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應(yīng)力、應(yīng)變、位移、變形之間的關(guān)聯(lián)介紹

時(shí)間:2024/11/27閱讀:447
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  一般情況下,造成結(jié)構(gòu)變形或者破壞是由作用在結(jié)構(gòu)上的荷載導(dǎo)致的。在固體力學(xué)當(dāng)中,這些力稱為荷載或者外力。為了保證產(chǎn)品的安全性,必須要對(duì)這些荷載進(jìn)行評(píng)估。工程師必須確定每一個(gè)荷載的大小和方向,這非常重要。荷載可以分為靜力荷載和動(dòng)力荷載,根據(jù)是這些荷載是否隨著時(shí)間變化。不隨時(shí)間變化的荷載稱為靜力荷載,如自重。一般地,靜力學(xué)分析可以使用固體力學(xué)理論。
 
  隨時(shí)間變化的荷載稱為動(dòng)力荷載,如沖擊荷載,動(dòng)力學(xué)分析需要使用動(dòng)力學(xué)理論。
 
  位移VS變形
 
  結(jié)構(gòu)受外力作用下,位置和形狀會(huì)發(fā)生改變,這叫結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。嚴(yán)格地講,位移和變形是不同的
 
  結(jié)構(gòu)空間位置的變化統(tǒng)稱為位移
 
  位移不一定伴隨著變形,典型的例子是剛體運(yùn)動(dòng)。
 
  剛體運(yùn)動(dòng)指物體在空間的位置因平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生改變,但是物體上任意兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置保持不變
 
  變形是指結(jié)構(gòu)外部形狀發(fā)生變化。發(fā)生變形后,物體上所有的點(diǎn)或者除某些點(diǎn)外的所有點(diǎn)都會(huì)發(fā)生移動(dòng),物體上任意兩點(diǎn)之間的距離會(huì)發(fā)生改變。
 
  應(yīng)力
 
  結(jié)構(gòu)受到外力作用時(shí),其形狀和位置會(huì)發(fā)生改變。同時(shí),在物體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力以抵抗這種變形。如下圖所示,當(dāng)一個(gè)物體在任意位置被分成兩部分時(shí),每一部分都處于靜力平衡狀態(tài),每一部分的外力與內(nèi)力相平衡。就整體而言,每個(gè)方向的力和力矩的和必為零。
 
  內(nèi)力具有大小和方向,應(yīng)力也是矢量。
 
  作用在面上的任意方向的力,都可以分解為與面平行的切向力和與面垂直的法向力。
 
  法向應(yīng)力:與應(yīng)力作用面垂直。
 
  切向應(yīng)力:與應(yīng)力作用面平行。
 
  應(yīng)變
 
  分為法向應(yīng)變和切向應(yīng)變。
 
  前一個(gè)表示物體在某一方向上的拉伸或者壓縮的程度,后一個(gè)表示物體承受剪應(yīng)力時(shí)的角變形量。
 
  三維圓桿沿軸向拉伸時(shí),它的截面面積隨長(zhǎng)度的增加而減少。
 
  這里,圓桿在軸向的伸長(zhǎng)量與圓桿原長(zhǎng)的比值為法向應(yīng)變。
 
  應(yīng)變是無(wú)量綱的量。
 
  剪應(yīng)變?yōu)樾纬芍苯堑膬蛇叺慕亲冃瘟?,角度用弧度表?br /> 
  力和變形之間的關(guān)系
 
  在彈性區(qū)域內(nèi),當(dāng)知道位移時(shí),很容易計(jì)算變形和應(yīng)變。再利用胡克定律,可以計(jì)算得到應(yīng)力。
 
  脆性破壞
 
  脆性破壞發(fā)生后,擴(kuò)散速度很快,幾乎沒(méi)有明顯的塑性變形,這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。像玻璃或者陶瓷,他們都是脆性材料。很有必要對(duì)脆性材料的表面晶粒進(jìn)行研究,大晶粒是它的特點(diǎn)。與小晶粒相比,大晶粒更容易導(dǎo)致脆性破壞。脆性破壞的特點(diǎn)是在破壞發(fā)生在特定的晶體平面上,這個(gè)平面稱為斷裂面。由于幾乎沒(méi)有塑性變形,斷面非常的光澤。通過(guò)檢查可以發(fā)現(xiàn),形成的斷面像"河流"一樣。這種方式與斷裂的*終發(fā)生相匹配,在分析斷裂進(jìn)展方面很有幫助 。
 

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