itslabtime.com

機器 · 機械 · 結構與材料

應力、應變與彈性極限

應力是力除以截面積,應變是伸長量相對於原長的比值。比較材料時,須與力–長度圖區分。

相關實驗:拉伸試驗與應力應變 →
拉伸試驗與應力應變
拉伸試驗與應力應變實驗場景 →

意義與機制

相同的力作用下,截面積越小,應力越大。伸長量相同時,原長越長,相對應變越小。

線上性彈性區域,當載荷移除時,傾向於恢復到原始長度。然而,在屈服點之後,會發生永久變形;如果變形足夠大,則可能導致斷裂。

關係與條件

所給的應力 σ=F/A₀ 和應變 ε=ΔL/L₀ 線上性段中,滿足 σ=Eε。 在這一點,斜率 E 代表楊氏係數。

在較大的變形中,實際截面和長度會發生變化,導致真實應力和屈服強度之間出現差異。這會影響試件的形狀和變形速率,以及從材料模型獲得的成果。

觀察實驗中需要注意的事物

彈性應力-應變斜率等於楊氏係數。

分段工程應力採用代表性常數。木材被簡化,並使用延性比較曲線。僅評估達到應變的改變;忽略速率依賴。不進行斷裂測試。

關鍵關係與符號

σ = Eε (elastic) · F = σA · ε = rate × t

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
σ工程應力Pa
ε工程應變無單位
E彈性係數Pa

透過範例確認

應力相同時,試樣截面積增大後,拉力如何變化?

它變得更大 · 彈性應力-應變斜率等於楊氏係數。

常見誤解

  • 彈性區間的直線關係不能直接沿用至降伏與斷裂之後。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第一卷 (英文版)