应力与应变分析材料力学
工程力学中的应力与应变分析方法探讨
工程力学中的应力与应变分析方法探讨在工程力学中，应力与应变是研究材料和结构力学性能的重要概念。
应力是指单位面积内的力的大小，而应变则是指材料的形变程度。
应力与应变的分析方法是工程力学中的核心内容之一，本文将对工程力学中的应力与应变分析方法进行探讨。
一、应力分析方法在工程力学中，常用的应力分析方法有静力学方法、接触力学方法和弹性力学方法。
静力学方法是通过平衡方程分析物体所受到的力，并计算得出应力分布情况；接触力学方法则是研究物体间的接触行为，通过接触区域的应力分布来分析力的传递情况；弹性力学方法则是应用弹性力学原理，通过杨氏模量和泊松比等参数计算得出应力分布情况。
静力学方法是应力分析中最基本的方法之一，它基于物体所受到的力的平衡条件进行分析。
静力学方法分为静力学平衡和弹性力学平衡两种情况。
静力学平衡是指物体在外力作用下不发生形变，通过将物体分解为若干个力的平衡条件方程来求解各个部位的应力；而弹性力学平衡则是物体在外力作用下发生形变，通过应力-应变关系来求解应力分布情况。
静力学方法在工程力学中应用广泛，可以分析各种载荷下的应力情况。
接触力学方法是研究物体与物体之间接触行为的力学方法，通过分析接触面的应力分布来推导出力的传递情况。
在实际工程应用中，接触力学方法广泛用于轴承、齿轮、摩擦等接触问题的分析与设计。
接触力学方法主要利用弹性力学和接触力学理论，通过建立接触面的几何模型和接触条件，求解接触区域的应力分布。
弹性力学方法是应力分析中最常用的方法之一，它基于弹性力学理论，通过材料的弹性参数计算得出应力分布。
弹性力学方法广泛应用于材料和结构强度分析中。
弹性力学方法主要使用线弹性理论，通过杨氏模量和泊松比等参数来描述材料的弹性性能，根据应力-应变关系计算得出应力分布情况。
二、应变分析方法在工程力学中，常用的应变分析方法有光栅衍射法、电测法和应变计法。
光栅衍射法是利用光学原理来测量物体表面的应变分布情况，通过测量光栅的位移来计算应变大小；电测法则是利用电阻应变片等设备来测量物体表面的应变分布情况；应变计法则是通过安装应变计来测量物体表面的应变分布情况。
工程力学中的应力-应变分析如何进行？
工程力学中的应力-应变分析如何进行？工程力学中的应力应变分析如何进行？在工程力学的领域中，应力应变分析是一项至关重要的工作。
它不仅帮助我们理解材料在受力时的行为，还为工程设计和结构安全性评估提供了关键的依据。
那么，应力应变分析究竟是如何进行的呢？要进行应力应变分析，首先得清楚什么是应力和应变。
简单来说，应力是材料内部单位面积上所承受的力，而应变则是材料在受力作用下发生的相对变形。
我们先来看应力。
应力可以分为正应力和切应力。
正应力是垂直于作用面的应力分量，比如一根杆子受到拉伸，其横截面上的应力就是正应力。
切应力则是平行于作用面的应力分量，像轴在扭转时，其横截面上就会产生切应力。
计算应力时，需要明确受力的情况和作用面的面积。
以简单的拉伸为例，如果一个杆子受到的拉力为 F，横截面积为 A，那么正应力就等于 F/A。
但实际情况往往复杂得多，可能涉及到不均匀的受力分布或者复杂的几何形状。
接下来谈谈应变。
应变分为线应变和角应变。
线应变表示长度的相对变化，比如杆子在拉伸时长度的增加量与原长的比值就是线应变。
角应变则反映了角度的变化，常见于物体的扭转或剪切变形。
为了准确测量应变，通常会使用各种应变测量仪器，比如电阻应变片。
这些仪器能够将微小的应变转化为电信号，从而实现测量和记录。
在实际的工程问题中，应力和应变之间存在着一定的关系，这就是材料的本构关系。
不同的材料具有不同的本构关系，比如线性弹性材料遵循胡克定律，即应力与应变成正比；而对于塑性材料，其应力应变关系则更加复杂。
要进行应力应变分析，第一步是确定结构的受力情况。
这包括外力的大小、方向和作用点，以及内部约束力的分布。
通过对结构进行力学建模，可以将复杂的实际结构简化为便于分析的力学模型。
然后，根据所选的力学模型，运用相应的力学原理和公式来计算应力和应变。
这可能涉及到材料力学中的拉伸、压缩、弯曲、扭转等各种基本变形的理论，以及结构力学中的静定和超静定结构的分析方法。
应力应变关系及材料力学性能研究
应力应变关系及材料力学性能研究引言：应力应变关系是材料力学性能研究的基础，关乎着材料在外力作用下的变形与破坏。
本文将探讨应力应变关系的基本概念，并分析其对材料力学性能的影响。
一、应力与应变的定义：应力是指材料在外力作用下受到的内部力，为单位面积上的力。
常见的应力类型有拉应力、压应力、剪应力等。
应变是材料在受力作用下发生的变形程度，为单位长度上的变化量。
常见的应变类型有线性应变、剪应变等。
二、线弹性材料的应力应变关系：对于线弹性材料而言，应力应变关系可以通过胡克定律来描述。
胡克定律表明应力与应变之间呈线性关系，且比例系数为弹性模量。
应力=弹性模量 ×应变这意味着线弹性材料在弹性区内总是遵循胡克定律，即应力的增加与相应的应变呈线性关系。
三、非线性材料的应力应变关系：然而，并非所有材料都遵循胡克定律。
在超出线弹性范围的情况下，材料可能表现出非线性应力应变关系。
例如，在塑性变形时，材料产生塑性畸变，应力与应变之间的关系失去了线性性。
