的压缩或压缩应力是每所得单位面积的力在推动,挤压或压缩的对象,趋向于缩短它。数学上是:
这里的E表示作用力,F表示力的大小,A表示作用力的大小,SI国际系统中的单位为牛顿/ m 2或帕斯卡(Pa)。压应力是法向应力,因为产生它的力垂直于施加力的区域。
图1.雅典卫城的柱子受到压缩。资料来源:
这样的努力可以压缩对象,或者相反地,在施加时可以拉伸和拉伸它。在压应力的情况下,力沿相反的方向施加,以发挥挤压和缩短物体的作用。
一旦力停止,许多材料将恢复其原始尺寸。该特性被称为弹性。但是,在这种情况下,承受应力的材料所遭受的弹性单位变形为:
尽管应变是无单位的,但是应变可以是线性的,表面的或体积的。但是,它提供的信息非常重要,因为将10 m长的钢筋变形1厘米与将1 m长的钢筋变形1厘米并不相同。
在弹性材料中,变形和应力成比例,满足胡克定律:
图2.压缩应力减少了物体的长度。资料来源:维基共享资源。Adre-es。
¿ 如何计算压缩率?
压应力使材料的颗粒越来越近,从而减小了其尺寸。根据努力的方向,在某些方面可能会有所缩短或减小。
让我们从假设原始长度为L的细棒开始,并对其施加大小为E的法向应力。如果应力是压缩应力,则钢筋的长度会减小,用δ表示。如果张力过大,杆会拉长。
自然地,制造元件的材料在承受压力方面具有决定性作用。
材料的这些弹性特性包含在上述比例常数中。它称为弹性模量或杨氏模量,并表示为Y。每种材料都具有弹性模量,该弹性模量是通过实验室测试实验确定的。
考虑到这一点,努力E以如下数学形式表示:
最后,为了将此条件建立为方程式,需要一个比例常数来替换比例符号∝并将其替换为等式,如下所示:
商(δ/ L)是应变,记为ε,其中δ=最终长度-初始长度。这样,努力E为:
由于应变是无量纲的,因此Y的单位与E的单位相同:SI系统中的N / m 2或Pa,British系统中的磅/英寸2或psi,以及力和面积的其他组合。如kg / cm 2。
不同材料的弹性模量
Y值是在受控条件下在实验室中通过实验确定的。接下来,广泛用于建筑材料以及骨骼的弹性模量:
表格1
材料 | 弹性模量Y(Pa)x 10 9 |
---|---|
钢 | 200 |
铁 | 100 |
黄铜 | 100 |
青铜 | 90 |
铝 | 70 |
大理石 | 五十 |
花岗岩 | 四五 |
具体 | 二十 |
骨 | 十五 |
松林 | 10 |
例子
压应力作用在各种结构上。它们会受到各种作用力的作用,例如构成它们的每种元素的重量,以及来自外部因素的作用力:风,雪,其他结构等等。
通常将大多数结构设计为承受各种应力而不会变形。因此,必须考虑压缩应力,以防止零件或物体变形。
骨骼的骨骼也是承受各种应力的结构。尽管骨骼具有抵抗力,但偶然超过弹性极限时,会产生裂缝和断裂。
柱子和支柱
建筑物的柱子和支柱必须抗压,否则会弯曲。这称为横向弯曲或屈曲。
列(参见图1)是长度比其横截面面积大得多的元素。
圆柱元素是长度等于或大于横截面直径十倍的圆柱。但是,如果横截面不是恒定的,则将采用较小的直径以将元素分类为圆柱。
椅子和长椅
当人们坐在椅子和长凳之类的家具上或在其顶部添加物体时,腿部将承受压缩应力,从而趋向于降低其高度。
图3.坐下时,人们在椅子上施加压力,这会缩短椅子的高度。资料来源:
通常,家具经制造后可以很好地承受重量,一旦卸下,便会恢复其自然状态。但是,如果将重物放在易碎的椅子或长凳上,腿会被压缩和折断。
练习题
-练习1
有一个杆,其原始尺寸为12 m,对其施加压缩应力,以使其单位变形为-0.0004。杆的新长度是多少?
解
从上面给出的方程式开始:
ε=(δ/ L)=-0.0004
如果L ˚F是最终长度和L 或初始长度,由于δ= L ˚F L - Ö我们有:
因此:L f -L o = -0.0004 x 12 m = -0.0048 m。最后:
-练习2
圆柱形的实心钢筋长6 m,直径8 cm。如果钢筋受到90,000 kg的负载压缩,请找到:
a)压应力的大小,单位为兆帕(MPa)
b)钢筋的长度减少了多少?
解决方案
首先,我们找到钢筋横截面的面积A,这取决于其直径D,得出:
接下来,使用F = mg = 90,000 kg x 9.8 m / s 2 = 882,000 N 来找到力。
最后,平均工作量是这样计算的:
解决方案b
现在使用应力方程式,知道该材料具有弹性响应:
钢的杨氏模量见表1:
参考文献
- 啤酒,F。2010。材料力学。5号 版。麦格劳·希尔。
- Giancoli,D.,2006年。《物理:应用原理》。6 日版Prentice Hall出版。
- Hibbeler,RC2006。材料力学。6号 版。培生教育。
- Tippens,P。2011。《物理:概念与应用》。第7版。麦格劳山
- 维基百科。应力(力学)。从以下站点恢复:Wikipedia.org。