
【化】 combined stress
复合应力(Combined Stress)是工程力学中的核心概念,指物体在受力时同时承受两种或多种基础应力类型的叠加状态,例如拉应力、压应力、剪应力、弯曲应力和扭转应力的组合作用。其英文术语常见于机械工程和材料科学领域,对应"combined stress"或"composite stress",美国机械工程师协会(ASME)将其定义为"多种应力分量在同一材料点共存的现象"。
在工程实践中,复合应力分析对结构安全性评估至关重要。例如在航空发动机叶片设计中,需同时考虑离心力引起的拉应力、气动力导致的弯曲应力,以及热膨胀产生的压应力叠加效应。根据清华大学《材料力学》教材,复合应力计算通常采用应力叠加原理,并通过第四强度理论(畸变能理论)进行等效强度校核,公式可表示为: $$ sigma_{eq} = sqrt{frac{1}{2}[(sigma_1-sigma_2) + (sigma_2-sigma_3) + (sigma_3-sigma1)]} $$ 其中$sigma{eq}$为等效应力,$sigma_1,sigma_2,sigma_3$为主应力分量。
英国标准协会BS EN 13001-3-1起重机设计规范中明确规定,复合应力状态下的安全系数需根据主应力方向夹角进行动态调整。该概念在机械零部件疲劳分析、建筑结构抗震设计等领域具有广泛应用,具体实施标准可参考中国国家标准GB/T 3075《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》。
复合应力是指物体在多个不同方向或类型的载荷(如拉伸、扭转、弯曲等)同时作用下,产生的正应力和剪应力共同存在的复杂应力状态。以下是详细解释:
复合应力由独立应变联合作用形成,例如拉伸与扭转、弯曲与挤压等组合载荷。其应力状态取决于单元体的正应力(σ)和剪应力(τ)的大小及方向。根据空间维度可分为:
在二维情况下,若已知平面内正应力σₓ、σᵧ和剪应力τₓᵧ,主应力可通过以下公式计算: $$ sigma_{1,2} = frac{sigma_x + sigma_y}{2} pm sqrt{left(frac{sigma_x - sigmay}{2}right) + tau{xy}} $$ 该公式反映了主应力是正应力和剪应力的综合作用结果。
复合应力常见于工程实践,例如:
通过上述分析可知,复合应力的核心在于多向应力的叠加效应,需通过主应力计算和应力状态分类进行工程评估。
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