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變形固體的基本假設

生活 更新时间:2025-02-11 20:32:16

材料力學的研究對象是可變形的固體直杆件,而工程力學中的研究對象為剛體,剛體模型使用的概念、原理、方法,在研究變體模型的内部效應(變形)時,不再适用于材料力學中。比如:力的可傳遞性原理,這個原理隻适合剛體,在材料力學中,作用在構件上的力是不能沿着作用線随意傳遞的。

材料力學研究固體時,都有哪幾種假設呢?

第一種,連續性假設

材料力學認為物體密實地充滿其所在空間,毫無空隙。

變形固體的基本假設(工程力學中變形固體的基本假設)1

普通鋼鐵的顯微組織

從圖中可以看出,材料内部總是存在空隙,但是空隙尺寸與整個構件的尺寸相比很小,宏觀上可以認為物質是連續的。這樣在分析問題的時候,就可以引用無窮小概念,在計算的時候,可以為引用微積分概念。

第二種,均勻性假設

從物體内任意取出的體積單元,其力學性能都能代表整個物體的力學性能。

變形固體的基本假設(工程力學中變形固體的基本假設)2

45号鋼的顯微組織

金屬是由晶粒組成的,每個晶粒的力學性能都不一樣,但是從宏觀的角度去看,整個材料是由許許多多的晶粒組成,晶粒的排列是無序的,可以認為内部的組成和力學性能基本上是均勻的。

如果從晶粒的尺寸研究問題,均勻性假設就不再成立。

第三種,各向同性假設

組成物體的材料沿各個方向的力學性質完全相同。

材料可以分為兩類,一類是各向同性材料:沿各方向的力學性質完全相同,與之對應的就是各向異性材料:沿各個方向的力學性質不相同。

傳統的金屬材料都是各向同性材料,而在工程中常用的纖維增強複合型材料就是典型的各項異性材料,材料沿着纖維方向和垂直于纖維方向的力是不一樣的,還有的就是木材,沿着木紋方向和垂直于木紋方向上的力是不一樣的。

變形固體的基本假設(工程力學中變形固體的基本假設)3

木紋軸向與徑向的走勢并不一樣

第四種,小變形假設

材料力學所研究的構件在載荷作用下的變形與構件的原始尺寸相比很小。因此,對構件進行受力分析時,可忽略其變形。

變形固體的基本假設(工程力學中變形固體的基本假設)4

簡支梁受力後的狀态

以上述簡支梁為例,在垂直于軸向的橫向載荷作用下,軸線會發生變形,由直線變成曲線。右側的活動鉸支座一定會有一個向左側的微小位移,但是這個位移量是非常小的,我們經常把它忽略不計,因此在求B處支座反力的時候,就可以在原來的尺寸上,利用平衡方程把它計算出來。

綜上,材料力學中變形固體常見的基本假設共有四種,在應用中應根據實際情況進行分析、計算,以獲得真實可靠的理論數據。

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