此时，材料的应力应变关系可由应力应变曲线来描述。
四、应力应变关系对材料强度和韧度的影响：应力应变关系直接决定了材料的力学性能，其中强度和韧度是两个重要的指标。
强度是指材料在外力作用下承受的最大应力，可以通过应力应变曲线中的极限强度来衡量。
强度高的材料能够承受更大的外力，具有较好的抗压能力。
韧度是指材料在断裂前能够吸收的能量，可以通过应力应变曲线下的面积来衡量。
韧度高的材料具有较好的抗拉伸能力和耐冲击性。
应力应变关系的形状和斜率都会对材料的强度和韧度产生影响。
通过调整材料的成分、结构和加工方式，可以改变应力应变关系，从而改善材料的力学性能。
五、应力应变关系的实验测定：测量材料的应力应变关系是材料力学性能研究的重要手段。
常见的实验方法包括拉伸试验、压缩试验和剪切试验等。
在实验中，使用应变计和力传感器等设备来测量应变和应力的变化。
通过绘制应力应变曲线，可以获取材料的弹性模量、屈服强度、极限强度、延伸率等参数。
应变与应力的计算与分析方法探讨
应变与应力的计算与分析方法探讨应变和应力是材料力学中重要的概念，它们描述了材料在受力作用下的变形和力的分布情况。
在工程实践中，准确计算和分析应变和应力是非常重要的，可以帮助工程师设计出更安全、更可靠的结构。
本文将探讨应变与应力的计算与分析方法。
首先，我们来了解一下应变的概念。
应变是指材料在受力作用下发生的形变相对于原始尺寸的比值。
常见的应变类型有线性应变、剪切应变和体积应变等。
线性应变是最常见的一种应变类型，它描述了材料在受力作用下的拉伸或压缩变形情况。
线性应变的计算方法是通过测量材料的变形量和原始尺寸来确定的。
应变的计算可以使用应变计或应变测量仪器进行，其中应变计是一种常用的测量工具。
应变计的原理是利用材料的电阻、电容或光学性质随应变的变化而发生变化，通过测量这些变化来计算应变。
应变计的使用可以帮助工程师实时监测结构的应变情况，从而及时采取措施防止结构的破坏。
接下来，我们来讨论应力的计算与分析方法。
应力是指单位面积上的力的分布情况，它描述了材料在受力作用下的力学响应。
常见的应力类型有拉应力、压应力和剪应力等。
拉应力是最常见的一种应力类型，它描述了材料在受拉力作用下的力学响应情况。
拉应力的计算方法是通过受力和截面积来确定的。
应力的计算可以使用应力计或应力测量仪器进行，其中应力计是一种常用的测量工具。
应力计的原理是利用材料的电阻、电容或应变随应力的变化而发生变化，通过测量这些变化来计算应力。
应力计的使用可以帮助工程师实时监测结构的应力情况，从而及时采取措施防止结构的破坏。
除了使用传统的计算和测量方法，现代工程实践中还广泛应用了数值模拟方法来计算和分析应变与应力。
数值模拟方法基于数学模型和计算机仿真技术，可以对复杂的结构和载荷情况进行精确的计算和分析。
常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法和网格法等。
这些方法可以帮助工程师更好地理解结构的应变与应力分布情况，并进行结构的优化设计。
总结起来，应变与应力的计算与分析方法是工程实践中非常重要的一部分。
材料力学 应力与应变分析
t
s x s y
2
sin2 t xy cos2
PART B 二向应力状态分析的解析法
2、应力极值
s s x s y
2 s x s y
s x s y
2
cos2 t xy sin2
s和t随着的变化而 变化，是的函数，对
求导数可得到其极值。
t
2
sy tyx sx txy sy sx
sx tyx
sy
sx txy sy
上述方向均为正方向
PART B 二向应力状态分析的解析法 1、截面上的应力 研究任意斜截面的应力 通过截面外法线的方位定义截面的位置 s t dA n n s s s sx x x txy t t t t
y yx x xy
sx
b
s
n
sin 2 t xy cos2
0
(2)
tx
at y
s s 90 s x s y ds s 2)、 的极值主应力以及主平面方位
0
t c
x
sy
t
ds d
d 0 s x s y sin 2 0 t xy cos2 0 0 2t 0 即t 0 0 2
t zx t xz
在受力构件内过一点相互垂直的两个微面上，垂直于两微 面交线的切应力大小相等，方向相向或相背。这一规律称为切 应力互等定律。
PART A 应力状态的概念
3、单向拉伸斜截面上的应力
q
q
经过计算可得到单向拉伸 斜截面上的应力为:
F
B
s t
F s cos 2 scos 2 A
4
材料力学应力和应变分析强度理论
§7–5 广义虎克定律
y
一、单拉下旳应力--应变关系
x
x
E
y
E
x
ij 0 (i,j x,y,z)
二、纯剪旳应力--应变关系
z
E
x
z
y
xy
xy
G
i 0 (i x,y,z)
z
yz zx 0
x
x
xy
x
三、复杂状态下旳应力 --- 应变关系
y
y
x
y x
z
xy
z
x
依叠加原理,得:
x
1
(MPa)
解法2—解析法：分析——建立坐标系如图
45 25 3
95
60°
i j
x
2
y
（
x
2
y
）2
2 xy
y
1
25 3 y 45MPa
° 5
0
Ox
6095MPa 6025 3MPa
yx 25 3MPa xy
x ?
