拉伸应力

更新时间:2024-07-03 13:47

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,并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。应力分为同截面垂直的正应力和同截面相切的剪应力

应力的概念

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,并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。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。

应变的概念

应变又称“相对变形”。物体由于外因(载荷、温度变化等)使它的几何形状和尺寸发生相对改变的物理量。物体某线段单位长度内的形变(伸长或缩短),即线段长度的改变与线段原长之比,称为“正应变”或“线应变”,用符号ε表示;两相交线段所夹角度的改变,称为“切应变”或“角应变”,用符号γ表示。在变形前为六面体形状的单元体,其形变可分解为六个独立的分量,故应变也有六个独立的分量即三个线应变分量和三个角应变分量。变形后单元体积元素的改变值与原单元体积的比值称为“体积应变”。

对比

拉伸应力与压应力的区别

一个圆柱体两端受压,那么沿着它轴线方向的应力就是压应力。压应力就是指使物体有压缩趋势的应力。 不仅仅物体受力引起压应力,任何产生压缩变形的情况都会有,包括物体膨胀后。另外,如果一根梁弯曲,不管是受力还是梁受热不均而引起弯曲,弯曲内侧自然就受压应力,外侧就受拉应力。

拉伸应力计算

平面假设:杆件的横截面在变形后仍然保持平面,且垂直于杆的轴线。

横截面上各点只产生沿垂直于横截面方向的变形-横截面上只有正应力

两横截面的纵向伸长都相等-横截面上的正应力均匀分布。

结论:轴向拉伸时,杆件横截面上各点处只产生正应力,且大小相等。

σ=N/A,N为拉力,A为作用点处的横截面积。

σ的正负与N的正负相同,即拉杆σ为正,压杆σ为负。

应力应变曲线

静载拉伸试验所用式样一般为光滑圆试样,试样工作长度(标长),为原始直径。静拉伸试验,通常是在室温和轴向加载条件下进行的,其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合,载荷缓慢施加,应变与应力同步,试样应变速率 。在静拉伸试验得到的应力-应变曲线上,记载着材料力学行为的基本特征,因此,应力-应变曲线成为理解材料基本力学行为的基础和信息源。材料应力-应变曲线的应力和应变,一般用条件应力σ和条件应变δ表示

式中,P为载荷, 为试样伸长量, 为原始标长,为与P相对应的标长部分的长度, 为原始截面积。在拉伸过程中,试样长度增加,截面积减小,但在上述计算中,假设试样截面积和长度保持不变,因此称σ为条件应力或工程应力(区别于拉伸应力),δ为条件应变或工程应变。

测量工具

应力仪或者应变仪是来测定物体由于内应力的仪器。一般通过采集应变片的信号,而转化为电信号进行分析和测量。

方法是:将应变片贴在被测定物上,使其随着被测定物的应变一起伸缩,这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理,通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金,其电阻变化率为常数,与应变成正比例关系。

通过惠斯通电桥,便可以将这种电阻的比例关系转化为电压。然后不同的仪器,可以将这种电压的变化转化成可以测量的数据。

对于应力仪或者应变仪,关键的指标有: 测试精度,采样速度,测试可以支持的通道数,动态范围,支持的应变片型号等。并且,应力仪所配套的软件也至关重要,需要能够实时显示,实时分析,实时记录等各种功能,高端的软件还具有各种信号处理能力。

另外,有一些仪器是通过光谱,膜片等原理设计的。

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