
【化】 plane strain
flat; plane; surface
【醫】 flat; plane; planum
meet an emergency
【化】 strain
【醫】 strain; straining
平面應變(Plane Strain)是固體力學中描述材料變形狀态的專業術語,特指三維物體在某一方向(通常為厚度方向)的應變分量可忽略不計的二維簡化模型。該概念廣泛應用于土木工程、地質力學和機械結構分析領域。
從數學定義角度,平面應變狀态的應變張量可表示為: $$ begin{cases} varepsilonz = 0 gamma{xz} = gamma_{yz} = 0 end{cases} $$ 其中z軸為受限方向,該公式源自經典彈性力學教材《Theory of Elasticity》第3章。
工程應用中,平面應變假設適用于以下場景:
該概念與平面應力狀态形成對比:平面應變關注厚度方向的應變約束,而平面應力強調厚度方向的應力為零。這種差異在《工程力學學報》2020年第5期的對比研究中得到系統闡述。
國際材料測試協會(ASTM)E8/E8M标準指出,平面應變條件對斷裂韌性測試尤為重要,特别是在評估金屬材料的裂紋擴展阻力時,該模型能準确預測III型應力強度因子。
平面應變是材料力學和工程力學中的重要概念,主要用于描述特定條件下物體的應變狀态。以下是詳細解釋:
平面應變指物體在受力變形時,某一方向(通常為縱向)的應變分量為零,且所有應變分量僅存在于一個平面内的力學狀态。例如,當物體沿z軸方向足夠長且受橫向約束時(如水壩、長柱體),可簡化為平面應變問題,此時應變分量滿足: $$ εz = 0, quad γ{xz} = γ_{yz} = 0 $$ 而平面内的應變分量(如$ε_x, εy, γ{xy}$)僅與x、y坐标相關。
平面應變問題的基本條件包括:
特征 | 平面應變 | 平面應力 |
---|---|---|
適用對象 | 長柱體或厚結構(如水壩) | 薄闆結構(如薄闆受拉) |
應變分量 | $ε_z=0$,平面内應變非零 | $σ_z=0$,平面内應力非零 |
應力分量 | $σ_z$可能存在(由約束産生) | $σ_z=0$ |
平面應變問題在有限元分析中常采用PLANE82等單元類型進行模拟,且根據材料行為可分為線性(應變-應力呈比例)和非線性(需剛度矩陣描述)兩種情況。
如需進一步了解實際工程案例或公式推導,可參考、2、7、9等來源。
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