应力 (Stress) 是指单位面积上所承受的力
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轴向力
轴向力 (Axial Force) 是指沿着物体的纵轴施加的力。对于一根杆或柱子,轴向力可以是拉力或压力,具体取决于力的方向。
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拉力 (Tensile Force):使物体拉长的力。
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压力 (Compressive Force):使物体压缩的力。
力方向
力方向 (Direction of Force) 是指施加在物体上的力的作用方向。力是一个矢量量,不仅具有大小(即力的强度),还具有方向。
在受轴向力作用的杆中,力的方向通常是沿着杆的轴线(即纵轴)的方向。以下是一些示例:
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拉伸轴向力 :如果你用力拉一根绳子,施加的力沿着绳子的长度方向,这个力就是拉伸轴向力。
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压缩轴向力 :如果你用力压缩一根弹簧,施加的力也是沿着弹簧的长度方向,这个力就是压缩轴向力。
应力
应力 (Stress) 是指单位面积上所承受的力。对于轴向力,应力可以通过以下公式计算:
σ
=
F
A
\sigma = \frac{F}{A}
σ=AF
其中:
σ
\sigma
σ 是应力 (Stress)。
F
F
F 是施加的轴向力 (Axial Force)。
A
A
A 是横截面积 (Cross-sectional Area)。
应力的单位是帕斯卡 (Pa),等于牛顿每平方米 (N/m²)。
双向作用力(拉力或压力)
在实际应用中,尤其是对于拉伸或压缩测试,我们通常会施加两个相反方向的力:
拉伸:两端施加相反方向的拉力。
压缩:两端施加相反方向的压力。
尽管看起来是两个力在作用,但它们是沿着同一轴线方向施加,并且在横截面上的应力计算中,我们通常只考虑其中一个力的大小,因为它们是等值的。以拉伸为例,两个力 F 在杆的两端沿轴线方向拉扯,导致杆中的每个横截面上都产生了应力。
在杆的两端施加拉力 𝐹时,虽然实际上是施加了两个相对方向的力,但在每个横截面上计算应力时,我们通常只考虑其中一个力的大小。因此,可以认为这两个力在每个横截面上产生的应力是等值且方向相反的。这并不意味着有两个独立的应力,而是一个应力场在材料中分布,并且这种应力场反映了材料承受的拉伸或压缩状态。
力和应力的区别
力 F:作用在物体上的外力,可以是单一的拉力或压力,或者是一对相反方向的力。
应力 σ:是单位面积上的力,它反映了内力在材料中的分布情况。
解释
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粗绳与细绳 :
一根粗绳和一根细绳,如果两者材料相同并施加相同的拉力,粗绳因其横截面积 A A A 更大,承受的应力 σ \sigma σ 相对较小。
粗绳能够承受较大的力而不断裂,细绳因其横截面积较小,在相同的力作用下应力较大,更容易断裂。 -
钢柱与铝柱 :
一根钢柱和一根铝柱,如果横截面积相同且施加相同的压缩力,钢柱的弹性模量 E E E 通常更大,因此在相同应力下,钢柱的变形量相对较小。
轴向力 是沿着物体轴线施加的力,可能是拉力或压力。
力方向 是指力的作用方向,通常在轴向力的情况下,沿着物体的纵轴。
应力 反映了单位面积上所承受的力,描述了材料的负载程度。横截面积越大,在相同力作用下,应力越小,物体越不易变形或断裂。
通过实验确定的软材料中刚性物质周围的应力分布,是用光测弹性学方法生成的。
使用有限元分析计算的相应的应力分布