应力、应变、位移、变形之间的关联介绍

 一般情况下，造成结构变形或者破坏是由作用在结构上的荷载导致的。在固体力学当中，这些力称为荷载或者外力。为了保证产品的安全性，必须要对这些荷载进行评估。工程师必须确定每一个荷载的大小和方向，这非常重要。荷载可以分为静力荷载和动力荷载，根据是这些荷载是否随着时间变化。不随时间变化的荷载称为静力荷载，如自重。一般地，静力学分析可以使用固体力学理论。

    随时间变化的荷载称为动力荷载，如冲击荷载，动力学分析需要使用动力学理论。

位移VS变形

结构受外力作用下，位置和形状会发生改变，这叫结构的力学行为。严格地讲，位移和变形是不同的

?结构空间位置的变化统称为位移

?位移不一定伴随着变形，典型的例子是刚体运动。

刚体运动指物体在空间的位置因平动和转动而发生改变，但是物体上任意两点之间的相对位置保持不变

?变形是指结构外部形状发生变化。发生变形后，物体上所有的点或者除某些点外的所有点都会发生移动，物体上任意两点之间的距离会发生改变。

应力

   结构受到外力作用时，其形状和位置会发生改变。同时，在物体内部会产生内力以抵抗这种变形。如下图所示，当一个物体在任意位置被分成两部分时，每一部分都处于静力平衡状态，每一部分的外力与内力相平衡。就整体而言，每个方向的力和力矩的和必为零。

?内力具有大小和方向，应力也是矢量。

?作用在面上的任意方向的力，都可以分解为与面平行的切向力和与面垂直的法向力。

?法向应力:与应力作用面垂直。

?切向应力:与应力作用面平行。

应变

?分为法向应变和切向应变。

?前一个表示物体在某一方向上的拉伸或者压缩的程度，后一个表示物体承受剪应力时的角变形量。

?三维圆杆沿轴向拉伸时，它的截面面积随长度的增加而减少。

?这里，圆杆在轴向的伸长量与圆杆原长的比值为法向应变。

?应变是无量纲的量。

剪应变为形成直角的两边的角变形量，角度用弧度表示

力和变形之间的关系

 在弹性区域内，当知道位移时，很容易计算变形和应变。再利用胡克定律，可

以计算得到应力。

脆性破坏

脆性破坏发生后，扩散速度很快，几乎没有明显的塑性变形，这会导致严重的后果。像玻璃或者陶瓷，他们都是脆性材料。很有必要对脆性材料的表面晶粒进行研究，大晶粒是它的特点。与小晶粒相比，大晶粒更容易导致脆性破坏。脆性破坏的特点是在破坏发生在特定的晶体平面上，这个平面称为断裂面。由于几乎没有塑性变形，断面非常的光泽。通过检查可以发现，形成的断面像"河流"一样。这种方式与断裂的*终发生相匹配，在分析断裂进展方面很有帮助 。