材料力学中应力计算公式的教学探讨.
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材料力学中的应力与应变关系材料力学是研究材料在受力作用下的力学行为和性能的学科,应力与应变关系是其中的核心内容之一。
本文将讨论材料力学中的应力与应变的概念及其数学表示,以及应力与应变之间的线性关系与非线性关系。
一、应力的概念及表示应力是指材料单位面积上的内部力,常用符号σ表示。
根据受力情况的不同,可以分为正应力、切应力和体积应力。
正应力是指与作用力方向垂直的内部力,常用符号σ表示;切应力是指与作用力方向平行的内部力,常用符号τ表示;体积应力是指作用在体积内的内部力,常用符号p表示。
正应力的数学表示为σ = F/A,其中F为作用力的大小,A为受力面积。
切应力的数学表示为τ = F/A,其中F为切力的大小,A为受力面积。
体积应力的数学表示为p = F/V,其中F为体积力的大小,V为受力体积。
二、应变的概念及表示应变是指材料在受力作用下产生的形变程度,常用符号ε表示。
根据变形方式的不同,可以分为线性应变和体积应变。
线性应变是指在受力作用下,材料产生的长度或角度发生变化,常用符号ε表示;体积应变是指在受力作用下,材料产生的体积发生变化,常用符号η表示。
线性应变的数学表示为ε = ΔL/L0,其中ΔL为长度变化量,L0为原始长度。
体积应变的数学表示为η = ΔV/V0,其中ΔV为体积变化量,V0为原始体积。
三、应力与应变的线性关系在一定范围内,应力与应变之间可以表现为线性关系。
根据胡克定律(Hooke's Law),线性弹性材料的应力与应变之间满足σ = Eε,其中E为弹性模量。
弹性模量是材料刚度的度量,表示材料单位应力产生的单位应变。
常见的弹性模量有杨氏模量、剪切模量和泊松比。
杨氏模量的数学表示为E = σ/ε,其中σ为应力,ε为线性应变。
剪切模量的数学表示为G = τ/γ,其中τ为切应力,γ为切应变。
泊松比的数学表示为ν = -εv/εh,其中εv为垂直方向的线性应变,εh为水平方向的线性应变。
材料力学三个主应力计算公式
1材料力学三个主应力计算公式
材料力学是用物理学的方法研究材料在外加拉力、轴向力、压力等机械荷载作用下的弹性和非弹性变形行为的一门学科。
这里我们主要讲解三个主要的应力计算公式,它们是拉伸应力公式、压缩应力公式和弯曲应力公式。
1拉伸应力公式
拉伸应力公式是研究材料受到拉力的变形的一个主要的应力计算公式。
对一般的条件,拉伸应力公式可以表示为:σ=F/A,其中σ是拉伸作用下材料的应力,F为拉力的大小,A是拉力所作用的面积。
2压缩应力公式
压缩应力公式是研究材料受到压缩的变形的一个主要的应力计算公式。
对一般的条件,压缩应力公式可以表示为:σ=F/A,其中σ是压缩作用下材料的应力,F为压缩力的大小,A是压缩力所作用的面积。
3弯曲应力公式
弯曲应力公式是研究材料受到弯曲的变形的一个主要的应力计算公式。
对一般的条件,弯曲应力公式可以表示为:σ=M/I,其中σ是弯曲作用下材料的应力,M为弯矩的大小,I是受到弯矩作用的轴状截面积的矩。
弯曲应力几何关系可以表示为:σm=E⋅(1/R)
⋅σ=E⋅(1/r)⋅截面有效截面积,其中R和r分别是弯曲的半径和有效截面的半径。
以上是关于材料力学三个主要的应力计算公式,也就是拉伸应力公式、压缩应力公式和弯曲应力公式的介绍。
通过对这些公式的学习,可以深入了解材料的变形以及如何从力学的角度来衡量材料的应力。
工程力学中的应力和应变的计算方法在工程力学这一领域中,应力和应变是两个极其重要的概念。
它们对于理解材料在受力情况下的行为以及结构的稳定性和安全性起着关键作用。
接下来,让我们深入探讨一下应力和应变的计算方法。
应力,简单来说,就是单位面积上所承受的内力。
想象一下,我们有一根杆子,在它的横截面上受到一个力的作用。
这个力除以横截面的面积,得到的值就是应力。
