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应力和应变是否同时存在

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应力和应变是材料力学中非常重要的概念,它们通常是同时存在的,但又有着不同的特点和表现形式。

应力:作用在物体上的力F和受力面积A,基本公式为 σ = F/A,其中σ表示应力,单位为帕斯卡(Pa)或牛顿每平方米(N/m²)。描述了物体内部受到的力的情况。  

应力可以分为正应力和剪切应力两种类型。  

正应力是垂直于物体截面的力,可以导致物体的压缩或拉伸变形。  

剪切应力是平行于物体截面的力,会导致物体发生形变,使其内部各部分相对滑动。  


应变:应变是物体在受到应力作用下发生的形变,通常用ε表示。应变描述了物体内部的形变程度。  

应变可以分为线性弹性应变、非线性弹性应变和塑性应变等不同类型。  

线性弹性应变是指物体在受到小应力作用下,形变与应力成正比的现象,而且在去除应力后可以完全恢复原状。  

塑性应变是指物体在受到较大应力作用时,会发生永久性形变,无法完全恢复原状。  

应力和应变之间的关系可以通过杨氏模量来描述,即应力与应变之间的比值。  

在弹性阶段,应力和应变之间存在线性关系,而在超过材料的弹性极限后,就会出现塑性变形,此时应力和应变之间的关系变得更为复杂。  

在材料的塑性变形阶段,通常存在应力和应变之间的关系。在这个阶段,材料已经超过了屈服点,开始发生塑性变形,而不是弹性变形。在这种情况下,应力和应变之间的关系可以通过应力-应变曲线来描述。  

在这段曲线上,应力随着应变的增加而逐渐增加,但并不是线性关系,而是呈现出一种非线性的曲线。这种曲线通常被称为应力-应变曲线的塑性区域。  

在塑性区域内,材料的应力和应变之间的关系受到多种因素的影响,包括晶粒滑移、位错运动等。这些因素导致了材料在这个阶段的非线性变形行为,使得应力和应变之间的关系变得复杂。  


卸载后应力-应变曲线  

材料在卸载后的应力-应变关系可以分为两种情况:  

完全弹性恢复:材料完全恢复到卸载前的应力状态,此时应力-应变曲线会沿着弹性阶段的初始斜率返回到原点,形成一个闭合的回路。这一阶段应力和应变同时存在,卸载后应力消失同时应变也消失。  

部分弹性恢复:材料在卸载后只能部分恢复到原始的弹性状态,此时应力-应变曲线会在卸载点之后形成一个平台,表现出一定的残余应变,这一阶段应力回零但是应变仍然存在。  

这种应力-应变关系在材料力学和工程中具有重要的意义,可以帮助我们理解材料在加载和卸载过程中的行为特征,为工程设计和材料选择提供重要参考。  


工程示例

折弯板一端固定,另一端加载拉力70kN和700kN,材料为钢,弹性段材料属性:  

塑性段材料应力-应变曲线:  

结构在弹性阶段时,应力为45.7MPa,对应应变为0。  

结构发生塑性变形时,应力为485MPa,对应应变为0.148。  



来源:仿真老兵
非线性材料
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首次发布时间:2024-08-23
最近编辑:4月前
无情浪子
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焊接接头是指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头,包括焊缝、熔合区和热影响区。熔焊的焊接接头是由高温热源进行局部加热而形成。焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区和母材金属所组成。焊接接头中的熔合区是焊丝与母材融化后,在熔融状态下形成的区域。熔合区又可细分为焊缝金属、熔渣和夹渣。焊缝金属:指熔化后的焊丝与母材,在熔融状态下的混合物。焊缝金属的成分决定了焊缝的性能。熔渣:指焊接过程中,焊条、焊丝等材料在熔融时融化的其他物质。熔渣会被覆盖在焊缝上,在焊缝冷却之后形成一层玻璃状的物质,对焊缝有保护作用。夹渣:指熔渣被零散的包裹在焊缝金属中被固化,形成的不连续的物质。夹渣是焊缝中最常见的缺陷之一。焊接过程中,热输入会导致母材和周围的热影响区发生显著变化。热影响区是指离焊缝远一些的区域,其组织和性能也会受热输入的影响。热影响区可以进一步划分为热影响区、显微组织影响区和力学性能影响区等。焊接接头的特点:几何形状不连续、化学成分不连续、金相组织不连续、几何形状不连续、化学成分不连续金相组织不连续、力学性能不连续•影响力学性能的主要因素:焊接缺陷、接头形状不连续、焊接残余应力和变形•常见的焊接缺陷:裂纹、未熔合、咬边、夹渣、气孔•接头形状不连续:焊缝增高、截面变化,造成应力集中•力学性能不均匀:焊接残余应力和残余变形•材质方面:组织变化,材质硬化•其他因素:焊后热处理、矫正变形等由于构件的截面突然的变化,或受力部位出现局部应力明显增大的现象称为应力集中现局部应力明显增大的现象,称为应力集中。由于焊缝的形状和焊缝布置的特点,焊接接头工作应力的分布是不均匀。产生应力集中的主要原因有:1.焊缝中的工艺缺陷;2.不合理的焊缝外形,如焊缝余高(加厚高、加强高)过大;3.不合理的焊接接头的设计,例如接头截面的突然变化,加盖板的对接接头等;4焊缝布置不合理如只有单侧焊缝的T形接头,也会引起应力集中。常见焊缝的基本形式:对接焊缝角焊缝焊角尺寸:K计算断面:a所在的截面来源:仿真老兵

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