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应力与应变

应力概念

　　物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能**工作的应力*大值，这就是许用应力。材料要想**使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，通常“ 破坏”或“ 失效”往往从内力集度*大处开始，因此，有必要区别并定义应力概念。

　　有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。

应变概念

　　物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处找到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。即应变是由载荷、温度、湿度等因素引起的物体局部的相对变形。主要有线应变和切应变两类。

　　A 线应变^[1]

　　在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，用ε表示。一点在x、y、z方向的线应变分别为εx、εy、εz。线应变以伸长为正，缩短为负。

　　B 切应变

　　单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用γ表示。一点在x-y方向、y-z方向z-x方向的切应变，分加别为γxy、γyz、γzx。切应变以直角减少为正，反之为负。

　　C 一点的应变状态

　　一点的应变分量εx、εy、εz、γxy、γyz、γzx已知时，在该点处任意方向的线应变，以及通过该点任意两线段间的直角改变量，都可根据应变分量的坐标变换公式求出。该点的应变状态也就确定。

　　表示一点应变状态的个应变分量εx、εy、εz、γxy、γyx、γyzγzy、γzx、γxz组成的应变张量，即

　　式中右边的张量中的切应变用εxy、εxz、---表示，适用于使用张量的附标标号的表示法；

　　左边张量中的切应变用γxy、γxz、---表示，是工程习惯表示法。

　　二者概念相同，大小相差一倍。应变张量也是二阶对称量，其中切应变分量εxy=εyx，...。

　　单位：Pa, 1 Pa = 1 N/㎡

　　常用单位：MPa, 1 MPa= 1000000 Pa

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