
【化】 tangential strain
anxious; be sure to; chip; chop; correspond to; cut; eager; knife; log; shear
shive; slice
【醫】 cutting; incise
always; at; be partial to; direction; face; out; to; toward
【醫】 ad-; ak-; ob-
meet an emergency
【化】 strain
【醫】 strain; straining
切向應變(Tangential Strain),在連續介質力學和材料科學中,是指物體内部某點在特定切向(平行于作用面)方向上由剪切應力引起的單位長度變形量。它描述的是材料微元體形狀發生畸變(如矩形變為平行四邊形)的程度,而非體積變化。在漢語中常與“剪切應變”(Shear Strain)互換使用,其英文對應詞為“Shear Strain”。
從數學表達來看,切向應變通常用符號 (gamma) 表示。對于二維平面内沿x和y方向的剪切,其工程切應變定義為: $$ gamma_{xy} = frac{partial u}{partial y} + frac{partial v}{partial x} $$ 其中 (u) 和 (v) 分别為點在x和y方向的位移分量。在張量描述中,切應變是應變張量的偏對稱分量,反映角度的變化量。
物理意義上,切向應變直接關聯于材料抵抗剪切變形的能力。例如,在彈性範圍内,剪切應力 (tau) 與切向應變 (gamma) 滿足胡克定律關系: $$ tau = G gamma $$ 這裡 (G) 為材料的剪切模量(Shear Modulus),是表征材料剛度的關鍵參數。高剪切模量意味着材料更難發生角變形。
實際應用中,切向應變分析對工程結構至關重要。它影響螺栓連接的預緊力設計、焊接節點的疲勞強度評估,以及複合材料層間剪切性能的測試(如ASTM D3518标準)。在生物力學中,血管壁的剪切應變分布還與動脈粥樣硬化病變位置相關。
來源說明
切向應變(又稱剪應變或角應變)是描述物體在剪切力作用下局部變形程度的物理量,其核心特征表現為兩個相互垂直方向上的微小線段在變形後夾角的改變量。以下是詳細解釋:
定義與計算
切向應變通常用符號$gamma$表示,數學表達式為:
$$gamma = alpha - alpha_0$$
其中$alpha_0$為變形前的夾角,$alpha$為變形後的夾角。當角度減小時,切應變為正值,單位為弧度(rad)。
物理意義
切向應變反映了物體内部因剪切力作用導緻的形狀畸變。例如,當一塊橡皮受到平行于表面的剪切力時,原本垂直的網格線會傾斜,傾斜角度變化即為切向應變。
與線應變的區别
應用場景
切向應變在材料力學、土木工程和機械設計中尤為重要,例如分析梁的剪切變形、金屬闆材的沖壓成型等。
切向應變本質是角度變化的度量,而線應變是長度變化的度量,兩者共同構成物體變形的完整描述。
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