飞行应力

 飞行应力

 

 

 

[摘要] 应力定义为单位面积上所承受的力。应力分为外应力和内应力。

 

[关键字] 应力；外应力；内应力。

 

　　应力的定义

　　应力定义为“单位面积上所承受的力”。公式记为
　　

 

              

 

 

其中，σ表示应力；ΔFj 表示在j 方向的施力；ΔAi 表示在i 方向的受力面积。

 

　　因为面积与力都是矢量，如果受力面积与施力同方向则称剪应力，如图1所示的σx 与σy；如果受力面积与施力方向互相正交则称正应力(shear stress)，如图1所示的τxy 与τyx。

　　内应力指组成单一构造的不同材质之间，因材质差异而导致变形方式的不同，继而产生的各种应力。

　　当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力．把分布内力在一点的集度称为应力（Stress），应力与微面积的乘积即微正向应力与剪应力内力．或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress）。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ 和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。

 

应力的分类

　　正向应力与剪应力

 

 

　 

 

      同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。

 
　　有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。

　　物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。

 

 

线应变

　　在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，用ε表示。一点在x、y、z方向的线应变分别为εx、εx、εy、εz。线应变以伸长为正，缩短为负。

 

 

切应变

　　单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用γ表示。一点在x-y方向、y-z方向z-x方向的切应变，分加别为γxy、γyz、γzx。切应变以直角减少为正，反之为负。

 

 

一点的应变状态

　　一点的应变分量εx、εy、εz、γxy、γyz、γzx已知时，在该点处任意方向的线应变，以及通过该点任意两线段间的直角改变量，都可根据应变分量的坐标变换公式求出。该点的应变状态也就确定。

 
　　表示一点应变状态的个应变分量εx、εy、εz、γxy、γyx、γyzγzy、γzx、γxz组成的应变张量，即式中 右边的张量中的切应变用εxy、εxz、---表示，适用于使用张量的附标标号的表示法；左边张量中的切应变用γxy、γxz、---表示，是工程习惯表示法。二者概念相同，大小相差一倍。应变张量也是二阶对称量，其中切应变分量εxy=εyx.

 

 

测量工具

　　应力仪是来测定透明物体由于内应力而产生的双折射现象的仪器。这种双折射（应力）的来源，是由于均匀的冷却或外界机械作用等原因引起的。

 

 

 

微观和宏观内应力

 

       应力强调的是物体内部的受力状况；一般物体在受到外力作用下，其内部就会产生抵抗外力的应力；物体在不受外力作用的情况下，内部固有的应力叫内应力，它是由于物体内部各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。按照内应力作用的范围，可将它分为三类：（一）第一类内应力（宏观内应力），即由于材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的内应力；（二）第二类内应力（微观内应力），即物体的各晶粒或亚晶粒（自然界中，绝大多数固体物质都是晶体）之间不均匀的变形而产生的晶粒或亚晶粒间的内应力；（三）第三类内应力（晶格畸变应力），即由于晶格畸变，使晶体中一部分原子偏离其平衡位置而造成的内应力，它是变形物体（被破坏物体）中最主要的内应力。

满应力

 

        在外力作用下物体内部产生分布内力，物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。

 

 

 

 

 

参考资料

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

《飞行动力学》；
《理论力学》；
《流体力学》。