弹性变形

更新时间:2023-09-02 17:05

弹性变形是材料在外力作用下产生变形,当外力去除后变形完全消失的现象。弹性变形分为线弹性、非线弹性和滞弹性三种。线弹性变形服从胡克定律,且应变随应力瞬时单值变化。非线弹性变形不服从胡克定律,但仍具有瞬时单值性。滞弹性变形也符合胡克定律,但并不发生在加载瞬时,而要经过一 段时间后才能达到胡克定律所对应的稳定值。

基本概述

物体受外力作用时,就会产生变形,如果将外力去除后,物体能够完全恢复它原来的形状和尺寸,这种变形称为弹性变形。

胡克定律

金属中的弹性变形是以改变原子间的距离来实现的。外力与弹性变形之间的关系是用胡克定律来描述的。胡克定律可叙述为:物体受外力作用而产生变形时,在弹性限度以内,变形与外力的大小成正比。

在单向拉伸的简单条件下,真实正应力σi与真应变ε的这个关系可写为:

σi=Cε (1)

比例常数C称为弹性模量,它反映了金属材料抵抗弹性形变的能力。 相似的关系,在单向切变的简单条 件下也成立,即

τ=C′γ (2)

式中τ——切应力;γ——切应变; C′——切变弹性模量。当采用工程应力与应变时,类似公式(1)和(2) 的关系仍然成立,但比例常数稍有变化,习惯上分别用E和G来表示,E也称为杨氏模量,E和G的关系为:

G=E[2(1+ν)] (3)

其中ν称为波松比,表示纵向形变 与横向形变间之比值关系。一般来说,弹性形变都比较小,特别是对刚性较大的金属材料来说,更是如此。在这种情况下,工程应力及应变与真实应力及应变的区别很小,E、G 分别与C、C′就等同起来。

三向应变与体积压缩系数

在三向拉伸或三向压缩的条件 下,物体除了形状变化外,还要发生体积的变化。例如对各向同性体来说,若受到三向压应力P,则任一主 方向上的应变e为:

而体积的相对变化△V/V为△V/V =3e=3P(2v—1)/E,这样便得到 了压力P与体积应变的关系为:

其中E/3(1—2v)称体弹性模量,可用K来表示,K的倒数β=1/K,称体积压缩系数。

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