什么是应力?

应力,扭力的概念

应力是物体内部的力的表现形式,通常用于描述物体受力后的反应或变形情况。它是单位面积上作用的力,可以通过将力除以受力面积来计算。

应力可以分为三种类型:拉应力、压应力和剪应力。

1.拉应力

当一个物体被外部力拉伸时,在受力方向上产生的内部应力称为拉应力。拉应力使物体在受力方向上发生变长。

2. 压应力

当一个物体被外部力压缩时,在受力方向上产生的内部应力称为压应力。压应力使物体在受力方向上发生变短。

3. 剪应力

当一个物体受到共面两个相对方向的外部力时,在平行于力的平面上产生的内部应力称为剪应力。剪应力使物体在剪切平面上发生形变。

应力的大小可以通过施加的力以及受力面积来计算。一般来说,单位面积上的应力越大,物体受力越强烈。

应力是材料力学中重要的概念,对于研究材料的强度、变形性能以及结构的稳定性等方面具有重要意义。


扭力是指作用在物体上使其绕轴线旋转的力,也称为转矩。它是一个矢量量值,具有大小和方向。

当一个物体受到扭转或者转动时,外部施加的力会产生扭力。扭力的大小取决于施加力的大小和与轴线的距离,以及力的作用方向和旋转轴线的方向。

扭力可以通过扭矩公式来计算:

扭矩 = 力 × 距离 × sin(θ)

其中,力表示施加的力的大小,距离表示力作用点到旋转轴线的距离,θ表示力的作用角度与旋转轴线的夹角。

单位国际制中,扭力的单位是牛顿米(N·m)或者提诺(Nm)。

扭力在物理学和工程中有广泛应用,例如在机械传动系统中,扭力用于传递能量和控制旋转运动;在车辆的驱动系统中,引擎产生的扭力用于驱动车轮;在建筑结构中,扭力用于分析和设计梁柱的承载能力等。


应力和扭力的关系

应力和扭力是两个不同的概念,但它们之间存在某种联系。应力是描述物体内部受力状态的量,而扭力是作用于物体上使其绕轴线旋转的力。

在弹性材料力学中,当一个物体受到扭转时,会产生剪应力。剪应力是一种类型的应力,它描述了物体内部由于受到扭转而产生的剪切变形。

剪应力和扭力之间的关系可以用下面的公式表示:

扭力 = 剪应力 × 截面积 × 距离

其中,剪应力表示沿垂直平面上的单位面积上作用的力,截面积表示垂直于扭转轴的截面的面积,距离表示力的作用点到扭转轴的距离。

这个公式表明,在一个材料上施加的剪应力越大,截面积越大,距离越大,相应的扭力也会增加。

所以,扭力与剪应力之间存在一定的关系,但请注意,这仅仅适用于受到扭转的材料或物体。其他情况下的应力和扭力之间可能没有直接的关系。


应力和扭力的实际应用

1.结构设计与工程

在建筑结构设计中,需要考虑各种受力情况,如压应力、拉应力和剪应力,以确保结构的稳定性和安全性。扭力在桥梁、塔楼等结构中也是重要考虑因素,用于评估结构的承载能力和防止变形。

2. 机械工程

在机械设计和制造中,应力和扭力的分析对于确定零件的强度和耐久性非常重要。例如,在轴承、齿轮、传动系统等机械装置中,需要对扭矩和剪应力进行计算和控制,以确保它们可以承受预期的负荷和工作条件。

3. 材料科学与工艺

研究材料的应力和扭力特性有助于理解材料的强度、刚度和变形行为。这对于选择合适的材料、优化材料的加工工艺以及预测材料在特定条件下的性能非常重要。

4. 汽车工程

在汽车设计中,引擎的扭力输出是一个重要考虑因素。通过扭力的传递和转化,驱动轮可以提供足够的牵引力,实现车辆的加速和运动。

5. 电子设备

在电子设备和芯片封装中,应力分析用于评估材料的可靠性和热膨胀匹配。通过对应力的管理,可以减少裂纹和断裂的风险,提高设备的性能和寿命。


应力和扭力的例题

1. 一个长为2米,宽为0.5米,厚度为0.1米的矩形板材,受到垂直于板面方向的拉力为5000牛顿,计算该板材受到的拉应力。

答案:拉应力 = 拉力 / 截面积 = 5000 N / (2 m × 0.5 m) = 5000 Pa = 5 kPa

2. 一个圆柱体的直径为10厘米,长度为20厘米,承受着沿轴线方向的扭力为100牛顿·米,计算该圆柱体受到的剪应力。

答案:剪应力 = 扭力 / (截面积×距离) = 100 N·m / (π×(5 cm)^2×20 cm) ≈ 0.127 MPa

3. 一个轴承承受着径向力1500牛顿和切向力800牛顿,轴承的外径为20厘米,内径为12厘米,求轴承上的最大法向和剪应力。

答案:最大法向应力等于最大径向力除以柱体截面积,最大径向应力 = 1500 N / (π×((20 cm)^2 - (12 cm)^2)) ≈ 2.09 MPa

最大剪应力等于切向力除以柱体截面积,最大剪应力 = 800 N / (π×(20 cm)×(12 cm)) ≈ 0.34 MPa

这些例题展示了应力和扭力的计算方法,根据具体情况,你可以应用不同的公式来解决各种应力和扭力相关问题。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  推荐于2019-10-18