x
y
2
sin 2
xy cos 2
25 3 x 45 sin 120o 25 3 cos120o
y
z
z
y
证明: 单元体平衡 M z 0
xy x
x
( xydydz)dx( yxdzdx)dy0
xy yx
五、取单元体： 例1 画出下图中旳A、B、C点旳已知单元体。
F
A
y
F x
x
A
B
C z
x B x
zx
xz
F
Mex
yx
C
xy
FP
材料力学应力与应变分析
在复杂应力状态下，物体内部某一点处的主应力表示该点处最主要 的应力，次应力则表示其他较小的应力。
应力表示方法
应力矢量
应力矢量表示应力的方向和大小，通常用箭头表示。
应力张量
在三维空间中，应力可以用一个二阶对称张量表示，包括三个主应力和三个剪切 应力分量。
主应力和剪切应力
主应力
在任意一点处，三个主应力通常是不相等的，其中最大和最小的主应力决定了材料在该点的安全程度 。
采用有限元分析方法，建立高 层建筑的三维模型，模拟不同 工况下的应力与应变分布。
结果
通过分析发现高层建筑的关键 部位存在较高的应力集中，需
要进行优化设计。
结论
优化后的高层建筑结构能够更 好地承受各种载荷，提高了安
全性和稳定性。
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不同受力状态下的变形行为。
06 实际应用与案例分析
实际应用场景
航空航天
飞机和航天器的结构需要承受高速、高海拔和极端温度下 的应力与应变，材料力学分析是确保安全的关键。
汽车工业
汽车的结构和零部件在行驶过程中会受到各种应力和应变 ，材料力学分析有助于优化设计，提高安全性和耐久性。
土木工程
桥梁、大坝、高层建筑等大型基础设施的建设需要精确的 应力与应变分析，以确保结构的稳定性和安全性。
剪切应力
剪切应力是使物体产生剪切变形的力，其大小和方向与剪切面的法线方向有关。剪切应力的作用可以 导致材料产生剪切破坏。
04 应变分析
应变定义
定义
应变是描述材料形状和尺寸变化的物理量， 表示材料在外力作用下发生的形变程度。
单位
应变的单位是1，没有量纲，常用的单位还有微应变 （με）和工程应变（%）。
材料力学中的应力与应变关系
材料力学中的应力与应变关系引言：材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能和变形规律的学科，应力与应变是材料力学中最基础的概念之一。
应力与应变关系的研究对于材料的设计、工程应用以及材料力学理论的发展具有重要意义。
本文将从宏观和微观两个角度出发，探讨材料力学中的应力与应变关系。
一、宏观角度下的应力与应变关系宏观角度下的应力与应变关系是指在宏观尺度上，材料在外力作用下的力学响应。
我们可以通过引入应力和应变的概念来描述材料的力学行为。
1. 弹性应力与应变关系弹性应力与应变关系是指材料在弹性阶段内，应力与应变之间的关系。
弹性材料在受力后能够恢复到原始形状，且应力与应变呈线性关系。
根据胡克定律，应力与应变之间的关系可以表示为：σ = Eε其中，σ表示应力，E表示弹性模量，ε表示应变。
弹性模量是材料的一种力学性能参数，反映了材料对外力的抵抗能力。
2. 塑性应力与应变关系塑性应力与应变关系是指材料在超过弹性极限后，发生塑性变形时的应力与应变关系。
塑性材料在受力后会发生永久性变形，应力与应变之间不再呈线性关系。
根据真应力与真应变的定义，塑性应力与应变关系可以表示为：σ' = Kε'其中，σ'表示真应力，K表示材料的强度系数，ε'表示真应变。
强度系数是衡量材料塑性变形能力的指标。
3. 强化应力与应变关系强化应力与应变关系是指材料在受到强化处理后，应力与应变之间的关系。
强化处理是通过改变材料的晶体结构或添加外部组分来提高材料的力学性能。
强化应力与应变关系的表达式与具体的强化方式有关，可以通过试验或模型计算得到。
二、微观角度下的应力与应变关系微观角度下的应力与应变关系是指材料在微观尺度上，原子或分子之间的相互作用导致的力学响应。
我们可以通过分子动力学模拟或统计力学方法来研究材料的微观力学行为。
1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种通过求解牛顿运动方程来模拟材料微观力学行为的方法。
通过分子动力学模拟，我们可以得到材料的应力与应变关系，并研究材料的力学性能和变形机制。
材料力学：第八章-应力应变状态分析
正负符号规定:
切应力 t － 使微体沿顺时针 旋转为正 方位角 a － 以 x 轴为始边、逆时针旋转 为正
斜截面应力公式推导 设α斜截面面积为dA, 则eb侧面和bf 底面面积分别为dAcosα, dAsinα
