使材料或結(jié)構(gòu)(以下統(tǒng)稱構(gòu)件)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的外力及其它因素稱為載荷。更一般的,對構(gòu)件工作性能產(chǎn)生不良影響的外在因素,統(tǒng)稱為載荷,如力、彎矩、溫度以及腐蝕等。
根據(jù)隨時間變化特性,載荷分靜載荷和動載荷:靜載荷隨時間不變化或者變化非常緩慢,而動載荷是指隨時間變化顯著的載荷。動載荷隨使用時間的變化可以是有規(guī)則的,也可以是不規(guī)則的,甚至是隨機(jī)的。起重行車吊鉤分批吊起不同的重物,承受變幅循環(huán)的載荷;火車在不平的道路上行駛時,彈簧等零部件所承受的載荷則是隨機(jī)的。
(被海水腐蝕的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)架)
載荷描述的是構(gòu)件承受的外部載荷,在外載荷作用下構(gòu)件有什么變化?構(gòu)件內(nèi)部間相互作用如何描述呢?
(靜載荷與動載荷)
(動載荷形式)
載荷描述的是構(gòu)件承受的外部載荷,在外載荷作用下構(gòu)件有什么變化?構(gòu)件內(nèi)部間相互作用如何描述呢?
外載荷作用下,當(dāng)構(gòu)件不能自由移動時,其幾何尺寸和形狀將發(fā)生變化(也即形變),構(gòu)件或某點(diǎn)處的變形程度稱為應(yīng)變。
(線應(yīng)變)
構(gòu)件發(fā)生形變時,內(nèi)部某一截面m(圖13-6)上產(chǎn)生了大小相等、方向相反的反作用力ΔF以平衡外力。與外載荷相對應(yīng),該反作用力ΔF稱為內(nèi)力。內(nèi)力在某一點(diǎn)的分布集度,即單位面積上的內(nèi)力,稱為應(yīng)力。
(剖面受力分析)
應(yīng)力大小可以用以下方式描述:
σe值等于該截面上的內(nèi)力除以面積,為名義應(yīng)力,也稱工程應(yīng)力。如果以截面上的某一個點(diǎn)所在區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?,?dāng)面積 ΔA 趨于0時,ΔF與ΔA 比值σr稱為該點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力。真實(shí)應(yīng)力反映的是某點(diǎn)的真實(shí)受力狀況,但不容易測量。
脆性材料斷裂前變形很小,所以往往采用工程應(yīng)力來描述,而塑性材料在大變形情況下采用真實(shí)應(yīng)力表示。
對截面m上的各點(diǎn)而言*,其應(yīng)力不一定都是相等的,而會有一些差異。應(yīng)力集中是指由于外界或自身幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變等因素而引起構(gòu)件局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象,它反映的是內(nèi)力在構(gòu)件內(nèi)部分布不均勻性。截面m*上的應(yīng)力集中系數(shù)可以用應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力σmax與凈截面上的平均應(yīng)力???之比表示:
外載荷作用下,構(gòu)件抵抗變形和失效的能力稱為強(qiáng)度。相應(yīng)的壽命是指構(gòu)件失效前的服役時間。不同構(gòu)件對壽命的衡量指標(biāo)不盡相同,火車及其零部件通常用運(yùn)營里程或使用年限來表示。
我們再回頭看一下應(yīng)力集中效應(yīng)。在不同場合,應(yīng)力集中影響也具有兩面性。構(gòu)件強(qiáng)度遵循木桶理論,裂紋總是在應(yīng)力較高的局部(即短板)開始形成,擴(kuò)展到一定程度時導(dǎo)致破壞發(fā)生。因此,應(yīng)力集中會使裂紋更容易萌生和擴(kuò)展,導(dǎo)致構(gòu)件強(qiáng)度降低。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時要注意細(xì)節(jié),盡可能地減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
應(yīng)力集中也有它積極的一面。生活中,一些食品包裝袋封口設(shè)計(jì)成鋸齒狀或缺口,由于截面的變化,在鋸齒或缺口根部出現(xiàn)應(yīng)力集中,使強(qiáng)度降低,顧客更容易打開包裝。
(應(yīng)力集中效應(yīng))
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