彈性理論基礎
2.應變:物理定義:彈性體受應力作用,產生的體積和形狀的變化稱為應變。 對於三維彈性體,用廣義虎克定律表示應力與應變之間的關係。 指物體受剪下應力作用,並發生形狀變化,應力與應變之比。
彈性介質的概念。
產生彈性形變的介質叫彈性介質。各向同性介質和各向異性介質
對彈性介質,如果沿不同方向測定的物理性質均相同,稱各向同性介質,否則是各向異性介質。均勻介質、層狀介質
若介質的彈性性質不僅與測定方向無關,而且與坐標位置無關,就稱為均勻介質; 非均勻介質中,介質的性質表現出成層性,稱這種介質為層狀介質;其中每一層是均勻介質;不同介質層的分界處稱界面(平面或曲面);兩個界面之間的間隔稱為該層的厚度。連續介質
將速度v是空間連續變化函式的介質定義為連續介質。連續介質是層狀介質的一種極限情況。即當層狀介質的層數無限增加,每層厚度無限減小,層狀介質就過渡為連續介質,如 v=v0 (1+bz)叫線性連續介質。單相介質和雙相介質
只考慮單一相態的介質稱單相介質,由兩種相態組成例如一種是固相一種是流相的,稱為雙相介質。彈性模量
應力與應變
1.應力:彈性體受力後產生的恢復原來形狀的內力稱內應力,簡稱為應力。 應力和外力相抗衡,阻止彈性體的形變。對於一個均勻各向同性的彈性圓柱體,設作用於s面上的法向應力為N,若力f在s面上均勻分布,則應力pn定義為 Pn=f/s ,若外力f非均勻分布,則可以取一小面元△S,作用於小面元上的力為△f,則應力定義為(lim(△f/△S))。因此應力的數學定義為:單位橫截面上所產生的內聚力稱為內力。 根據力的分解定理,可以將力分解成垂直於單元面積的應力—法向應力(正應力);相切於單元面積的應力—切向應力(剪下應力)。 2.應變:物理定義:彈性體受應力作用,產生的體積和形狀的變化稱為應變。只發生體積變化而形狀不變的應變稱正應變;反之,只發生形狀變化的應變稱切應變。數學定義:彈性理論中,將單位長度所產生的形變稱應變。 3.應力與應變的關係: 應力與應變成正比關係的物體叫完全彈性體,虎克定律表示了應力與應變之間的線性關係。對於一維彈性體,虎克定律為: F=kx; F: 外力; x: 形變; k: 彈性係數。對於三維彈性體,用廣義虎克定律表示應力與應變之間的關係。彈性模量
1.楊氏彈性模量(E) 表示膨脹或壓縮情況下應力與應變的關係,所以又叫壓縮模量。數學定義:物體受脹縮力時應力與應變之比。物理定義:楊氏彈性模量表示固體對所受作用力的阻力的度量。固體介質對拉伸力的阻力越大,則楊氏彈性模量大,物體越不易變形;反過來說,堅硬的不易變形的物體,楊氏彈性模量大。 2.泊松比(s) 在拉伸變形中,物體的伸長總是伴隨著垂直方向的收縮,所以把介質橫向應變與縱向應變之比稱泊松比,顯然泊松比是表示物體變形性質的一個參數,如果介質堅硬,,在同樣作用力下,橫向應變小,泊松比就小,可小到0.05 。而對於軟的未膠結的土或流體,泊松比可高達0.45 —0.5。 3.體變模量(K) 設一物體,受到靜水柱壓力p 的作用,產生體積形變, △v/v, 其中v是物體的原體積, △v 是體積變化量。但形狀未發生變化。則在這種情況下的應力與應變的比稱為體變模量。體變模量表示物體的抗壓性質,有時也稱為抗壓縮係數,其倒數稱為壓縮係數。 4.剪下模量(m) 指物體受剪下應力作用,並發生形狀變化,應力與應變之比。m是阻止剪下應變的度量。液體的m=0,沒有抗剪下能力。 5. 拉梅常數(l) 橫向拉應力與縱向應變之比。 以上五個彈性常數E, k ,s, m ,l,中的任一個,均可用其餘兩個常數表示。