由于tx 与 ty 数值相等，同时
sa+90 ,ta+90
E
sa+90 ,ta+90
结论: 所画圆确为所求应力圆
应力圆的绘制与应用3
应力圆的绘制
已知 sx , tx , sy ,
画相应应力圆
t
先确定D, E两点位置, 过此二点画圆即为应力圆
Ds x ,t x , E s y ,t y
t
C OE
s 2 , 0
s 1 , 0
应力圆绘制 作D, E连线中垂线,与x轴相交即为应力圆圆心
tb sb
t
sa
O
C
ta
D
sa ,ta
t
s
E
sb ,tb
O
D
sa ,ta
C
s
E
sb ,tb
由|DC|=|CE|,可得sC值:
sC
s
2 β
+
t
2 β
s
2 α
+
t
2 α
2 sα sβ
点、面对应关系
转向相同, 转角加倍 互垂截面, 对应同一直径两端
应变状态
构件内一点处沿所有方位的应变总况或集合, 称为该点处的 应变状态
研究方法
环绕研究点切取微体, 因微体边长趋于零, 微体趋于所研究 的点, 故通常通过微体, 研究一点处的应力与应变状态
材料力学-应力分析
疲劳和应力寿命
材料在交变应力下的破坏行为 称为疲劳，疲劳寿命是指材料 在交变应力下能够承受的循环 次数。
蠕变变形
材料在高温和持续应力下的变 形称为蠕变变形，蠕变是材料 疲劳和断裂的重要因素。
结论和要点
应力分析方法
应力分析可通过数学计算和 实验测试来确定材料的应力 分布。
材料力学-应力分析
材料力学是研究材料的力学性质和行为的科学。本节将介绍材料力学中的应 力分析的基本概念和方法。
材料力学的概述
1 定义
材料力学是研究材料受力和变形的科学，涉及材料的应力、应变及其关系。
2 重要性
了解材料力学对于设计和制造可靠的工程结构至关重要。
3 应用领域
材料力学广泛应用于工程、建筑、航空航天等领域。
应力和应变分析
应力ห้องสมุดไป่ตู้
应力是材料受力时单位面积上的力，通常用希腊 字母 σ 表示。
分析方法
应力分析可以通过数学方法和实验测试来确定材 料在不同载荷下的变形和破坏行为。
应变
应变是材料在受力下的变形程度，通常用 ε 表示。
种类
常见的应力类型包括拉应力、压应力、剪应力等。
应力分析的方法
1
分析前准备
收集材料的物性数据并对载荷进行预测
杨氏模量
杨氏模量是材料的刚度指标， 能够反映材料对外界应力的 响应。
力学性质与应力
材料的力学性质与应力密切 相关，影响着材料的强度、 疲劳和蠕变行为。
应力计算
2
和分析。
使用数学公式和力学原理计算出材料在
不同区域的应力分布。
3
应力测试
通过实验测试方法，如拉伸试验和压缩 试验，来测量材料在不同应力下的性能。
材料力学-应力状态与应变状态分析
s2 引起 1 s 2 E 2 s 2 E 3 s 2 E
s3 引起 1 s 3 E 2 s 3 E 3 s 3 E
小变形 i i i i i 1,2,3
1
1 E
s1
(s 2
s 3 )
广
2
1 E
s 2
(s 3
s1 )
义 虎 克 定
3
1 E
s 3
(s 1
s 2)
t T ＝ 1 πD3 (1－a4) 16
1
＝
1 E
[s1－
(s2＋s3)]
＝
1＋
E
t
T＝8.38 kN·m
二、体积应变
单元体边长：dx、dy、dz
体积：V0 = dx·dy·dz
dy
dx → dx +△dx = dx + 1dx = (1 + 1) dx
dy → dy +△dy = dy + 2dy = (1 + 2) dy
体积的绝对增量：△V = V－V0 = V0 (1+ 2+ 3)
单位体积增量：
V V0
1 2
3
体积应变 体积的相对增量
1 2
E
(s1
s2
s
3)
讨论：
V V0
1 2
E
(s1 s 2
s 3)
⒈ 若 s1 + s2 + s3＞0，
则 ＞0 →△V ＞0，即体积增大；
若 s1 + s2 + s3＜0，
s2
s3 dsz 1
dx
dz → dz +△dz = dz + 3dz = (1 + 3) dz
应力和应变分析和强度
泊松比
总结词
泊松比是描述材料横向变形与纵向变形之间关系的物理量。
详细描述
当材料受到外力作用时，会发生形变。泊松比是表示材料在受到外力作用时，横向变形与纵向变形之间的比例关 系。其值通常在-0.5到0.5之间，但不同材料的泊松比可能会有所不同。
屈服强度
总结词
屈服强度是描述材料在受到外力作用时开始发生屈服现象的应力极限。
应力和应变分析和强度
目录
• 应力分析 • 应变分析 • 强度分析 • 材料性能 • 应力和应变的关系 • 工程应用
01
应力分析
定义与概念
01
02
03
应力
物体受到外力作用时，单 位面积上的内力。
