变形(工程)

在工程中,变形是指物体大小或形状的变化。位移是物体上一点位置xxx变化。挠度是物体外部位移的相对变化。应变是无限小的材料立方体形状的相对内部变化,可以表示为立方体长度或变形角度的无量纲变化。应变通过应力-应变曲线与作用在立方体上的力(称为应力)相关。应力和应变之间的关系在屈服点之前通常是线性和可逆的,并且变形是弹性的.材料的线性关系称为杨氏模量。在屈服点以上,卸载后会保留一定程度的xxx变形,称为塑性变形。整个固体对象的应力和应变的确定由材料的强度场和结构分析给出。

工程应力和工程应变是可以从物体的外力和变形确定的内部状态的近似值,前提是尺寸没有显着变化。当尺寸发生显着变化时,可以从物体的瞬时尺寸推导出真应力和真应变。

在图中可以看出,压缩载荷(由箭头指示)导致圆柱体变形,从而使原始形状(虚线)变为(变形)为具有凸出侧面的形状。侧面凸出是因为材料虽然强度足以不会破裂或以其他方式失效,但强度不足以支撑负载而不发生变化。结果,材料被横向挤出。内力(在这种情况下与变形成直角)抵抗施加的载荷。

变形类型

根据材料的类型、物体的尺寸和几何形状以及施加的力,可能会导致各种类型的变形。右图显示了典型延展性材料(例如)的工程应力与应变图。不同的变形模式可能会在不同的条件下发生,这可以使用变形机制图来描述。

xxx变形是不可逆的;去除外力后变形仍然存在,而临时变形在去除外力后消失,是可恢复的。临时变形也称为弹性变形,而xxx变形称为塑性变形。

弹性变形

工程应变情况下的临时或弹性变形研究适用于机械结构工程中使用的材料,例如混凝土和钢材,它们受到非常小的变形。工程应变由无穷小应变理论建模,也称为小应变理论、小变形理论、小位移理论或应变和旋转都较小的小位移梯度理论。

对于某些材料,例如弹性体聚合物,承受较大变形,应变的工程定义不适用,例如典型的工程应变大于1%,因此需要其他更复杂的应变定义,例如拉伸、对数应变、格林应变和阿尔曼西应变。弹性体和形状记忆金属(如镍钛诺)表现出较大的弹性变形范围,橡胶也是如此。然而,这些材料的弹性是非线性的。

普通金属、陶瓷和大多数晶体表现出线弹性和较小的弹性范围。

请注意,并非所有弹性材料都会发生线弹性变形;一些,如混凝土、灰口铸铁和许多聚合物,以非线性方式响应。对于这些材料,胡克定律是不适用的。

误解

一个流行的误解是,所有能弯曲的材料都很脆弱,而那些不能弯曲的材料都很强。实际上,许多经历大弹性和塑性变形的材料(例如钢)能够吸收应力,这些应力会导致脆性材料(例如玻璃)以最小的塑性变形范围破裂。

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