应力的单位通常是帕斯卡(Pa)。
在计算应力时,我们需要先明确受力的类型。
如果是拉伸或压缩力,应力的计算公式为:应力=力/横截面面积。
例如,有一根横截面面积为 001 平方米的杆子,受到 1000 牛顿的拉力,那么应力= 1000/ 001 = 100000 帕斯卡。
如果是剪切力,应力的计算就稍微复杂一些。
对于矩形截面,剪切应力=剪力/(横截面面积 ×剪切面的距离)。
假设一个矩形截面的宽度为 b,高度为 h,受到的剪力为 V,那么剪切面上的平均剪切应力= 3V / 2bh 。
应变则是描述物体在受力时发生的变形程度。
它是相对变形量,没有单位。
应变分为线应变和角应变。
线应变是指物体在某一方向上长度的变化量与原始长度的比值。
如果一根杆子原来的长度是 L,受力后长度变成了 L',那么线应变=(L' L)/ L 。
角应变,也称为切应变,用于描述物体的角度变化。
例如,一个正方形在受力后变成了菱形,其角度的变化量就是角应变。
在实际工程中,应力和应变的关系通常通过材料的本构方程来描述。
对于线弹性材料,应力和应变之间存在线性关系,遵循胡克定律。
胡克定律在拉伸或压缩情况下可以表示为:应力=弹性模量 ×应变。
这里的弹性模量是材料的一个固有属性,反映了材料抵抗变形的能力。
不同的材料具有不同的弹性模量。
例如,钢材的弹性模量通常较大,这意味着它在受力时相对不容易发生变形;而橡胶的弹性模量较小,受力时容易产生较大的变形。
除了简单的拉伸和压缩情况,对于复杂的受力状态,如弯曲、扭转等,应力和应变的计算就需要运用更复杂的理论和方法。
材料力学相当应力计算公式材料力学是研究物质内部受力和变形规律的一门学科,它是工程力学的重要组成部分。
在工程实践中,我们经常需要计算材料在受力作用下的应力,以便评估材料的强度和稳定性。
其中,相当应力是一个重要的参数,它可以帮助我们更好地理解材料的受力情况。
相当应力是指在复杂受力状态下,将各向异性材料的应力状态转化为等效的单轴拉伸或压缩应力状态,以便于进行强度计算和设计。
相当应力计算公式是在这种情况下使用的一种数学表达式,它可以帮助工程师快速准确地计算出材料在受力作用下的相当应力。
相当应力计算公式的一般形式为:σeq = √(σ1^2 + σ2^2 σ1σ2 + 3τ^2)。
其中,σeq为相当应力,σ1和σ2分别为材料的主应力,τ为剪应力。
这个公式是由斯坦霍普公式推导而来的,它适用于各种复杂受力状态下的材料,可以帮助工程师更好地理解材料的受力情况。
在实际工程中,相当应力计算公式可以帮助工程师快速准确地评估材料的强度和稳定性。
通过计算出材料在受力作用下的相当应力,工程师可以及时发现材料的受力状况,从而采取相应的措施,保证工程的安全可靠。
除了上述的一般形式外,相当应力计算公式还有一些特殊情况的简化形式。
比如,在单轴拉伸或压缩应力状态下,相当应力可以直接等于主应力;在纯剪应力状态下,相当应力可以直接等于剪应力。
这些简化形式可以帮助工程师更快地进行计算,提高工作效率。
另外,相当应力计算公式还可以用于材料的强度设计。
在进行材料的强度设计时,工程师需要根据材料的受力情况来确定其强度,并采取相应的措施。
通过使用相当应力计算公式,工程师可以更加准确地评估材料的受力情况,从而确定材料的强度,并进行相应的设计。
总的来说,相当应力计算公式是材料力学中的一个重要工具,它可以帮助工程师更好地理解材料的受力情况,评估材料的强度和稳定性,并进行相应的设计。
在实际工程中,工程师可以根据具体情况选择合适的相当应力计算公式,从而更好地完成工程设计和实施工作。
应力计算公式的适用阶段引言。
应力是物体内部受力的一种表现形式,它是描述物体受力情况的重要参数。
在工程领域中,对于材料的应力分析是非常重要的,因为它可以帮助工程师设计合理的结构和材料,以保证其在使用过程中不会发生破坏。
应力计算公式是用来计算材料在受力情况下的应力值的数学表达式,它在工程实践中具有广泛的应用。