应变
物体在外力作用下发生的 形状和尺寸的改变。
应力分析
通过数学模型和实验手段， 研究物体在受力状态下的 应力分布、大小和方向的 过程。
应力分类
正弯曲应力
由于弯曲产生的应力。
扭曲应力
由于扭曲产生的应力。
应力计算方法
解析法
通过数学公式和物理定律，计算应力 的方法。
有限元法
将物体离散化为有限个小的单元，通 过求解每个单元的应力，再组合得到 整体的应力分布。
实验法
通过实验手段测量物体的应力分布。
应变计算方法
有限元分析法
有限元分析是一种数值计算方法，通过将物体离散化为有限个小的单元，对每个 单元进行受力分析和形变计算，再通过单元的集合来模拟整个物体的形变。这种 方法可以处理复杂的几何形状和边界条件，广泛应用于工程领域。
实验测量法
通过在物体上粘贴应变片或使用激光干涉仪等设备来测量物体的形变，这种方法 可以直接获得物体的应变值，但需要专业的设备和操作技能。
应力和应变分析
应力和应变分析应力和应变分析是材料力学中非常重要的一项内容，它们研究材料在外力作用下的变形行为。
应力是表征材料单位面积内的力的大小，而应变则是描述材料单位长度内的变形程度。
应力和应变的分析可以帮助我们理解材料的强度和刚度，以及材料在不同条件下的变形和破坏机制。
本文将从应力和应变的定义、材料的本构关系和应变测量等方面进行探讨。
首先，应力的定义为单位面积内的力的大小，常用符号为σ，其计算公式为σ=F/A，其中F为施加力的大小，A为力作用的面积。
应力的单位通常为帕斯卡（Pa），1Pa等于1N/m^2、根据作用力的不同方向，应力又可以分为正应力和剪应力。
正应力是垂直于材料截面的力，剪应力则是在材料截面上平行于切平面的力。
其次，应变是材料受力后发生的形变程度，常用符号为ε，其计算公式为ε=ΔL/L0，其中ΔL为长度的增量，L0为力作用前的长度。
应变的单位为无量纲。
类似于应力，应变也有正应变和剪应变之分。
正应变是材料在力作用下产生的沿体积方向的变化，剪应变则是在截面上平行于剪切力方向的变化。
应力和应变之间的关系可以通过材料的本构关系来描述。
材料的本构关系是材料在应力与应变之间的函数关系，通常以应力-应变曲线的形式表示。
根据材料的性质不同，应力-应变曲线可以分为线性区、弹性区、屈服区、塑性区和断裂区。
在线性区内，应力和应变呈线性关系，材料具有良好的弹性行为。
在弹性区内，材料回复到原始形状，没有永久性变形。
当应力超过一定的值时，材料进入屈服区，出现塑性变形。
塑性区内，材料的应变增大，但没有太大的应力增加。
当材料无法再承受应力引起继续塑性变形时，出现断裂。
最后，应变的测量是应力和应变分析的重要一环。
常用的应变测量方法包括拉伸试验、剪切试验、压缩试验等。
拉伸试验是最常见的应变测量方法之一，通过施加拉力来测量材料在不同应力下的应变。
剪切试验则是通过施加剪切力来测量材料的剪切应变。
压缩试验则是将材料压缩后测量其压缩应变。
材料真实应力应变与工程应力应变
材料真实应力应变与工程应力应变材料的真实应力应变和工程应力应变是在材料力学中经常使用的两个概念。
真实应力应变是指在材料中根据原子层面的变形计算得到的应力和应变。
在真实应力应变中，考虑了实际变形和应力分布的影响。
材料中的原子在受到外力的作用下会发生位移和旋转，从而导致整个材料的形变。
由于材料的非均匀性，不同位置的应力和应变可能不同。
真实应力应变的计算需要考虑这种分布的差异性。
工程应力应变是指在工程设计中使用的应力和应变。
工程应力应变主要用于设计和分析工程结构的强度和稳定性。
在工程设计中，通常使用的是线性弹性理论，即假设材料的应力和应变是线性关系。
这种假设对于大多数工程设计来说是足够准确的，可以简化计算过程。
工程应力应变还经常用于材料的弯曲、拉伸、压缩等加载情况下的应力和应变计算。
真实应力应变和工程应力应变之间的关系可以通过应力应变曲线来表示。
应力应变曲线是材料在受力过程中应力和应变之间的图形表示。
在弹性阶段，真实应力应变和工程应力应变之间的差别较小，可以忽略不计。
随着应力的增加，材料会发生塑性变形，真实应力应变和工程应力应变之间的差别逐渐增大。
在材料力学中，真实应力应变的计算通常基于拉伸试验或压缩试验得到的应力应变数据。
在拉伸试验中，通过测量试样的变形和受力情况，可以计算出真实应力和真实应变。
然后，将真实应力和真实应变转化为工程应力和工程应变，得到工程应力应变曲线。
这样可以更好地理解材料在受力过程中的行为，并提供准确的设计参数。
总的来说，真实应力应变和工程应力应变是材料力学中重要的概念。
真实应力应变考虑了材料本身的性质和变形行为，而工程应力应变则是在工程设计中常用的近似值。
