拉伸应力与应变关系

称为屈服点(或屈服极限)。在屈服阶段卸载，将 出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构 件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破
坏的标志，所以屈服点 s是衡量材料强度的一
个重要指标。
(3)强化阶段 抗拉强度 b
经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上
升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料 又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化， ce段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力
明显的四个阶段 1、弹性阶段ob P — 比例极限 e — 弹性极限
E E tan

(1)弹性阶段 比例极限σ p
oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材
料符合虎克定律，直线oa的斜率 tan E 就是材
料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值 记作σ p，称为材料的比例极限。曲线超过a点，图 上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定 律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab 段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点 所对应的应力值记作σ e ，称为材料的弹性极限。
、 值越大，其塑性越好。一般把 ≥5％的材
料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把 <5％的
材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。
工程应用：冷作硬化
e

d
b
b
e P
a c s
即材料在卸载过程中 应力和应变是线形关系，
f 这就是卸载定律。
材料的比例极限增高， 延伸率降低，称之为冷作硬 化或加工硬化。
塑性材料和脆性材料力学性能比较
塑性材料
脆性材料
延伸率 δ > 5%
延伸率 δ < 5%
断裂前有很大塑性变形

弹性体的应力与应变弹性体是一种在受力作用下可以发生形变，但当受力停止时，能够恢复原来形状和大小的材料。

了解弹性体的应力与应变关系对于工程设计和材料科学具有重要意义。

在本文中，我们将探讨弹性体的应力与应变之间的关系，分析材料的弹性性质以及应力与应变的计算方法。

1. 应力的概念与计算方法应力是指单位面积上作用的力，合理地计算应力是分析弹性体性质的关键。

在计算应力时，常用到两种基本的力学概念：张力和压力。

张力是指沿一维方向的受力情况，通常用F表示，单位为牛顿。

而压力是指在一个平面上均匀分布的力，用P表示，单位是帕斯卡。

应力的计算公式如下：应力 = 受力 / 横截面积2. 应变的概念与计算方法应变是指材料在受力作用下发生的形变，一般用ΔL / L表示。

其中，ΔL是材料长度的变化量，L是材料的初始长度。

应变可以分为线性弹性应变和非线性应变。

线性弹性应变是指材料在受力作用下，形变与受力成正比的状态。

计算线性弹性应变的方法如下：应变 = 形变 / 初始长度而非线性应变则需要更复杂的计算方法来进行分析，涉及到材料的本构关系等。

3. 应力与应变的关系应力与应变之间存在一定的关系，即应力-应变曲线。

弹性体的应力-应变曲线通常可以分为三个阶段：弹性阶段、屈服点和塑性阶段。

在弹性阶段，材料受力时会产生应变，但当受力停止时，材料会完全恢复到原来的状态。

这是因为材料内部的原子或分子只发生了相对位移，而没有发生永久性的结构变化。

当应力超过材料的屈服点时，就进入了屈服点阶段。

在这个阶段中，材料开始发生塑性变形，不再能够完全恢复到原来的状态，具有一定的永久性形变。

塑性阶段是材料的应力与应变不再成正比，继续增加应力会导致更大的应变。

这是由于材料的内部结构发生了永久性的改变，无法恢复原状。

4. 弹性模量和刚度弹性模量是描述材料抵抗形变的能力，可以用来评估材料的刚度。

弹性模量越大，表示材料越难发生形变，具有较高的刚度。

常用的弹性模量有三种：杨氏模量、剪切模量和体积模量。

工程力学中的应力和应变分析工程力学是应用力学原理解决工程问题的学科，它研究物体受外力作用下的力学性质。

应力和应变是工程力学中的重要概念，它们对于分析材料的强度和变形特性具有重要意义。

本文将就工程力学中的应力和应变进行详细分析。

一、应力分析应力是指物体单位面积上的内部分子间相互作用力。

根据作用平面的不同，可以分为法向应力和剪切应力两种。

1. 法向应力法向应力是指力作用垂直于物体某一截面上的应力。

根据物体受力状态的不同，可以分为拉应力和压应力两种。

- 拉应力拉应力是指作用于物体截面上的拉力与截面面积的比值。

拉应力的计算公式为：σ = F/A其中，σ表示拉应力，F表示作用力，A表示截面面积。

- 压应力压应力是指作用于物体截面上的压力与截面面积的比值。

压应力的计算公式与拉应力类似。

2. 剪切应力剪切应力是指作用在物体截面上切向方向上的力与截面面积的比值。

剪切应力的计算公式为：τ = F/A其中，τ表示剪切应力，F表示作用力，A表示截面面积。

二、应变分析应变是指物体由于外力的作用而产生的形变程度。

根据变形情况，可以分为线性弹性应变和非线性应变。

1. 线性弹性应变线性弹性应变是指物体在小应力下，应变与应力成正比，且随应力消失而恢复原状的应变现象。

线性弹性应变的计算公式为：ε = ΔL/L其中，ε表示线性弹性应变，ΔL表示物体的长度变化，L表示物体的原始长度。

2. 非线性应变非线性应变是指物体在较大应力下，应变与应力不再呈线性关系的应变现象。

非线性应变的计算公式较为复杂，需要根据具体情况进行分析。

三、应力和应变的关系应力和应变之间存在一定的关系，常用的关系模型有胡克定律和杨氏模量。

1. 胡克定律胡克定律是描述线性弹性材料的应力和应变之间关系的基本模型。

根据胡克定律，拉应力和拉应变之间的关系可以表示为：σ = Eε其中，σ表示拉应力，E表示弹性模量，ε表示拉应变。

2. 杨氏模量杨氏模量是描述材料抵抗拉伸或压缩变形能力的物理量。

（4-3a）
广义虎克定律
在小变形条件下，应变分量都是微量，(a)式在应变 为零附近做Taylor展开后，忽略2阶以上的微量，例如
对 ， 可x 得：
x (f1)0(f1x)0x (f1y)0y (f1z)0z
( f1
yz
)0yz
(f1zx)0zx
(f1xy)0xy
广义虎克定律 展开系数表示函数在其对应变分量一阶导数在应变分 量等于零时的值，而 实( f 1 际) 0 上代表初应力，由于无初应 力假设 等于( f 1零) 0 。 其它分量类推，那么在小变形情况下应力与应变关系 式简化为：
3 t 2 3
和 称 为拉梅(Lame)弹性常数，简称拉梅常数
各向同性体的广义虎克定律
(三)最后通过坐标变换，进一步建立任意正交坐标系应 力与应变关系
在各向同性弹性体中，设 o为x y任z 意正交坐标系，它
的三个轴与坐标系 应O力12主3 轴的方向余弦分别为 、 (l1 ',m1和',n1 ') (l2，',m因2 ',n为2 ')1，(2l3，',m33 ',轴n3是') 主轴，主轴方向的 剪应变和剪应力等于零。 根据转轴时应力分量变换公式得
系O123各轴的方向余弦，知:
l1 n3 cos180 1 m2 cos0 1 l2 l3 m1 m3 n1 n2 cos90 0
各向同性体的广义虎克定律
因此新坐标轴也指向应变主轴方向，剪应变也应该等
于零，且因各向同性时，弹性系数C41，C42和C43应
该不随方向面改变，故取 x, y分, z别为1′，2′和3′轴，同
上式作为虎克定律在复杂受力情况下的一个推广， 因此称为广义虎克定律。式中系数Cm n(m ,n1,是2, ,6) 物质弹性性质的表征，由均匀性假设可知这些弹性性 质与点的位置无关，称为弹性常数。上式也可以写成 矩阵形式