本文将探讨应力计算公式的适用阶段,以帮助读者更好地理解在何种情况下可以使用这些公式进行应力计算。
弹性阶段。
在材料受到轻微外力作用时,它会发生弹性变形。
在这种情况下,应力计算公式可以很好地适用于计算材料的应力情况。
弹性阶段的应力计算公式通常包括胡克定律和杨氏模量等参数,可以根据受力情况和材料性质来选择合适的公式进行计算。
在弹性阶段,材料的应力与应变呈线性关系,因此可以通过简单的数学公式来计算应力值,这对于工程设计和材料选择具有重要意义。
屈服阶段。
当外力继续增大,超过了材料的屈服极限时,材料会发生塑性变形。
在这种情况下,应力计算公式的适用阶段会有所不同。
塑性变形的材料在受力情况下会出现应力集中和非均匀变形的现象,这就需要使用更为复杂的应力计算公式来进行计算。
在屈服阶段,工程师需要考虑材料的屈服强度和应力集中的情况,以选择合适的应力计算公式进行计算,以保证结构的安全性和稳定性。
断裂阶段。
当材料受到超过其承受能力的外力作用时,它会发生断裂破坏。
在这种情况下,应力计算公式的适用阶段会更加复杂。
断裂破坏是材料受力情况下最严重的情况,需要使用断裂力学和应力分析等高级技术来进行计算。
在断裂阶段,工程师需要考虑裂纹扩展、应力集中和断裂韧性等因素,以选择合适的应力计算公式进行计算,以避免结构的破坏和事故的发生。
总结。
应力计算公式是工程领域中非常重要的工具,它可以帮助工程师分析材料的受力情况,选择合适的结构和材料。
在不同的应力阶段,应力计算公式的适用性也会有所不同。
在弹性阶段,可以使用简单的线性公式进行计算;在屈服阶段,需要考虑塑性变形和应力集中的情况;在断裂阶段,则需要使用高级的断裂力学和应力分析技术进行计算。
材料力学应力计算公式材料力学是研究物质内部受力和变形的学科,而应力是描述物体内部受力情况的重要参数。
在工程实践中,我们经常需要计算材料的应力,以评估材料的强度和稳定性。
本文将介绍材料力学中常用的应力计算公式,帮助大家更好地理解和应用这些公式。
1. 正应力计算公式。
在材料力学中,正应力是指垂直于截面的受力情况。
对于拉伸或压缩的情况,正应力可以通过以下公式计算:σ = F/A。
其中,σ表示正应力,F表示受力的大小,A表示受力截面的面积。
这个公式简单直观,适用于许多工程实际问题的计算。
2. 剪应力计算公式。
剪应力是指平行于截面的受力情况。
对于剪切力的情况,剪应力可以通过以下公式计算:τ = F/A。
其中,τ表示剪应力,F表示受力的大小,A表示受力截面的面积。
这个公式也是比较直观的,适用于许多工程实际问题的计算。
3. 组合应力计算公式。
在实际工程中,材料往往同时承受正应力和剪应力。
此时,我们需要考虑组合应力的情况。
对于同时存在正应力和剪应力的情况,组合应力可以通过以下公式计算:σ' = (σ1 + σ2)/2 + √((σ1 σ2)/2)^2 + τ^2。
其中,σ'表示组合应力,σ1和σ2分别表示两个正应力的大小,τ表示剪应力的大小。
这个公式较为复杂,需要仔细计算和理解。
4. 应力的单位。
在计算应力时,我们通常使用国际单位制中的帕斯卡(Pa)作为单位。
1帕斯卡等于1牛顿/米^2。
在工程实践中,我们也经常使用兆帕(MPa)作为应力的单位,1兆帕等于10^6帕斯卡。
5. 应力的方向。
除了计算应力的大小,我们在工程实践中还需要考虑应力的方向。
应力的方向对于材料的强度和稳定性都有重要影响,需要在设计和分析中进行充分考虑。
总结。
材料力学中应力的计算是工程实践中的重要内容,通过本文介绍的应力计算公式,我们可以更好地理解和应用这些公式。
在实际工程中,我们需要根据具体情况选择合适的应力计算公式,并结合应力的方向进行全面分析。
基础篇之二第2章拉伸与压缩杆件的应力变形分析与强度计算工程结构中的桅杆、旗杆、活塞杆,悬索桥、斜拉桥、网架式结构中的杆件或缆索,以及桥梁结构桁架中的杆件大都承受沿着杆件轴线方向载荷,这种载荷简称我轴向载荷。
承受轴向载荷的杆件将产生拉伸或压缩变形。
