
【化】 bending stress
弯曲应力(Bending Stress)是材料力学和结构工程中的核心概念,指构件(如梁)在承受横向载荷发生弯曲变形时,其内部截面上产生的抵抗变形的内力(正应力)。以下是详细解释:
术语对照
该应力垂直于构件的横截面,由弯矩(Bending Moment)引起,是梁设计中的关键校核指标。
产生机制
当梁受弯时,中性轴(Neutral Axis)一侧材料受拉伸长(产生拉应力),另一侧受压缩短(产生压应力),应力大小沿截面高度呈线性分布,中性轴处应力为零。
弯曲应力 (sigma_b) 的经典计算公式为:
$$ sigma_b = frac{M cdot y}{I} $$ 其中:
该公式基于欧拉-伯努利梁理论(Euler-Bernoulli Beam Theory),适用于细长梁的小变形情况。
强度校核
最大弯曲应力 (sigma{max}) 需满足:
$$ sigma{max} = frac{M_{max} cdot c}{I} leq [sigma] $$
其中 (c) 为截面最外缘到中性轴距离,([sigma]) 为材料许用应力(如Q235钢取160MPa)。
典型场景
中国机械工程学会
定义弯曲应力为“弯曲时截面上正应力的统称”(《机械工程术语》GB/T 10610-2018)。
美国机械工程师学会(ASME)
在ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II中明确弯曲应力计算标准,强调其在压力容器支撑设计中的重要性。
学术文献
王勖成《有限单元法》(清华大学出版社)指出:弯曲应力是梁单元有限元分析的核心输出变量,直接影响结构安全系数。
: 国家标准《机械工程术语》(GB/T 10610-2018)
: ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II: Materials
: 王勖成. 有限单元法(第二版). 清华大学出版社, 2012.
弯曲应力是材料力学中的重要概念,指物体在受到弯曲载荷时,横截面上产生的内部应力。以下从定义、分类、分布特点等方面进行详细解释:
弯曲应力是物体因弯曲变形而产生的应力,常见于梁、轴等构件受横向载荷作用时。其方向垂直于横截面平面,由弯矩和剪力共同作用形成。例如,当梁受外力弯曲时,上下表面分别承受最大拉应力和压应力,中性轴处应力为零。
弯曲正应力
由弯矩引起,沿截面法向分布,计算公式为:
$$sigma = frac{My}{I}$$
其中,(M)为弯矩,(y)为到中性轴的距离,(I)为截面惯性矩。
正应力在截面表面达到最大值,设计时需以此校核强度。
弯曲切应力
由剪力引起,沿截面切向分布,常见于短梁或集中载荷作用处,计算公式为:
$$tau = frac{VQ}{Ib}$$
其中,(V)为剪力,(Q)为静矩,(b)为截面宽度。
应用注意:弯曲应力易引发疲劳断裂,设计时需通过计算最大应力进行强度校核,并在压力容器等场景中注意其危害性低于薄膜应力。
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