对于大多数工程设计来说，工程应力应变已经足够准确，可以简化计算过程。
但在一些特殊情况下，如高强度材料和复杂加载条件下的材料行为，真实应力应变的考虑是必要的。
材料力学应力应变知识点总结
材料力学应力应变知识点总结材料力学是研究物体的力学性质和行为的学科。
其中，应力和应变是材料力学中的重要概念。
应力是指力对物体单位面积的作用，应变是物体单位长度的变形程度。
本文将对材料力学中的应力应变相关知识点进行总结。
一、应力的概念和分类应力是指单位面积内受力的大小。
根据应力的方向和大小，可以将应力分为以下几类：1.1 张应力：当物体内外部作用力的方向相反，使物体发生延伸或拉长的变形时，产生的应力称为张应力。
1.2 压应力：当物体内外部作用力的方向相同，使物体发生压缩或缩短的变形时，产生的应力称为压应力。
1.3 剪应力：当物体内外部作用力平行但方向相反，使物体内部产生剪切变形时，产生的应力称为剪应力。
1.4 弯曲应力：当物体受到外力作用时，在物体的截面上会出现内部受力的分布，使物体发生弯曲变形，产生的应力称为弯曲应力。
1.5 组合应力：在实际工程应用中，物体受到多种不同方向的力作用时，会同时产生不同方向的应力，这种情况下的应力称为组合应力。
二、应力的计算和表示计算应力需要确定作用力的大小和作用面积的大小。
根据不同的情况，应力的计算和表示方式也不同。
2.1 一维应力计算：当物体的受力方向与截面法线方向一致时，应力的计算公式为σ=F/A，其中σ表示应力，F表示作用力，A表示作用面积。
2.2 平面应力计算：当物体受力的方向不与截面法线方向一致时，需要通过平面应力的计算方法来确定应力的大小和方向。
常见的平面应力计算方法有叠加原理、应力分析法等。
2.3 主应力和主应力方向：物体在某一点上的应力是沿着不同方向的应力的代数和，其中最大的应力称为主应力，最大应力所涉及的方向称为主应力方向。
主应力和主应力方向的计算对于材料的强度评估和结构设计具有重要意义。
三、应变的概念和计算应变是指物体在受力作用下产生的长度变化和形状变化。
可以将应变分为以下几类：3.1 线性应变：当物体受到轴向拉伸或压缩作用时，长度发生变化，此时的应变称为线性应变。
应力和应变
应力和应变1. 简介在力学和材料科学中，应力和应变是两个重要的概念。
应力是指材料内部受到的力的作用，而应变是指材料在受到力作用后发生的形变。
应力和应变是描述材料力学性能的基本参数，对于材料的设计和工程应用具有重要意义。
2. 应力应力是材料内部受到的力的作用，通常用符号σ表示，其单位是帕斯卡（Pa），也可以使用兆帕（MPa）或千兆帕（GPa）。
应力可以分为三类：正应力、剪应力和法向应力。
2.1 正应力正应力是指作用在材料内部的垂直于截面的力，可以通过力除以截面积来计算。
正应力可以进一步分为拉应力和压应力，分别表示拉伸和压缩材料时的应力。
拉应力表示材料受到拉伸作用时的应力，通常以正数表示。
拉应力会使材料发生形变，具有延展性和弹性，可以恢复原状。
压应力表示材料受到压缩作用时的应力，通常以负数表示。
压应力会使材料发生形变，具有收缩性和塑性，并且不易恢复原状。
2.2 剪应力剪应力是指作用在材料内部的平行于截面但方向不同的力，可以通过力除以截面积来计算。
剪应力会使材料发生扭转和剪切形变。
剪应力会产生剪切变形，对应的是材料的剪切模量，可以用于描述材料的硬度和可塑性。
2.3 法向应力法向应力是指作用在材料内部的垂直于截面方向的力，可以通过力除以截面积来计算。
法向应力会使材料发生压缩或拉伸形变。
法向应力的大小和方向取决于施加力的方向和大小，可用于描述材料的稳定性和破坏性。
3. 应变应变是材料在受到力作用后发生的形变，通常用符号ε表示。
应变可以分为线性应变和非线性应变两类。
3.1 线性应变线性应变是指材料在受到小应力作用时，形变与力之间的关系是线性的。
线性应变可以通过材料的弹性模量来描述，弹性模量是材料在小应力作用下恢复原状能力的度量。
3.2 非线性应变非线性应变是指材料在受到大应力作用时，形变与力之间的关系是非线性的。
非线性应变通常发生在超过材料弹性极限时，即材料开始变形并难以恢复原状的阶段。
非线性应变可以引起材料的塑性变形和破坏，对于材料的设计和使用具有重要影响。
材料力学第七章应力应变分析
x
y
2
x
2
y
cos 2
xy sin 2
x
y
2
sin 2
xy cos 2
1、最大正应力的方位
令
d d
2[
x
y sin 2
2
xy cos 2 ] 0
tg 2 0
2 xy x
y
0 0
90
0 和 0+90°确定两个互相垂直的平面，一个是最大正应 力所在的平面，另一个是最小正应力所在的平面.