承受轴向载荷杆件的材料力学问题包括:杆件横截面上的内力、应力与变形分析与计算;材料的力学行为的实验结果;强度计算以及应变能计算。
这些问题虽然比较简单,但其中的基本概念与基本分析方法则具有普遍意义。
2-1 轴力与轴力图当所有外力均沿杆的轴线方向作用时,杆的横截面上只有轴力F N一种内力分量。
表示轴力沿杆轴线方向变化的图形,称为轴力图(diagram of normal forces)。
为了绘制轴力图,杆件上同一处两侧横截面上的轴力必须具有相同的正负号。
因此约定使杆件受拉的轴力为正;受压的轴力为负。
绘制轴力图的方法与步骤如下:首先,确定作用在杆件上的外载荷与约束力;其次,根据杆件上作用的载荷以及约束力,轴力图的分段点:在有集中力作用处即为轴力图的分段点;第三,应用截面法,用假想截面从控制面处将杆件截开,在截开的截面上,画出未知轴力,并假设为正方向;对截开的部分杆件建立平衡方程,确定轴力的大小与正负:产生拉伸变形的轴力为正,产生压缩变形的轴力为负;最后,建立F N-x坐标系,将所求得的轴力值标在坐标系中,画出轴力图。
【例题2-1】 已知:阶梯形直杆受力如图2-1所示。
试画出其轴力图。
图2-1 例题2-1解:因为在A、B、C、D四处都有集中力作用,所以AB、BC和CD三段杆的轴力各不相同。
应用截面法,在AB、BC和CD三段中容易截面处,分别将杆件截开,并且假设截开的横截面上的轴力均为正方向,即为拉力,如图2-2a所示。
然后分别对截开的三部分应用平衡方程0xF=∑即可确定AB 、BC 和CD 段杆横截面上的轴力,分别为:F N (CD )=200 kN ;F N (BC )=-(300-200)=100 kN ;F N (BC )=500+200-300=400 kN 。
材料力学应力课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解材料力学中应力的基本概念,掌握应力的定义、计算公式及单位。
2. 学生能掌握弹性模量、屈服强度等材料力学性能参数与应力的关系。
3. 学生能了解不同材料在受力时的应力-应变关系,并掌握其线性弹性区的特点。
技能目标:1. 学生能够运用应力计算公式解决实际工程问题,并正确使用单位。
2. 学生能够运用弹性模量、屈服强度等参数分析材料的受力性能。
3. 学生能够通过实验和数据分析,掌握测定应力-应变关系的方法。
情感态度价值观目标:1. 学生通过学习应力知识,培养对力学科学的兴趣和探索精神。
2. 学生能够认识到材料力学在工程领域的重要性,增强工程意识。
3. 学生在学习过程中,培养严谨的科学态度和团队合作精神。
本课程针对高中年级学生,课程性质为理论联系实际,强调知识的应用。
在教学过程中,考虑到学生的年龄特点和认知水平,课程目标设定为具体、可衡量的学习成果。
通过本课程的学习,使学生不仅掌握材料力学应力的基本知识,还能将所学应用于实际工程问题,培养其解决实际问题的能力。
同时,注重培养学生的科学态度和工程意识,为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 应力基本概念:讲解应力的定义、分类(拉伸应力、压缩应力、剪切应力等),及其在材料力学中的作用。
教材章节:第一章第二节2. 应力计算公式:学习应力计算的基本公式,如胡克定律、应力转换公式等。
教材章节:第一章第三节3. 材料力学性能参数:介绍弹性模量、屈服强度、抗拉强度等参数,分析它们与应力的关系。
教材章节:第二章第一节4. 应力-应变关系:讲解不同材料在受力时的应力-应变曲线,重点掌握线性弹性区的特点。
教材章节:第二章第二节5. 实际工程案例分析:分析典型工程案例中应力的计算与应用,如桥梁、建筑结构等。
教材章节:第三章6. 实验教学:组织学生进行拉伸试验,测定应力-应变关系,培养实验操作能力和数据分析能力。
教材章节:实验部分教学内容按照课程目标进行选择和组织,确保科学性和系统性。
