一文搞懂什么是应力、正应力、切应力、主应力和等效应力
2025-06-17 13:53:03, small horse
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应力相关术语定义与物理意义汇总1. 应力（Stress）定义：物体在外力作用下，内部单位面积上产生的内力，反映材料抵抗破坏或变形的能力。 如图，单位面积A上的内力合力为 P，则该处的应力就是P/A。物理意义：描述材料内部力的分布状态，是判断材料是否发生破坏或变形的核心指标。通过应力状态（一点处所有截面的应力集合）全面表征受力情况。单位：国际单位为帕斯卡（Pa），工程中常用兆帕（MPa），1 MPa = 1 N/mm²。2. 正应力（Normal Stress, ）定义：垂直于截面的应力分量，方向与截面法向一致，如图中的Pn。物理意义：拉应力（正）：导致材料伸长或体积膨胀（如金属棒受拉）。压应力（负）：导致材料缩短或体积收缩（如柱子受压）。主要引起材料的体积变化或断裂（脆性材料）。符号约定：拉为正，压为负。3. 切应力（Shear Stress, ）定义：平行于截面的应力分量，方向沿截面切线方向，如图中的Ps。物理意义：导致材料发生剪切滑移或形状畸变（如剪刀剪切纸张、轴类零件受扭）。与材料的塑性变形（如金属延展）密切相关。方向判定：遵循右手法则，或通过截面相对运动方向确定。4. 主应力（Principal Stress）定义：材料内部某点处三个互相垂直的主平面上的正应力（无切应力），按代数值排序为 。：最大主应力（最大拉/压方向）。：中间主应力（次主方向）。：最小主应力（最小拉/压方向）。物理意义：表征材料内部极端应力状态，是判断屈服（塑性变形）或断裂（脆性破坏）的直接依据。主方向相互垂直，反映材料受力最危险的方向。5. 等效应力（Equivalent Stress, Von Mises Stress）定义：将复杂多轴应力状态等效为单轴拉伸应力的标量值，基于畸变能密度理论（第四强度理论）。计算公式：物理意义：综合反映偏应力张量（形状畸变）对材料屈服的影响，忽略静水压力（体积变化）的作用。用于延性材料（如金属）的强度评估，判断是否达到屈服条件。特性：与坐标轴无关，仅取决于主应力差值。主应力全反号时数值不变，适用于拉压对称性材料。关键概念对比术语作用方向物理效应典型应用场景正应力垂直截面（法向）体积变化、断裂拉压杆件、受压结构切应力平行截面（切向）形状畸变、塑性变形剪切连接、扭转轴主应力正交无切应力方向极端应力状态、失效判据复杂载荷下的强度分析等效应力等效单轴应力综合多轴屈服判据延性材料结构的CAE仿真分析总结应力是力学分析的基础，通过分解为正应力和切应力描述材料受力方向与效应。主应力揭示材料内部最危险的应力状态，直接关联失效机制。等效应力将复杂应力简化为等效单轴值，为工程强度设计提供统一判据。这些概念的结合，支撑了从微观材料行为到宏观结构安全的全面评估体系。