的方位.
m
m a
A
l
解： 把从A点处截取的单元体放大如图
x 70, y 0, xy 50
A
tan 20
2 xy x y
2 50 1.429
1
3
(70) 0
0
A
x
0
27.5 62.5
3
1
因为 x < y ，所以 0= 27.5° 与 min 对应
max min
x
2
y
(
x
2
y )2
三、应力状态的分类
1、空间应力状态
三个主应力1 、2 、3 均不等于零
2、平面应力状态
三个主应力1 、2 、3 中有两个不等于零
3、单向应力状态
三个主应力 1 、2 、3 中只有一个不等于零
2 3
2
1
1
1
1
1
3 2
2
1
例题 1 画出如图所示梁S截面的应力状态单元体.
F
5
S平面
4
3
l/2
2
l/2 1
任意一对平行平面上的应力相等
应力分析与应变分析
应力分析与应变分析概述应力分析和应变分析是材料力学与结构设计中重要的分析方法。
通过研究材料内部的应力和应变分布情况，可以评估材料的强度和稳定性，为结构设计提供依据。
本文将介绍应力分析和应变分析的基本概念、方法和应用领域。
应力分析应力的概念应力是材料内部的内力状态，是材料中单元体受到的单位面积上的力的大小。
常见的应力类型有正应力、剪切应力和法向应力。
正应力指的是垂直于面元的力，剪切应力指的是在面元平面上的切应力，法向应力是正应力的一种特殊情况。
应力分布材料内部的应力分布可以通过应力场来描述。
应力场是指空间中各点的应力分布情况。
常见的应力场模型包括均匀应力场、线性应力场和非线性应力场。
弹性力学弹性力学是研究材料受力后的变形和应力恢复的一门学科。
通过弹性力学理论，可以计算材料在受力后的应力分布和变形情况。
应力分析的应用应力分析在工程领域有广泛的应用。
例如，在结构设计中，可以通过应力分析来评估结构的强度和稳定性，确定合理的结构形式和尺寸。
此外，应力分析也用于材料疲劳寿命预测、断裂力学研究等领域。
应变分析应变的概念应变是材料内部形变程度的度量，是材料内部单位长度的变化量。
常见的应变类型有线性应变、剪切应变和体积应变。
线性应变指的是材料在受力后的线性变形；剪切应变是材料在受到切应力作用时沿切应力方向发生的形变；体积应变是材料在受力后发生的体积变化。
应变分布类似于应力分布，应变分布可以通过应变场来描述。
应变场是指空间中各点的应变分布情况。
应变分析的方法应变分析的常用方法包括拉伸试验、剪切试验、压缩试验和扭转试验等。
通过这些试验可以获取材料在不同受力状态下的应变数据，进而进行应变分析。
应变测量应变测量是应变分析中的重要环节。
常用的应变测量方法有电阻式应变计、光栅应变计和激光测量等。
这些方法可以准确地获取材料受力后的应变数据，并用于应变分析和应变场重构。
应变分析的应用应变分析在材料研究和工程设计中起着重要的作用。
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(
20)sin
60
o
单位：sM" Pa
t
a
30
2
40
sin
60
o
(
20
)cos60o
20.3MPa
2)ss'''
30 2
40
30 40 2
2
202
35.3MPa 45.3MPa
s1 s' 35.3MPa ，s 2 0，s 3 s'' 45.3MPa
tg2a
0
20 30 40
a0 14.9o，主单元体如上
第一节 应力状态的概念
应力与应变分析
一、一点的应力状态
1.一点的应力状态：通过受力构件一点处各个不同截面
上的应力情况。
2.研究应力状态的目的：找出该点的最大正应力和剪应力
数值及所在截面的方位，以便研究构件破坏原因并进行失效分 析。
二、研究应力状态的方法—单元体法
1.单元体：围绕构件内一所截取的微小正六面体。
t—使微元产生顺时针转动趋势者为正，反之为负
3.主应力及其方位：
①由主平面定义，令t
=0，得：
tan 2a0
2t xy sx sy
可求出两个相差90o的a0值，对应两个互相垂直主平面。
②令
ds a da
0
得： tan 2a0
2t xy sx s
y
即主平面上的正应力取得所有方向上的极值。
③主应力大小：
sy z
Z sz
应力与应变分析
tzy tzx
txy
tyx
tyz
txz
O
txy
sx
tzy
tzx
sx
txz tyz tyx
dz sy
Y
dx
X O
y
x
dy sz
2.单元体上的应力分量
应力与应变分析
（1）应力分量的角标规定：第一角标表示应力作用面，第二 角标表示应力平行的轴，两角标相同时，只用一个角标表示。
3)
t' t''
s'2s''
40.3MPa
4)讨论并证明：s's"sa sa90o C(同一单 元体任意垂直平面上正应力之和为常数)
