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應(yīng)變和應(yīng)力這兩個詞,對于非專業(yè)人士來說,可能會有些陌生。不過,我們可以借助一些生活中的例子來解釋這兩個概念。
一、什么是應(yīng)變?
應(yīng)變是指物體受到外力作用后,其形狀和大小發(fā)生相對變化的量。例如人站在一塊磚頭上,這塊磚本身會因為受力變的矮一點點(肉眼很難看見),變矮的一點點就是物體的變形,降低后的高度差和原先的高度比則是今天我們要討論的應(yīng)變。
二、應(yīng)變的單位是什么?
由于應(yīng)變是受到應(yīng)力之后產(chǎn)生的相對變形率,是一種比值屬于無量綱數(shù),因此應(yīng)變沒有單位的。
我們的應(yīng)變計測量范圍就是±1500個微應(yīng)變,正表示拉伸,負(fù)表示壓縮。10^(-6)
三、應(yīng)變是怎么計算的?
假設(shè)一個結(jié)構(gòu)物的長度為L,那么發(fā)生變形后(壓縮或者拉伸)長度變成了L',那么長度的變化量公式為:ΔL=L'-L。應(yīng)變作為一種比值,其計算公式為:ε(應(yīng)變) = ΔL(長度變化量) / L(原長度)。
由于ΔL很小,通常是微米級的,所以算出來的應(yīng)變值很小,小數(shù)點后面很多位,不便于顯示與查看,故而引入科學(xué)記數(shù)法10^(-6),就叫微應(yīng)變με,微應(yīng)變也是用來表示形變的變化程度1 με=(ΔL/L)*10^(-6),即ε=10^6*με,也就是說微應(yīng)變是應(yīng)變的百萬分之一。
四、什么是應(yīng)力
應(yīng)力是指物體受到外力作用后,在物體內(nèi)部產(chǎn)生的抵抗變形的力。舉個例子:一輛載滿貨物的貨車行駛到橋面上,橋墩會受到車子重量帶來的壓力而產(chǎn)生壓縮及壓應(yīng)變,為了保證橋梁的安全運行,橋墩內(nèi)部會產(chǎn)生一個力去抵消外力從而克服形變,這個內(nèi)部的力就是應(yīng)力。
應(yīng)力的定義:單位面積上所承受的力,實際是就是壓強(qiáng),單位是MPa。那么應(yīng)變量跟承受的應(yīng)力變化量有什么關(guān)系呢,把應(yīng)力表示為σ,應(yīng)變?yōu)?ε,他們
σ = ε·E
其中E是被測的E 是被測物的彈性模量,是描述材料彈性的物理量,彈性模量越大,抗變形的能力就越強(qiáng),材料越不容易變形,同理,發(fā)生同樣變形(應(yīng)變值一樣)的兩種材料,彈性模量大,所承受的應(yīng)力就越大。舉例:同樣大小的豆腐和磚塊,想要使它們的高度都被壓縮1mm,只需輕輕一壓,而磚塊則需要很大的力才能實現(xiàn)。
五、應(yīng)變和應(yīng)力重要性
在工程中,應(yīng)變和應(yīng)力是用來研究和描述材料在受力后的行為和性能的重要參數(shù)。通過測量材料的應(yīng)變和應(yīng)力,工程師可以了解材料的強(qiáng)度、剛度和疲勞特性,從而設(shè)計出更加可靠和安全的結(jié)構(gòu)。
通過將應(yīng)變計粘貼在結(jié)構(gòu)物的表面或者嵌入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部,還實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和應(yīng)力變化情況。如果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)的極限值,就意味著結(jié)構(gòu)可能存在危險,需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固或修復(fù)。
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