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什么是应力、正应力、切应力、主应力和等效应力 1. 应力(Stress) 定义:物体在外力作用下,内部单位面积上产生的内力,反映材料抵抗破坏或变形的能力。 如图,单位面积A上的内力合力为 P,则该处的应力就是P/A。 物理意义: 描述材料内部力的分布状态,是判断材料是否发生破坏或变形的核心指标。 通过应力状态(一点处所有截面的应力集合)全面表征受力情况。 单位:国际单位为帕斯卡(Pa),工程中常用兆帕(MPa),1 MPa = 1 N/mm²。 2. 正应力(Normal Stress, ) 定义:垂直于截面的应力分量,方向与截面法向一致,如图中的Pn。 物理意义: 拉应力(正):导致材料伸长或体积膨胀(如金属棒受拉) 压应力(负):导致材料缩短或体积收缩(如柱子受压) 主要引起材料的体积变化或断裂(脆性材料) 符号约定:拉为正,压为负。 3. 切应力(Shear Stress, ) 定义:平行于截面的应力分量,方向沿截面切线方向,如图中的Ps。 物理意义: 导致材料发生剪切滑移或形状畸变(如剪刀剪切纸张、轴类零件受扭) 与材料的塑性变形(如金属延展)密切相关。 方向判定:遵循右手法则,或通过截面相对运动方向确定。 4. 主应力(Principal Stress) 定义:材料内部某点处三个互相垂直的主平面上的正应力(无切应力),按代数值排序为 最大主应力(最大拉/压方向)。 中间主应力(次主方向)。 最小主应力(最小拉/压方向)。 物理意义: •表征材料内部极端应力状态,是判断屈服(塑性变形)或断裂(脆性破坏)的直接依据。 主方向相互垂直,反映材料受力最危险的方向。 5. 等效应力(Equivalent Stress, Von Mises Stress) 定义:将复杂多轴应力状态等效为单轴拉伸应力的标量值,基于畸变能密度理论(第四强度理论)。 计算公式: 物理意义: 综合反映偏应力张量(形状畸变)对材料屈服的影响,忽略静水压力(体积变化)的作用。 用于延性材料(如金属)的强度评估,判断是否达到屈服条件。 特性: 与坐标轴无关,仅取决于主应力差值。 主应力全反号时数值不变,适用于拉压对称性材料 关键概念对比 术语;正应力,作用方向;垂直截面(法向),物理效应;体积变化、断裂,典型应用场景;拉压杆件、受压结构, 切应力;平行截面(切向)形状畸变、塑性变形,剪切连接
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