用身邊的例子講材料力學(xué)

應(yīng)力數(shù)值的主要特點(diǎn)就是它們可以不用改變力而發(fā)生變化盈简。設(shè)計(jì)過(guò)程中可以說(shuō)明荷載路徑的某部分可能存在過(guò)大的應(yīng)力艰额。如果這種情況發(fā)生陶因,那么便可以便捷地通過(guò)改變幾何形狀而使結(jié)構(gòu)局部發(fā)生變化堰汉,以使得應(yīng)力減小到所允許的最大應(yīng)力以下杭措。

這樣的觀(guān)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在日常生活中费什,人們有目的性地增大或減小應(yīng)力。例如手素,人的體重是不變的鸳址,但人腳下的應(yīng)力會(huì)根據(jù)所穿鞋子與地面接觸的面積而發(fā)生改變。這種變化的作用有好有壞泉懦。下圖為三種類(lèi)型的鞋子稿黍,普通鞋、高跟鞋和雪地鞋崩哩。

(a) 正常應(yīng)力巡球;(b)?高應(yīng)力;(c)?低應(yīng)力

普通鞋提供了抵抗正常應(yīng)力的表面積邓嘹;高跟鞋由于提供非常小的面積來(lái)承受同樣的重量酣栈,鞋子下面會(huì)形成高應(yīng)力,尤其是腳跟下面汹押;對(duì)于非常細(xì)跟(細(xì)高跟)鞋钉嘹,其應(yīng)力可以高到足以對(duì)某些普通地板造成永久性損傷,對(duì)于必須保持低應(yīng)力狀態(tài)的地方鲸阻,例如在雪地上行走跋涣,必須增加腳下的面積。這也就是為什么雪地鞋阻止人陷入雪中的原因鸟悴。

所謂“舒適”的鞋陈辱、床和椅等則意味著將人體的應(yīng)力定位在“舒適”的范圍內(nèi)。擁有較大座位面積的高背軟椅比擁有較小座位面積的硬板凳更舒服细诸。

低應(yīng)力(左)沛贪;高應(yīng)力(右)

通過(guò)幾何方法人為改變應(yīng)力大小的思路也廣泛用于人類(lèi)使用的多種物件中。例如圖釘上的大頭蓋使拇指產(chǎn)生舒服的應(yīng)力,而在針尖下面形成足夠高的應(yīng)力從而使得物體表面被破壞利赋,圖釘被按進(jìn)去水评。

一個(gè)尤其重要的思想就是,從平衡的角度來(lái)說(shuō)媚送,施加在針蓋頂部的力必須等于針尖上的力中燥,但應(yīng)力在變化。通過(guò)改變(圖釘?shù)模缀涡螤顏?lái)改變應(yīng)力塘偎。手柄疗涉、尖端、楔體和寬肩帶都是人們熟悉的有意增加或減少應(yīng)力的工具吟秩。

讓我們回到工程結(jié)構(gòu)上咱扣,任務(wù)就是提供一種沿著到處都有“舒適”應(yīng)力的荷載路徑承受規(guī)定荷載的結(jié)構(gòu)。取決于使用的材料涵防,舒適應(yīng)力的大小將發(fā)生改變闹伪。例如,由于鋼的強(qiáng)度大于木料壮池,鋼所允許的(舒適)應(yīng)力比木料高偏瓤。因此,時(shí)郴鹬希可見(jiàn)木結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)在承載相同荷載時(shí)有更大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件硼补。

由于通過(guò)推測(cè)或測(cè)試整個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)得到滿(mǎn)意的結(jié)構(gòu)通常是不太現(xiàn)實(shí)的,現(xiàn)代的處理方法是計(jì)算每條荷載路徑上的應(yīng)力大小熏矿,并確保所有應(yīng)力都在允許范圍之內(nèi)已骇。要使這種方法成為可行性的計(jì)劃而不是研究項(xiàng)目,就不得不做出許多簡(jiǎn)化假設(shè)票编。這些假設(shè)通常被稱(chēng)為工程師的理論褪储,在應(yīng)力計(jì)算中得以使用。其中一些假設(shè)考慮了結(jié)構(gòu)制造時(shí)所用材料的性質(zhì)慧域。

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