
【化】 tangential strain
anxious; be sure to; chip; chop; correspond to; cut; eager; knife; log; shear
shive; slice
【医】 cutting; incise
always; at; be partial to; direction; face; out; to; toward
【医】 ad-; ak-; ob-
meet an emergency
【化】 strain
【医】 strain; straining
切向应变(Tangential Strain),在连续介质力学和材料科学中,是指物体内部某点在特定切向(平行于作用面)方向上由剪切应力引起的单位长度变形量。它描述的是材料微元体形状发生畸变(如矩形变为平行四边形)的程度,而非体积变化。在汉语中常与“剪切应变”(Shear Strain)互换使用,其英文对应词为“Shear Strain”。
从数学表达来看,切向应变通常用符号 (gamma) 表示。对于二维平面内沿x和y方向的剪切,其工程切应变定义为: $$ gamma_{xy} = frac{partial u}{partial y} + frac{partial v}{partial x} $$ 其中 (u) 和 (v) 分别为点在x和y方向的位移分量。在张量描述中,切应变是应变张量的偏对称分量,反映角度的变化量。
物理意义上,切向应变直接关联于材料抵抗剪切变形的能力。例如,在弹性范围内,剪切应力 (tau) 与切向应变 (gamma) 满足胡克定律关系: $$ tau = G gamma $$ 这里 (G) 为材料的剪切模量(Shear Modulus),是表征材料刚度的关键参数。高剪切模量意味着材料更难发生角变形。
实际应用中,切向应变分析对工程结构至关重要。它影响螺栓连接的预紧力设计、焊接节点的疲劳强度评估,以及复合材料层间剪切性能的测试(如ASTM D3518标准)。在生物力学中,血管壁的剪切应变分布还与动脉粥样硬化病变位置相关。
来源说明
切向应变(又称剪应变或角应变)是描述物体在剪切力作用下局部变形程度的物理量,其核心特征表现为两个相互垂直方向上的微小线段在变形后夹角的改变量。以下是详细解释:
定义与计算
切向应变通常用符号$gamma$表示,数学表达式为:
$$gamma = alpha - alpha_0$$
其中$alpha_0$为变形前的夹角,$alpha$为变形后的夹角。当角度减小时,切应变为正值,单位为弧度(rad)。
物理意义
切向应变反映了物体内部因剪切力作用导致的形状畸变。例如,当一块橡皮受到平行于表面的剪切力时,原本垂直的网格线会倾斜,倾斜角度变化即为切向应变。
与线应变的区别
应用场景
切向应变在材料力学、土木工程和机械设计中尤为重要,例如分析梁的剪切变形、金属板材的冲压成型等。
切向应变本质是角度变化的度量,而线应变是长度变化的度量,两者共同构成物体变形的完整描述。
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