应力的三种计算公式应力是材料内部的力,是单位面积上的力。
在材料工程中,计算应力是非常重要的,因为它可以帮助工程师确定材料的性能和承载能力。
在这篇文章中,我们将介绍三种常见的应力计算公式,它们分别是拉伸应力、剪切应力和压缩应力的计算公式。
拉伸应力的计算公式。
拉伸应力是指材料在拉伸力作用下单位面积上的应力。
拉伸应力的计算公式为:σ = F/A。
其中,σ表示拉伸应力,F表示作用在材料上的拉伸力,A表示材料的横截面积。
这个公式告诉我们,拉伸应力与拉伸力成正比,与横截面积成反比。
也就是说,如果拉伸力增加,拉伸应力也会增加;而如果横截面积增加,拉伸应力则会减小。
剪切应力的计算公式。
剪切应力是指材料在受到剪切力作用下单位面积上的应力。
剪切应力的计算公式为:τ = F/A。
其中,τ表示剪切应力,F表示作用在材料上的剪切力,A表示材料的横截面积。
与拉伸应力类似,剪切应力也与受到的剪切力成正比,与横截面积成反比。
这个公式告诉我们,剪切应力与剪切力的大小和材料的横截面积有关。
压缩应力的计算公式。
压缩应力是指材料在受到压缩力作用下单位面积上的应力。
压缩应力的计算公式为:σ = F/A。
其中,σ表示压缩应力,F表示作用在材料上的压缩力,A表示材料的横截面积。
与拉伸应力和剪切应力类似,压缩应力也与受到的压缩力成正比,与横截面积成反比。
这个公式告诉我们,压缩应力与压缩力的大小和材料的横截面积有关。
综上所述,拉伸应力、剪切应力和压缩应力是材料工程中常见的应力类型,它们分别与拉伸力、剪切力和压缩力成正比,与材料的横截面积成反比。
通过这些计算公式,工程师可以更好地了解材料的性能和承载能力,从而设计出更安全和可靠的工程结构。
希望本文对读者有所帮助,谢谢阅读!。
材料力学求主应力公式
材料力学中,主应力是指在三个正交方向上的应力中最大的值。
对于一个三维应力状态,主应力可以通过求解应力张量的特征方程
来获得。
假设应力张量表示为:
σ = [σ₁₁ σ₁₂ σ₁₃。
σ₂₁ σ₂₂ σ₂₃。
σ₃₁ σ₃₂ σ₃₃]
其中,σ₁₁, σ₂₂, σ₃₃是应力张量的主应力。
求解特
征方程det(σ λI) = 0,其中I是单位矩阵,λ是特征值,可以
得到三个特征值λ₁, λ₂, λ₃。
这些特征值就是主应力。
特征方程det(σ λI) = 0展开后可以得到一个三次方程:
(σ₁₁ λ)(σ₂₂ λ)(σ₃₃ λ) + 2σ₁₂σ₂₃σ₃₁
σ₁₁σ₂₂λ σ₁₁σ₃₃λ σ₂₂σ₃₃λ + σ₁₂²λ + σ₂₃²λ + σ₃₁²λ = 0。
解这个三次方程可以得到三个特征值λ₁, λ₂, λ₃,它们就是主应力。
主应力的公式可以表示为σ₁₁, σ₂₂, σ₃₃。
这些主应力代表了材料在三个正交方向上受到的最大应力值。
应力计算公式的适用条件在工程力学和材料力学中,应力是一个非常重要的物理量,它描述了物体在外力作用下的内部应力状态。
而应力的计算公式则是用来描述这种内部应力状态的工具之一。
然而,要正确使用应力计算公式,就需要了解其适用条件,以确保计算结果的准确性和可靠性。
本文将探讨应力计算公式的适用条件,帮助读者更好地理解和应用这一重要工具。
应力计算公式的适用条件主要包括以下几个方面:1. 线弹性条件。
应力计算公式通常是基于线弹性条件推导出来的,这意味着它们适用于线弹性材料。
线弹性材料是指在应力和应变之间存在线性关系的材料,即在小应力范围内,应力和应变成正比。
因此,当材料的应力超出线性范围时,应力计算公式就不再适用。
在这种情况下,需要使用非线性应力-应变关系来进行计算。
2. 各向同性材料。
应力计算公式通常是基于各向同性材料的假设推导出来的,这意味着它们适用于各向同性材料。
各向同性材料是指其力学性能在各个方向上都是相同的材料。
如果材料具有各向异性,即其力学性能在不同方向上有所差异,那么应力计算公式就不再适用。
在这种情况下,需要根据材料的各向异性特性来选择相应的应力计算方法。
