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鎖定軌溫與應(yīng)力分析,應(yīng)力集中

云知道鎖定

什么是應(yīng)力集中 ， 為什么會(huì)有這個(gè)現(xiàn)象 ， 這個(gè)概念適用范圍有多廣？

鎖定軌溫與應(yīng)力分析,應(yīng)力集中


謝邀 。十一假期 ， 不方便寫(xiě)作 ， 所以現(xiàn)在才來(lái) 。宏觀物體的應(yīng)力集中是由于幾何、材料、載荷不連續(xù)引起的 。但是 ， 對(duì)于DNA這種微觀領(lǐng)域內(nèi)的物質(zhì) ， 其本身的組成就不是一個(gè)連續(xù)體 ， 所以無(wú)法簡(jiǎn)單的用應(yīng)力集中來(lái)描述 。實(shí)際上微觀領(lǐng)域根本不存在應(yīng)力的概念 ， 也就無(wú)所謂應(yīng)力集中了 。下面 ， 我就從最基礎(chǔ)的應(yīng)力集中概念開(kāi)始 ， 有了這些基礎(chǔ)才方便深入到DNA這種微觀領(lǐng)域 。
1、應(yīng)力集中可能很多人都不知道什么叫應(yīng)力集中 ， 這是一個(gè)稍微專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)的力學(xué)名詞 。在機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)大二的材料力學(xué)中有一點(diǎn)點(diǎn)介紹 ， 但是普通的機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè) ， 應(yīng)力集中不是重點(diǎn) ， 授課的時(shí)候也是一帶而過(guò) 。真正較為詳細(xì)介紹應(yīng)力集中概念的是在彈性力學(xué)中 ， 不過(guò)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)很少會(huì)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)彈性力學(xué) 。于是 ， 絕大部分機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人 ， 對(duì)應(yīng)力集中了解不夠 ， 更不用說(shuō)其他專(zhuān)業(yè)的了 。
上圖是彈性力學(xué)中用來(lái)介紹應(yīng)力集中的示例 。一個(gè)較大的平面（二維問(wèn)題） ， 內(nèi)含一個(gè)較小的圓孔 ， 遠(yuǎn)處有水平方向的均勻拉應(yīng)力 。這種狀態(tài)下 ， 圓孔孔周 ， 特別是上下兩點(diǎn)的應(yīng)力會(huì)非常大 ， 是遠(yuǎn)處的3倍；而左右兩點(diǎn)的應(yīng)力則是受壓 ， 為-q 。像這種由于孔洞的存在 ， 造成應(yīng)力分布不均勻 ， 應(yīng)力聚集到了一起 ， 在局部應(yīng)力增大的現(xiàn)象 ， 就是應(yīng)力集中 。
上圖的力流動(dòng)如下 ， 孔周由于空間狹小 ， 變得更加密集 。2、應(yīng)力集中現(xiàn)象的原因應(yīng)力集中的原因在于物體的不連續(xù)性：不僅僅是幾何形狀的不連續(xù) ， 也包含材料屬性的不連續(xù)和外加載荷的不連續(xù) 。實(shí)際上 ， 這里暗含了彈性力學(xué)的兩個(gè)基本假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)和均質(zhì)假設(shè) 。幾何不連續(xù)指的是物體不是一個(gè)完整的整體 ， 內(nèi)含一些孔洞 ， 就像上面那個(gè)例子一樣 ， 孔周的局部位置 ， 應(yīng)力會(huì)遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)處的載荷 。
但是 ， 實(shí)際上 ， 應(yīng)力集中的幾何不連續(xù)遠(yuǎn)不僅限于此 。如下圖右邊 ， 臺(tái)階狀的一個(gè)物體 ， 遠(yuǎn)處受拉 ， 在臺(tái)階附近的應(yīng)力也會(huì)明顯超過(guò)遠(yuǎn)處的應(yīng)力 。所以 ， 這里的幾何不連續(xù) ， 指的就是幾何邊界的線型變化 ， 比如直線轉(zhuǎn)弧線 。盡管是光滑的連接（切線方向重合） ， 但是在線型變化的連接處依然產(chǎn)生應(yīng)力集中 。材料不連續(xù)指的是物體不同的位置材料屬性是不一樣的 ， 即材料不是均質(zhì)的材料 。
舉個(gè)例子 ， 我們給手機(jī)貼膜 。手機(jī)屏幕和手機(jī)膜是兩種不同的材料 ， 在同樣的載荷下 ， 兩者的響應(yīng)完全不一樣 ， 從而容易脫粘分開(kāi) ， 形成裂縫 ， 出現(xiàn)幾何不連續(xù) ， 導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn) 。下圖中 ， 兩種不同材料的界面處 ， 出現(xiàn)了微小的裂縫 。如果粘接面接觸良好 ， 那么兩者的變形響應(yīng)必須協(xié)調(diào) ， 于是就會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)應(yīng)力不相同 ， 存在著突變 ， 而且一側(cè)的應(yīng)力較大 ， 也遠(yuǎn)大于同側(cè)的遠(yuǎn)處應(yīng)力 ， 這也是應(yīng)力的集中 。
載荷不連續(xù)指的是物體在同一位置兩側(cè)的載荷存在突變 。實(shí)際上 ， 集中力就是一種不連續(xù)的載荷 。在集中力的作用點(diǎn)上 ， 存在著力 ， 但是就在隔壁的附近卻沒(méi)有力 。這種載荷的突變 ， 就是不連續(xù) 。在集中力作用點(diǎn)處 ， 由于受力面積接近為零 ， 其應(yīng)力狀態(tài)理論上是無(wú)窮大 ， 而附近的應(yīng)力為零 ， 這也是應(yīng)力的集中 。實(shí)際工程中 ， 真正的集中力是不存在的 ， 所以我沒(méi)找到對(duì)應(yīng)的圖 。

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