載荷及其效應(yīng)

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(duì)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(shí)間變化特性，載荷分靜載荷和動(dòng)載荷：靜載荷隨時(shí)間不變化或者變化非常緩慢，而動(dòng)載荷是指隨時(shí)間變化顯著的載荷。動(dòng)載荷隨使用時(shí)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(shí)，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(dòng)載荷）

（動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(shí)，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(duì)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(gè)點(diǎn)所在區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，當(dāng)面積 ΔA 趨于0時(shí)，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(duì)截面m上的各點(diǎn)而言*，其應(yīng)力不一定都是相等的，而會(huì)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(shí)間。不同構(gòu)件對(duì)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?cè)倩仡^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(shí)導(dǎo)致破壞發(fā)生。因此，應(yīng)力集中會(huì)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(shí)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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