3. 静力条件。
应力计算公式通常是基于静力条件推导出来的,这意味着它们适用于静力情况下的应力计算。
在动力学情况下,由于惯性力的存在,应力计算公式可能会发生变化。
因此,在动力学情况下,需要考虑惯性力的影响,并相应地修正应力计算公式。
4. 线性边界条件。
应力计算公式通常是基于线性边界条件推导出来的,这意味着它们适用于线性边界条件下的应力计算。
如果材料或结构的边界条件是非线性的,即在边界处存在非线性效应,那么应力计算公式就不再适用。
在这种情况下,需要考虑非线性边界条件的影响,并相应地修正应力计算公式。
总之,应力计算公式的适用条件是一个非常重要的问题,它直接影响到计算结果的准确性和可靠性。
在实际工程和科学研究中,我们需要根据具体情况选择合适的应力计算公式,并且要考虑到材料的线弹性、各向同性、静力和线性边界条件等因素,以确保计算结果的准确性和可靠性。
应变应力关系及其在材料力学中的应用引言:材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏行为的学科,而应变应力关系则是材料力学的核心内容之一。
应变应力关系描述了材料在外力作用下的应变与应力之间的关系,它在材料力学中具有重要的应用价值。
本文将探讨应变应力关系的基本概念、计算方法以及在材料力学中的应用。
一、应变应力关系的基本概念1.1 应变的定义和分类应变是指材料在外力作用下发生的形变程度,常用符号为ε。
根据形变的性质,应变可分为线性应变和非线性应变。
线性应变是指应力与应变之间呈线性关系,而非线性应变则是指应力与应变之间不呈线性关系。
1.2 应力的定义和分类应力是指单位面积上的力的大小,常用符号为σ。
根据受力状态的不同,应力可分为拉应力、压应力、剪应力等。
拉应力是指材料在拉伸状态下的应力,压应力是指材料在压缩状态下的应力,剪应力是指材料在剪切状态下的应力。
二、应变应力关系的计算方法2.1 杨氏模量和泊松比杨氏模量是衡量材料抗拉伸能力的物理量,常用符号为E。
泊松比是衡量材料在受力过程中横向变形能力的物理量,常用符号为ν。
杨氏模量和泊松比是计算应变应力关系的重要参数。
2.2 应变应力关系的计算公式应变应力关系可以用一些基本的计算公式来表示。
对于线性应变情况,应变与应力之间的关系可以用胡克定律来描述,即ε = σ/E。
而对于非线性应变情况,应变与应力之间的关系则需要根据具体材料的性质和试验数据来确定。
三、应变应力关系在材料力学中的应用3.1 弹性模量的计算弹性模量是衡量材料在受力后恢复原状能力的物理量,可以通过应变应力关系中的杨氏模量来计算。
弹性模量的大小与材料的刚度有关,刚度越大,弹性模量越大。
3.2 材料的破坏分析应变应力关系可以用来分析材料的破坏情况。
当材料受到超过其强度极限的外力作用时,会发生破坏。
通过应变应力关系的分析,可以预测材料的破坏方式和破坏时的应变应力状态。
3.3 材料的设计和优化应变应力关系在材料的设计和优化中起着重要的作用。
一、实验目的1. 掌握应力计算的基本原理和方法;2. 熟悉力学计算公式在实际工程中的应用;3. 提高对材料力学性能的认识。
二、实验原理应力是指单位面积上的内力,它是衡量材料在受力时变形程度的重要指标。
在材料力学中,应力计算主要分为以下几种情况:1. 拉伸应力:当材料受到轴向拉伸时,应力计算公式为σ = F/A,其中σ为应力,F为轴向拉力,A为材料的横截面积;2. 压缩应力:当材料受到轴向压缩时,应力计算公式为σ = F/A,其中σ为应力,F为轴向压力,A为材料的横截面积;3. 弯曲应力:当材料受到弯曲时,应力计算公式为σ = My/I,其中σ为应力,M为弯矩,y为所求应力点至中性轴的距离,I为横截面对中性轴的惯性矩。
三、实验设备1. 拉伸试验机;2. 压缩试验机;3. 弯曲试验机;4. 电阻应变仪;5. 毫米刻度尺;6. 拉伸试样、压缩试样、弯曲试样。
