本文主要介紹材料力學中的一些基本概念,外力、內力、應力、應變等。
1 外力及其分類
外力:來自構件外部的力(載荷、約束反力)。
(1)按外力作用的方式分為表面力和體積力。
體積力:連續分佈於物體內部各點的力,如重力和慣性力。
表面力:分為分佈力和集中力。
分佈力:連續分佈於物體表面上的力。如油缸內壁的壓力,水壩受到的水壓力等均為分佈力。
集中力:若外力作用面積遠小於物體表面的尺寸,可作為作用於一點的集中力。如火車輪對鋼軌的壓力等。
(2)按外力與時間的關係分為靜載和動載。
靜載:載荷緩慢地由零增加到某一定值後,就保持不變或變動很不顯著,稱為靜載。
動載:載荷隨時間而變化。如交變載荷和衝擊載荷。
2 內力、截面法和應力
(1)內力和截面法
內力:外力作用引起構件內部的附加相互作用力。
內力的方法一般採用截面法。
例如:
下為一個鑽床計算內力的例子。
(2)應力
應力:為了表示內力在一點處的強度,引入內力集度,即應力。應力是一個矢量,可分解為正應力和切應力。
3 變形與應變
(1)位移
構件在外力作用下,對於內部的單元,會同時發生剛性位移和變形位移。材料力學主要研究變形位移。
(2)變形
變形:物體內任意兩點的相對位置發生變化。變形分為線變形和角變形。
(3)應變
與應力對應,應變分為正應變(線應變)和切應變(角應變)。下圖為線應變和切應變的解釋。
下為一個計算應變的例子。
4 杆件變形的基本形式
杆件變形的基本形式分為軸向拉伸和壓縮、扭轉、彎曲。構件的變形都可以簡化為這三類變形,或它們的組合。
(1)軸向拉伸和壓縮
直杆受到與軸線重合的外力作用時,杆的變形主要是軸線方向的伸長或縮短,這種變形稱為軸向拉伸或壓縮。
(2)扭轉
直杆在垂直於軸線的平面內,受到大小相等、方向相反的力偶作用時,各橫截面發生相對轉動,這種變形稱為扭轉。
(3)彎曲
直杆受到垂直於軸線的外力或在包含軸線的平面內的力偶作用時,杆的軸線由直變彎,這種變形稱為彎曲。
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