文档介绍：2、应力和应变
在任何工程结构中独立的部件或构件将承受来自于部件的使用状况或工作的外部环境的外力作用。如果组件就处于平衡状态,由此而来的各种外力将会为零,但尽管如此,它们共同作用部件的载荷易于使部件变形同时在材料里面产生相应的内力。
有很多不同负载可以应用于构件的方式。负荷根据相应时间的不同可分为:
(a)静态负荷是一种在相对较短的时间内逐步达到平衡的应用载荷。
(b)持续负载是一种在很长一段时间为一个常数的载荷, 例如结构的重量。这种类型的载荷以相同的方式作为一个静态负荷; 然而,对一些材料与温度和压力的条件下,短时间的载荷和长时间的载荷抵抗失效的能力可能是不同的。
(c)冲击载荷是一种快速载荷(一种能量载荷)。振动通常导致一个冲击载荷, 一般平衡是不能建立的直到通过自然的阻尼力的作用使振动停止的时候。
(d)重复载荷是一种被应用和去除千万次的载荷。
(e)疲劳载荷或交变载荷是一种大小和设计随时间不断变化的载荷。
上面已经提到,作用于物体的外力与在材料里面产生的相应内力平衡。因此,如果一个杆受到一个均匀的拉伸和压缩,也就是说, 一个力,均匀分布于一截面,那么产生的内力也均匀分布并且可以说杆是受到一个均匀的正常应力,应力被定义为
应力==负载 P /压力 A,
因此根据载荷的性质应力是可以压缩或拉伸的,并被度量为牛顿每平方米或它的倍数。
如果一个杆受到轴向载荷,即是应力,那么杆的长度会改变。如果杆的初始长度L和改变量△L已知,产生的应力定义如下:
应力==改变长△L /初始长 L
因此应力是一个测量材料变形和无量纲的物理量,即它没有单位;它只是两个相同单位的物理量的比值。
一般来说,在实践中,在荷载作用下材料的延伸是非常小的, 测量的应力以*10-6的形式是方便的, 即微应变, 使用的符号也相应成为ue。
从某种意义上说,拉伸应力与应变被认为是正的。压缩应力与应变被认为是负的。因此负应力使长度减小。
当负载移除时,如果材料回复到初始的,无负载时的尺寸时,我们就说它是具有弹性的。一特定形式的适用于大范围的工程材料至少工程材料受载荷的大部分的弹性, 产生正比于负载的变形。由于载荷正比于载荷所产生的压力并且变形正比于应变, 这也说明,当材料是弹性的时候, 应力与应变成正比。因此胡克定律陈述, 应力正比于应变。
这定律服从于大部分铁合金在特定的范围内, 甚至以其合理的准确性可以假定适用于其他工程材料比如混凝土,木材,非铁合金。
当一个材料是弹性的时候,当载荷消除之后,任何负载所产生的变形可以完全恢复,没有永久的变形。
材料的弹性范围即是适用于胡克定律的范围,已经表明,
应力/应变==常数
常数被赋予符号E,被称为弹性模量或杨氏模量。因此
E =应力/应变
杨氏模量E一般认为在拉伸和压缩里是一样的,大多数工程材料有一个高的数值。典型的,钢的E = 200 * 109 N / m2,所以它将被观察到,。
在最常见的工程应用中应变很少会超过0、1%。对任何材料,杨氏模量的实用价值,通常是提供了一个标准的材料测试标本。
4、工程机械概述
正如我们环顾四周,我们看到世界的“东西”:机器全,设备,工具;事情,我们已经设计,建造和使用;木材,金属,陶瓷制成的东西,和塑料。我们从经验知道,有些事情是比别人做得更好,他们去年更长,成本更低,更安静,看起来更好,或者更容易使用。理想的情况,但是,
每个这样的项目已按设计一些“功能要求,”由设计者认为,也就是说,它的设计,以回答这个问题,“究竟是什么职能应是执行?在工程世界”,频繁的主要功能是如此的支持,由于一些装载重量,惯性,压力式,
从我们家中的光束,飞机的一个机翼等,必须对产品的材料,尺寸适当的融合,和紧固件生产结构,将执行一个较合理的成本合理的一生中其职能可靠。
在实践中,工程力学方法用于在两个完全不同的方式:
,形式,尺寸,材料,载荷,耐久性,安全性和cost.
。当一个设备出现故障,往往是要进行一项研究,以查明故障原因,并找出潜在的纠正措施。我们最优秀的设计往往演变的薄弱环节,通过逐步消除。
对许多工程师,上述过程都可以被证明是绝对精彩和愉快的,更不用提有利可图。
在任何“真正”的问题从来就没有足够好的,有用的信息,我们很少知道实际的载荷和精确操作的任何条件,准确的分析很少。虽然我们可以精确的数学,综合分析,一般只是近似,不同技能的人可以得到不同的解决方案。在工程力学研究中,大多数问题都将得到充分的“理想化”允许独特的解决方案,但应该清楚,“现实世界”远不如理想,而且你通常会在命令必须执行一些理想化获得一个解决方案。
在技术领域中,我们将考虑的是通常称为“静”与