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      什么是應變?什么是應力?應變和應力的關系是什么?

      作者:南京潤息科技有限公司     發表時間:2021-03-12
      注:本文為潤息原創,僅代表個人觀點,如有異議或疑問,歡迎隨時聯系共同探討交流。

      什么是應變?什么是應力?對于非相關專業的朋友來說可能有疑問,網上搜到的答案有的過于專業看不太懂,沒關系,潤息今天以通俗的方式,結合應變計在工程上的應用來給大家闡述下我們對應力應變的理解。

      1.什么是應變?什么是微應變?應變的單位是什么?

      應變示意圖1.jpg

      首先,安全監測行業絕大部分是測量被測結構物的變形,過大的變形可能會引發事故。比如結構物開裂、下沉、與固定不動的參照物之間的位移等,這些都是肉眼可見的比較大的變形,用測縫計、靜力水準儀、位移計等能測出以毫米為單位的變形量。而被測結構物內部受壓或梁狀物外部因為彎曲產生的微小變形怎么去表示呢,答案就是應變。

      應變示意圖.jpg

      假設長度為L的結構物受力發生形變后的長度變為L',那么它的長度變化量ΔL=L'-L,而應變ε就是變化量ΔL與原長度L的比值,公式如下:

      ε = ΔL / L

      那么應變的單位是什么?從公式上可以看出,應變是一個比值,它是無量綱的,就是沒有單位。那么什么是微應變呢?由于ΔL很小,通常是微米級的,所以算出來的應變值很小,小數點后面很多位,不便于顯示與查看,故而引入科學記數法10-6,就叫微應變με,可以理解為微應變的單位就是10-6,我們的應變計測量范圍就是±1500個微應變,正表示拉伸,負表示壓縮。

      2.什么是應力?應變和應力的關系是什么?應變怎么計算應力?

      應變是被測結構物內部微小的變形,那么為什么會變形呢?因為它承受了外力,以橋墩為例,假如橋面上駛來一輛滿載的貨車,那么橋墩就會承受額外的壓力產生壓縮及壓應變,而橋墩內部會產生一個力去抵消外力克服形變,這個內部的力就是應力。應力的定義是單位面積上所承受的力,實際是就是壓強,單位是MPa。那么應變量跟承受的應力變化量有什么關系呢,請看計算公式:

      σ = ε·E

      式中 σ 表示應力,E 是被測物的彈性模量,彈性模量又稱楊氏模量,是描述材料彈性的物理量,可以把它看成材料抗變形的能力(剛性),從微觀上說,就是原子、分子之間的鍵合強度。發生同樣變形(應變值一樣)的兩種材料,抗變形能力越強(彈性模量大)的材料,所承受的應力越大。比如同樣大小的豆腐和鐵塊,若使它們的高度壓縮1mm,前者只需徒手輕輕一壓,后者則必須借助工具了。

      常見的工程材料都可以查表得出彈性模量,比如C30混凝土的彈性模量是30000MPa(1N/mm2=1MPa),碳鋼的彈性模量是206GPa。

      混凝土彈性模量對照表.jpg

      常用材料彈性模量及泊松比.jpg

      注:以上兩表分別摘自《混凝土結構設計規范》和《機械設計手冊》。

      綜上所述,在無法直接測量內部應力的情況下,可以測出應變再乘以材料的彈性模量算出應力。

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