四、实验步骤1. 拉伸应力实验:(1)将拉伸试样固定在拉伸试验机上,调整试验机至适当位置;(2)施加轴向拉力,记录应力值;(3)观察试样变形情况,记录变形量;(4)计算拉伸应力。
2. 压缩应力实验:(1)将压缩试样固定在压缩试验机上,调整试验机至适当位置;(2)施加轴向压力,记录应力值;(3)观察试样变形情况,记录变形量;(4)计算压缩应力。
3. 弯曲应力实验:(1)将弯曲试样固定在弯曲试验机上,调整试验机至适当位置;(2)施加弯矩,记录应力值;(3)观察试样变形情况,记录变形量;(4)计算弯曲应力。
五、实验数据及处理1. 拉伸试样:(1)F1 = 500N,A1 = 10mm×10mm = 100mm²,σ1 = 5N/mm²;(2)F2 = 1000N,A2 = 10mm×10mm = 100mm²,σ2 = 10N/mm²。
2. 压缩试样:(1)F1 = 500N,A1 = 10mm×10mm = 100mm²,σ1 = 5N/mm²;(2)F2 = 1000N,A2 = 10mm×10mm = 100mm²,σ2 = 10N/mm²。
材料力学求主应力公式主应力公式是材料力学中的重要概念,它能够帮助我们理解物体受力情况以及应力分布的特点。
在这篇文章中,我将详细介绍主应力公式的含义和应用,并从人类的视角出发,用生动的语言和丰富的词汇来描述。
让我们来了解一下主应力的概念。
主应力是指在物体内部某一点上的最大和最小应力值。
它们的方向是物体内部某一点上的应力分布的特征。
主应力公式能够帮助我们计算出这两个应力值,并确定它们的方向。
为了更好地理解主应力公式的应用,我们可以以一块金属材料为例。
假设这块金属材料受到了外部力的作用,我们需要了解在不同点上的应力分布情况。
通过应用主应力公式,我们可以计算出不同点上的主应力值,并进一步分析它们的方向。
在这个过程中,我们需要考虑到材料的性质和外力的作用方式。
材料的性质包括弹性模量、泊松比等,而外力的作用方式可以是拉伸、压缩或剪切等。
通过分析这些因素,我们可以确定主应力的大小和方向,从而了解材料的受力情况。
在实际工程中,主应力公式被广泛应用于材料的设计和分析中。
通过计算出不同点上的主应力值,工程师可以评估材料的强度和稳定性,并采取相应的措施来确保结构的安全性。
除了工程应用,主应力公式还在地质学、地震学等领域有着重要的应用。
通过分析地质构造中不同点上的主应力分布,科学家可以预测地震活动的发生和地壳运动的趋势,为地质灾害的防治提供重要的依据。
主应力公式是材料力学中的重要概念,它能够帮助我们理解物体受力情况以及应力分布的特点。
通过应用主应力公式,我们可以计算出不同点上的主应力值,并确定它们的方向。
这些计算和分析结果对于工程设计和地质预测都具有重要的意义。
通过深入研究和应用主应力公式,我们可以更好地理解材料的受力情况,为实际应用提供科学依据。
让我们一起探索主应力公式的奥秘,为人类的科学研究和实践进步贡献力量。
引言
材料力学是固体力学的一个分支 , 主要研究杆件在载荷作用下的强度、刚度和稳定性等问题。
这一课程是机械、土木、水利和交通等领域的一门重要的技术基础课,往往是许多工科学生的必修课。
很多学生是从这门课开始接触了力学中的一些比如应力、应变等基本概念的,初步了解现代力学到底是干什么的。
虽然材料力学在固体力学中是最基础的,相对比较简单,但是教学实践发现学生掌握的情况普遍不太理想。
许多工科学生的理论功底是比较薄弱的,特别是那些在高中没有系统学习物理的学生。
另外现在很多大学中的力学课程的课时安排又很紧张。
这
些因素导致有些学生觉得材料力学内容繁杂,概念难以理解,公式不易记住并熟练运用。
笔者认为对力学公式进行孤立的机械记忆效率相当底下。
整个力学是一个完整的体系,其中不同地方的内容都是有密切联系的。
应该在深刻理解每一个定理公式背后的物理含义的基础上,了解它们之间内在的关系,只有这样才能融会贯通。
考虑到这一点,在教学过程中应该注意经常回顾比较不同的知识点。
