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什么是应变?什么是应力?应变和应力的关系是什么?

作者:南京润息科技有限公司     发表时间:2021-03-12

什么是应变?什么是应力?对于非相关专业的朋友来说可能有疑问,网上搜到的答案有的过于专业看不太懂,没关系,润息今天以通俗的方式,结合应变计在工程上的应用来给大家阐述下我们对应力应变的理解。

1.什么是应变?什么是微应变?应变的单位是什么?

应变示意图1.jpg

首先,安全监测行业绝大部分是测量被测结构物的变形,过大的变形可能会引发事故。比如结构物开裂、下沉、与固定不动的参照物之间的位移等,这些都是肉眼可见的比较大的变形,用测缝计静力水准仪位移计等能测出以毫米为单位的变形量。而被测结构物内部受压或梁状物外部因为弯曲产生的微小变形怎么去表示呢,答案就是应变。

应变示意图.jpg

假设长度为L的结构物受力发生形变后的长度变为L',那么它的长度变化量ΔL=L'-L,而应变ε就是变化量ΔL与原长度L的比值,公式如下:

ε = ΔL / L

那么应变的单位是什么?从公式上可以看出,应变是一个比值,它是无量纲的,就是没有单位。那么什么是微应变呢?由于ΔL很小,通常是微米级的,所以算出来的应变值很小,小数点后面很多位,不便于显示与查看,故而引入科学记数法10-6,就叫微应变με,可以理解为微应变的单位就是10-6,我们的应变计测量范围就是±1500个微应变,正表示拉伸,负表示压缩。

2.什么是应力?应变和应力的关系是什么?应变怎么计算应力?

应变是被测结构物内部微小的变形,那么为什么会变形呢?因为它承受了外力,以桥墩为例,假如桥面上驶来一辆满载的货车,那么桥墩就会承受额外的压力产生压缩及压应变,而桥墩内部会产生一个力去抵消外力克服形变,这个内部的力就是应力。应力的定义是单位面积上所承受的力,实际是就是压强,单位是MPa。那么应变量跟承受的应力变化量有什么关系呢,请看计算公式:

σ = ε·E

式中 σ 表示应力,E 是被测物的弹性模量,弹性模量又称杨氏模量,是描述材料弹性的物理量,可以把它看成材料抗变形的能力(刚性),从微观上说,就是原子、分子之间的键合强度。发生同样变形(应变值一样)的两种材料,抗变形能力越强(弹性模量大)的材料,所承受的应力越大。比如同样大小的豆腐和铁块,若使它们的高度压缩1mm,前者只需徒手轻轻一压,后者则必须借助工具了。

常见的工程材料都可以查表得出弹性模量,比如C30混凝土的弹性模量是30000MPa(1N/mm2=1MPa),碳钢的弹性模量是206GPa。

混凝土弹性模量对照表.jpg

常用材料弹性模量及泊松比.jpg

注:以上两表分别摘自《混凝土结构设计规范》和《机械设计手册》。

综上所述,在无法直接测量内部应力的情况下,可以测出应变再乘以材料的弹性模量算出应力。

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