应力,扭力的概念分别如下:

1、应力,物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)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,并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。

2、扭力,指扭转物体使物体产生形变的力。是物体受到一个与物体转动方向的切向力作用时产生的力矩,常用扭力扳手来计量,单位是牛顿·米。

扩展资料:

1、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。

2、因为应力的存在,在受到外界作用后(如移印时接触到化学溶剂或者烤漆后端时高温烘烤),会诱使应力释放而在应力残留位置开裂。开裂主要集中在浇口处或过度填充处。

3、当三个正应力均不为零时,称该点处于三向应力状态。若只有两对面上的主应力不等于零,则称为二向应力状态或平面应力状态。若只有一对面上的主应力不为零,则称为单向应力状态。

4、应力边界条件即弹性体在外力作用下处于平衡状态的条件,是物体内部的各点的应力分量应满足平衡方程式,物体边界上各点也必须是平衡的。

参考资料:百度百科_扭力  百度百科_应力  百度百科_应力状态

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第2个回答  2021-06-06

应力是物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)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,并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。

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。

扭力是使材料产生扭转变形时所施加的力距,单位N·m。在测材料的扭转刚度或扭转模量等力学量时,在以扭转方式测材料动态力学性能时,都需对试样施加扭力。



正应力与剪应力:

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。

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。

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第3个回答  推荐于2017-11-29
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,定义单位面积上的这种反作用力为应力(Stress)。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。

使材料产生扭转变形时所施加的力,单位N·m。在测材料的扭转刚度或扭转模量等力学量时,在以扭转方式测材料动态力学性能时,都需对试样施加扭力。特别在动态力学的许多测量仪器上,因为比较容易实现自由振荡或强迫振荡的扭力施加形式,所以采用是比较广泛的。如扭摆分析仪、扭辫分析仪、旋转流变仪等对试样都是施加的扭力。

所谓“扭力”就是一个物体所受到轴向扭转力与反作用力,常用扭力扳手来计量,单位是牛顿·米。常见的受扭力作用的物体有,螺杆螺母副传动轴等等。

所谓的「扭力」在物理学上应称为「扭矩」,因为以讹传讹的结果,大家都说成「扭力」,也就从此流传下来,为导正视听。扭矩的观念从小学时候的「杠杆原理」就说明过了,定义是「垂直方向的力乘上与旋转中心的距离」,公制单位为牛顿-米(N-m),除以重力加速度 9.8m/sec2之后,单位可换算成国人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则 为磅-呎(lb-ft),在美国车的型录上较为常见,若要转换成公制,只要将lb-ft的数字除以7.22即可。本回答被网友采纳
第4个回答  2023-07-22
1、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,这种形变称为应变(Strain)。
2、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,定义单位面积上的这种反作用力为应力(Stress)。
3、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。
4、在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力(Stress)。
5、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。
6、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。
7、 使材料产生扭转变形时所施加的力,单位N·m。
8、在测材料的扭转刚度或扭转模量等力学量时,在以扭转方式测材料动态力学性能时,都需对试样施加扭力。
9、特别在动态力学的许多测量仪器上,因为比较容易实现自由振荡或强迫振荡的扭力施加形式,所以采用是比较广泛的。
10、如扭摆分析仪、扭辫分析仪、旋转流变仪等对试样都是施加的扭力。
11、所谓“扭力”就是一个物体所受到轴向扭转力与反作用力,常用扭力扳手来计量,单位是牛顿·米。
12、常见的受扭力作用的物体有,螺杆螺母副传动轴等等。
13、所谓的「扭力」在物理学上应称为「扭矩」,因为以讹传讹的结果,大家都说成「扭力」,也就从此流传下来,为导正视听。
14、扭矩的观念从小学时候的「杠杆原理」就说明过了,定义是「垂直方向的力乘上与旋转中心的距离」,公制单位为牛顿-米(N-m),除以重力加速度 9.8m/sec2之后,单位可换算成国人熟悉的公斤-米(kg-m)。
15、英制单位则 为磅-呎(lb-ft),在美国车的型录上较为常见,若要转换成公制,只要将lb-ft的数字除以7.22即可。
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