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《构造地质学》听课笔记:08

一、主要内容 Strain Stress basic concepts

内力和应力, 应力分量,应力状态,平面应力状态分析 平面应力莫尔圈。

一、基本要求 

1.            明确内力和应力的概念

2.            掌握应力的分解,合成和符号

3.            掌握一点的应力分量

4.            学会用公式求平面主应力状态下,任一截面上的应力以及最大、最小扭应力截面的位置。

5.            了解平面纯扭应力和平面一般应力状态下的应力公式

6.            掌握平面应力莫尔圈的应用。

一、内力和应力

内力是同一物体之间的相互作用力。在未受外力作用时,物体内部各质点相互之间的引力和斥力达到平衡时的力,使物体保持一定的形状,这种力称为固有内力。

当物体受到一定外力作用时,其内力的改变量称为附加内力。其作用是为了阻止物体继续为数不多作用力图恢复原来的形状。当物体的附加内力超过一不限度时,就会发生形变以致破裂。

为了讨论方便,规定物体不受外力作用时,其内力等于零;物体受外力作用时,其附加内力简称内力。内力和外力都是向量,对受力物体来说,他们大小相等,方向相反,且作用在同一条作用线上。

应力:是为表示内力的强度而引入的概念,通常把单位面积上的内力称为应力。应力在平面上是向量。当应力方向倾斜于它的作用面时,总应力可以分解为两个分应力,与作用面垂直的分应力称为正应力,与作用面平行的分应力称为扭应力。如果一个截面上只有正应力而无扭应力作用,则截面称为主平面,该正应力称为主应力。当应力的方向是向着作用面的称为压应力,用正值表示。当正应力的方向是离开作用面的称为张应力,用负值表示。

扭应力的方向是与作用面平行的,以使物体有顺时针转动趋势者为负,有逆时针转动趋势者为正。应该注意应力符号规则与向量规则不同,应力的正负号与其截面外法线方向有关,而向量的正负号却以坐标轴方向为准。

二、应力分量

为了研究一点的应力,常在该点附近取出一个趋近于零的微小正六面体代表该点。取直角坐标系并使六面体的三个边与坐标轴重合,而且每个面上都有斜交的应力,并将每个面上的应力分解为一个正应力和两个扭应力。这样六个面上菜有18个应力分量。由于处于平衡状态,要满足沿三个坐标方向不移动,就必须满足作用在此三个方向上的合力分别为零。实际 上18个应力分量所代表的18个分力都分别是成对出现的作用力有反作用力,故18个应力分量只剩下9个应力分量。要满足对三个坐标轴不移动,就必须分别满足对三个轴的力矩之和为零。据扭应力互等定律,在两个相互垂直的截面上扭应力成对出现,且数值相等符号相反。最后只剩下6个独立的应力分量。若六个独立的应力分量已知,就可求出该点的任一截面上的应力。故将这六个独立的应力分量称为一点的应力分量。 

三应力状态

物体受力后,内部各个截面上将产生有规律分布的应力,物体所处的这种力学状态即所谓应力状态。

受力物体内一点的应力情况可以用6个独立的应力分量来表示,也可以用三个主应力来表示。

两个主应力为零的应力状态称为单向应力状态。一个主应力为零的应力状态称为平面应力状态。三个主应力都不为零的应力状态称为空间应力状态。

1.      平行四边行法和三角法力的合成和分解

 

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