破壞就可能發(fā)生。另外材料會(huì)由于截面尺寸改變而引起應(yīng)力的局部增大,這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。對(duì)于組織均勻的脆性材料,應(yīng)力集中將大大降低構(gòu)件的強(qiáng)度,這在構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。
物體受力產(chǎn)生變形時(shí),體內(nèi)各點(diǎn)處變形程度一般并不相同。用以描述一點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量是該點(diǎn)的應(yīng)變。為此可在該點(diǎn)處到一單元體,比較變形前后單元體大小和形狀的變化。
[編輯本段]線應(yīng)變
在直角坐標(biāo)中所取單元體為正六面體時(shí),三條相互垂直的棱邊的長(zhǎng)度在變形前后的改變量與原長(zhǎng)之比,定義為線應(yīng)變,用ε表示。一點(diǎn)在x、y、z方向的線應(yīng)變分別為εx、εx、εy、εz。線應(yīng)變以伸長(zhǎng)為正,縮短為負(fù)。
[編輯本段]切應(yīng)變
單元體的兩條相互垂直的棱邊,在變形后的直角改變量,定義為角應(yīng)變或切應(yīng)變,用γ表示。一點(diǎn)在x-y方向、y-z方向z-x方向的切應(yīng)變,分加別為γxy、γyz、γzx。切應(yīng)變以直角減少為正,反之為負(fù)。
[編輯本段]一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)
一點(diǎn)的應(yīng)變分量εx、εy、εz、γxy、γyz、γzx已知時(shí),在該點(diǎn)處任意方向的線應(yīng)變,以及通過(guò)該點(diǎn)任意兩線段間的直角改變量,都可根據(jù)應(yīng)變分量的坐標(biāo)變換公式求出。該點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)也就確定。
表示一點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)的個(gè)應(yīng)變分量εx、εy、εz、γxy、γyx、γyzγzy、γzx、γxz組成的應(yīng)變張量,即
式中 右邊的張量中的切應(yīng)變用εxy、εxz、---表示,適用于使用張量的附標(biāo)標(biāo)號(hào)的表示法;
左邊張量中的切應(yīng)變用γxy、γxz、---表示,是工程習(xí)慣表示法。
二者概念相同,大小相差一倍。應(yīng)變張量也是二階對(duì)稱量,其中切應(yīng)變分量εxy=εyx
[編輯本段]測(cè)量工具
應(yīng)力儀是來(lái)測(cè)定透明物體由于內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象的儀器。這種雙折射(應(yīng)力)的來(lái)源,是由于均勻的冷卻或外界機(jī)械作用等原因引起的。