什么是切应力互等定律(切应力互等定律及应力状态归类)

切应力互等定律及应力状态归类

首先我们要来介绍一个工程力学里的定律称为 :切应力互等定律。

如下图1预制构件里取随意一点(一个单元体)最一般状态中的应力状态。因为这单元体是均衡状态,因此作用在这样一个单元体里的力和力矩达到静力学平衡方程,其中的一个方程式便是全部的内力对z轴取矩的和为0;即:

单元体是一个细微的六面体。因为这六面体每个锐角全是接近于0的,我们能觉得这个六面体的六个面每个表层的应力是匀称分布的,是相同的。

就像我们如今科学研究x面(法向为x轴面),这一表层的切应力Tor xy相对应的面内力的合力大概是多少?我们可以从应力的概念逆推,知道么,此内力能通过切应力Tor xy乘于这一截面的总面积来算出。

我们一起来深入分析,发觉,和z轴平行面和所有过z轴的应力对应的内力在这样一个表层的合力对Z轴扭矩都相当于0,我们不难发现仅有Tor xy和Tor yx 针对Z轴有扭距的功效。如下所示算式:

大家表述下列这一算式,第一项便是力乘于力臂:

即切应力相对应的面内力的合力(用Tor xy乘于相对应的截面积获得)乘为此合力的功效线到Z轴间距dx/2,前面乘于2的原因在于在与x面正相反的方向的负方向中切应力Tor xy与其Tor xy尺寸相同相反的方向。

依据右手定则得知,此应力相对应的内力的合力针对对应的扭矩目标和前面一种同样,同大于零,且此合力大小及其力臂长度均不会改变,因此乘于2;

第二项就是这样的Tor yx,依据左手定律我们不难发现,此应力相对应的内力的合力针对Z轴所产生的扭矩和第一项里的 Tor xy造成是指相反的方向的。

因此第二项前标记小于零,同样,因为在y轴负方位还有另一个y表层的应力Tor yx 与其Tor yx 尺寸相同,相反的方向,且针对z轴的功效实际效果同样。则前边一样乘于2。

我们对1式,解方程可以获得:

一样的道理,依据针对y轴和x轴取矩总和扭矩为0;大家也会得到:

到此,我们便获得了切应力互等定律。用文字说明就是:在受压预制构件内过一点彼此竖直的两大微表面,垂直在两微当面交易线切应力尺寸相同,方位相向而行或相向。

这一规律性称之为切应力互等定律。有的时候会这样说:过预制构件上一点相互之间正交的2个微表层的切应力成双发生。

下面我们来分析下应力的状态:

第一种,最繁杂最一般的状态为:三向应力状态,如下图所示2。

拥有上边的切应力互等定律,我们都知道这6个份量是两组相同的,则上一篇文章提到的单元体应力的九个份量中单独的就只有6个。这类应力状态是空间中三维问题。

第二种:二向应力状态,这一是一个平面二维问题。如下图所示3。

第三种:单边应力状态,这是一个直线里的一维问题,如下图4。

第四种:纯切应力状态,是属于二向应力状态中的难题,但没正应力,仅有切应力,如下图5。

工程力学中全部的应力状态跳不出来这4种。针对现实问题我们应该具体情况具体分析,总可以在这四种应力状态中寻找实体模型。