例92 分析圆轴扭转时的应力状态。
Me AD BC
s1
s3Βιβλιοθήκη t s3 ABCD s1Me
45o x
-45o
分析圆轴扭转时的应力状态
解：1)围绕圆轴外表面一点取
单元体ABCD：t Me / Wn
(t xydAcosa ) cosa (t yxdAsina ) sina 0
得
s a
t
a
sx sx
s y
2
s y
2
s x s y cos2a
2
sin 2a t xy cos2a
t
xy
s
in
2a
符号规定：
应力与应变分析
a角—以x轴正向为起线，逆时针旋转为正，反之为负
s—拉为正，压为负
6)对于脆性材料(如铸铁、粉笔)抗拉性能差，扭转破 坏时，通常沿与轴线成45o的螺旋面发生拉断。
二、平面应力分析的图解法—应力圆
1.理论依据：
①
s
x'
s
x
t
x'y'
2)
ss'''
0 2
0 2 t2 t 2
tg2a
0
t 0
a0 45o
3) s1 s' t，s 2 0，s 3 s'' t
主单元体如右
4)圆轴扭转时，横截面为纯剪切应 力状态，最大拉、压应力在与轴
线成±45o斜截面上，它们数值相 等，均等于横截面上的剪应力；
5)对于塑性材料(如低碳钢)抗剪能力差，扭转破坏时， 通常是横截面上的最大剪应力使圆轴沿横截面剪断；
（2）面的方位用其法线方向表示
t yz t zy，t zx t xz，t xy t yx
3.截取原始单元体的方法、原则
①用三个坐标轴(笛卡尔坐标和极坐标，依问题和构件形状 而定)在一点截取，因其微小，统一看成微小正六面体
②单元体各个面上的应力已知或可求；
③几种受力情况下截取单元体方法：
P
P
Me B
t
2 xy
s
s" 2
③
tg2a
0
1 tg2a1
(极值切应力平面与主平面成45o)
例一 图示单元体，试求：①a=30o斜
截面上的应力； ②主应力并画出主单元 体；③极值切应力。
s" 40
40 20 30
sa 20 s'
a
143.90o
s'
ta
解：1)s
a
30
2
40
30
29.8MPa
2
40cos60o
③三个主应力均不为零称三向应力状态(空间应力状态)；
④单向应力状态又称简单应力状态，平面和空间应 力状态又称复杂应力状态。
第二节 平面应力状态下的 应力研究、应力圆
一、平面应力分析的解析法
1.平面应力状态图示：
应力与应变分析
sy
sx
sx
tyx txy sy
sx
sx
txy tyx sy
2.任意a角斜截面上的应力
应力与应变分析
s s
"'
sx
s y
2
s
x
s
2
y
2
t
2 xy
(s ' s")
④由s'、s"、0按代数值大小排序得出：s1≥s2≥s3
⑤判断s'、s"作用方位(与两个a0如何对应)
txy箭头指向第几象限 (一、四)，则s'(较大主应 力)在第几象限，即先判断 s' 大 致 方 位 ， 再 判 断 其 与 算得的a0相对应，还是与 a0+90o相对应。
⑥ s's" s x s y s a s a90o
ss"'
a0 * ttxxy y a0 *
ss"'
4.极值切应力：
应力与应变分析
①令：
dta 0，可求出两个相差90o 的 da
tg
2a1
sx s 2t xy
y
a1，代表两个相互垂直的极值切应力方位。
②极值切应力： tt"'
sx
sy 2
2
Me
A
s A sP/A
B tMe/Wn
a) 一对横截面，两对纵截面 P
Me
b) 横截面，周向面，直径面各一对
C Me
c) 同b)，但从 上表面截取
sC
t
s
P A
B C
sA
A
sA
B
tB
tC
sC
C
sC
三、应力状态分类(按主应力)
应力与应变分析
1. ①主平面：单元体上剪应力为零的面；
②主单元体：各面均为主平面的单元体，单元体上有三对 主平面；
z
sz
tzy
tzx
tyz
txz
sy y
sx txy tyx x
x'
s1 旋转
z' s3
s2 y'
③主应力：主平面上的正应力，用s1、s2、s3 表示， 有s1≥s2≥s3。
2.应力状态按主应力分类：
应力与应变分析
①只有一个主应力不为零称单向应力状态；
②只有一个主应力为零称两向应力状态(平面应力状态)；
y sy
t
应力与应变分析
n
sx
sx x
txy
ssxtxxy
sα
a
a
dA
tα
x
tyx sy
sy tyx
n 0： sa dA (s xdAcosa ) cosa (s ydAsina )sina
(t xydAcosa ) sin a (t yxdAsina ) cosa 0
t 0：ta dA (s xdAcosa ) sina (s ydAsina ) cosa