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剪切应力的弹性应变能
27.4
当材料受到剪切应力时,应变能密度可表示为剪切应力与相应剪切应变乘积的积分形式。
在弹性限度内,切应力与切应变成正比,其比例常数为剪切模量。
通过积分运算,应变能密度可表示为剪切模量与剪切应变平方的乘积。
相应的应变能可以通过对一个小体积单元内的应变能密度进行积分来计算。该方程仅适用于弹性变形。
考虑一个受到一个或多个扭转力偶作用的轴。位于距固定端距离为 x 的横截面 A 处的剪切应力,可用内扭矩和极惯性矩 J 来表示。
此类轴中储存的应变能可用扭转扭矩的积分形式表示。将体积元改写为横截面积的形式可简化该表达式。
正如前面课程中所讨论的,材料中的应变能是发生弹性形变时所储存的能量,这一概念在材料科学和机械工程中是至关重要的。这种能量是由来自材料内的内聚力所做的内部功。当材料受到剪切应力和相应的剪切应变时,便能够计算出其中的应变能密度(即单位体积内所存储的能量)。在弹性极限内,通过应力的刚性模量与应变是成正比的…