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材料力学 · 如何承受载荷

用应力看材料的极限

不看力而看应力,用眼睛看构件何时伸长、扭转、断裂。

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01应力是单位面积上的内力
在虚拟切面上每块面积承受的内力,σ = P / A
#电梯钢索#螺栓#立柱
02应变是伸长的比例
相对原长的伸长比例 ε = ΔL / L,无量纲,剪切是角 γ
#橡皮筋#蹦极绳#应变片
03在弹性范围内 σ 与 ε 成正比
曲线的直线段,σ = E·ε,斜率 E 是刚度
#弹簧秤#钢梁#吉他弦
04剪切沿着面滑动
平行于面的力,τ = V/A,剪应变 γ,胡克定律 τ = G·γ
#剪刀#铆钉#冲孔机
05往一个方向拉,垂直方向就缩
横向与纵向应变之比 ν,体积变化 ε(1−2ν),G = E/(2(1+ν))
#橡皮擦#软木塞#酒瓶
06拉伸轴向构件,它伸长 δ=PL/AE
整个构件的伸长 δ = PL/AE,分段求和,刚度 k = AE/L
#悬索#拉杆#铁塔
07扭转轴,剪应力随半径增大
剪应力 τ = Tρ/J 表面最大,扭转角 φ = TL/GJ,空心轴效率
#传动轴#钻头#螺丝刀
08弯曲使应力沿深度线性,σ=My/I
中性轴为 0,沿深度线性,σ = My/I,截面二次矩 I,截面模量 S = I/c
#桥梁主梁#书架#跳水板
09沿梁 V 与 M 如何变化
由反力与切断得 V·M 图,dM/dx = V,最大 M = 设计关键点
#阳台#起重机臂#人行天桥
10梁截面的剪切在中性轴处最大
横向剪切 τ = VQ/It,Q 为面积一次矩,抛物线·中性轴最大,工字钢腹板
#工字钢腹板#胶合板#钉接梁
11挠度是曲率 M/EI 积分两次
曲率 = M/EI,EI·y″ = M 积分两次,边界条件,叠加求和
#下垂的搁板#跳水板#楼板搁栅
12一点的应力随观察角度而变
应力单元旋转,σ′·τ′ 是 2θ 正弦余弦,主平面(τ=0)·最大剪切(45度)
#压力容器#焊接接头#机身
13剪切为零的面上的正应力就是主应力
σ1,2 = (σx+σy)/2 ± R,主角 tan2θp,最大剪切 τ_max = R,脆性·延性破坏
#开裂的混凝土#折断的粉笔#管道
14应力状态是一个圆,转动单元就是在圆上转
把一点的应力画成 σ-τ 平面的圆,两端=主应力,圆顶=最大剪切,θ 转=2θ
#地质断层#桥梁支座#隧道衬砌
15细长柱在压碎之前先弯
临界载荷 P_cr = π²EI/(KL)²,长细比 λ = KL/r,端部系数 K,屈曲是刚度与形状的极限
#建筑立柱#脚手架管#自行车辐条
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