本文以材料力学中几种基本变形的应力计算公式为例,分析这些概念内在的异同点。
1杆件横截面上的应力计算公式
强度问题是材料力学中的一类比较重
要的问题。
而计算这一问题必须涉及杆件中应力的计算。
从本质上讲,这里的应力计算问题都是超静定问题。
比如图 1(a中的轴向拉伸问题中,静力平衡方程只能求出轴力(分布内力系的静力等效结果,而无法求出横截面上各处的应力大小。
材料力学对这个问题的分析并不采用像弹性力学那样的严格的解析求解方法, 而是借助于一些简单的假设。
对于横截面上的应力计算问题,这一假设就是平截面假设——杆件变形以后横截面仍然保持为平面。
超静定问题的求解需要用到三方面的关系:静力平衡关系、几何关系和物理关系。
平截面假设提供了几何材料力学中应力计算公式的教学探讨
顾云风南京林业大学机械电子工程学院210037
关系。
对图 1(a 中的轴向拉伸问题,根据平截面假设,杆件两个横截面间的所有纵向纤维的伸长是相同的,即变形在横截面上是均匀分布的。
因为材料力学一般只考虑均匀材料,所以横截面上各处的物理关系是相同的。
综合考虑几何关系和物理关系,可知轴向拉伸杆横截面上的应力是均匀分布的。
由此可以用轴力F N 和横截面面积 A 表示轴向拉伸杆横截面上的正应力
图 1
对于圆截面扭转问题,几何关系仍然是平截面假设——变形前为平面的横截面, 变形后仍然为平面, 形状和大小不变, 半径保持为直线,不同横截面只是间距不变地绕轴线发生相对转动。
这一几何关系表明扭转时横截面上的变形大小是与到圆心的距离成正比的。
这里材料的物理关系在各处仍然是相同的。
由此可知横截面上的切应力τ如图 1(b 所示沿半径线性分布。
最后结合静力平衡关系,可以得到横截面上的切应力
(2
此处 T、I p 和ρ分别为扭转时的内力 (扭矩、横截面对圆心的极惯性矩和到圆心距离。
对于梁的纯弯曲问题,作为几何关系的平截面假设指出变形前为平面的横截面
在梁弯曲变形后仍然保持为平面,并且仍然垂直于变形后的轴线。
基于这一假设, 两个横截面之间的纵向纤维的长度变形是沿着梁的高度线性变化的,进一步考虑到材料的物理关系在各处相同,可以推出梁的横截面上的正应力如图 1(c所示是按直线规律变化的。
最后加上静力平衡关系, 可以得到应力计算公式
(3
此处 M、T z 和 y 分别为弯曲时的内力 (弯矩 ,横截面对中性轴的惯性矩和到中性轴的距离。
通过将式(1到(3的这三个公式比较可以发现应力计算公式可以统一改写为
(4
其中的“横截面上内力”对于轴向拉压、扭转和弯曲分别是轴力 F N 、扭矩 T 和弯矩M。
“横截面几何参数” 代表不同基本变形对应的一种特征的横截面几何性质。
轴向拉压对应的是零次矩,即横截面面积 A;扭转是对圆心的二次矩,即极惯性矩 I P ;弯曲是对中性轴的二次矩,即轴惯性矩 I z 。
“应力分布参数”取决于作为几何关系的平截面假设和物理关系。
由前面的分析可知,轴向拉压时,这一参数可以看成是“1” ,表示应力均匀分布。
扭转和弯曲时, “应力分布参数”分别是ρ和 y,表示应力在横截面上的线性分布特征。
“ 应力分布参数”也可以用量纲进行分析帮助记忆。
以[M]和[L]分别表示质量和长度的量纲。
轴向拉压的内力F N 除以横截面几何参数 A 后, 量纲为[M][L]-2, 正好是应力的量纲,所以式(1中的“应力分布参数” 是一个无量纲量。
对式(2和式 (3 进行分析发现, “应力分布参数” 必须是一个具有长度量纲的参数。
2结束语
本文从超静定问题的角度分析了材料力学中轴向拉压、扭转和弯曲这些基本变形中杆件横截面上应力计算公式的内在的逻辑联系。
本文利用平截面假设这一几何关系将这些概念联系起来,并且用一个统一的公式表示应力计算公式,另外提出量纲分析的方法帮助学生记忆。
教学实践证明这种方法可以有效地帮助学生深入理解材料力学的基本概念。
DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.157。