
【化】 bending stress
彎曲應力(Bending Stress)是材料力學和結構工程中的核心概念,指構件(如梁)在承受橫向載荷發生彎曲變形時,其内部截面上産生的抵抗變形的内力(正應力)。以下是詳細解釋:
術語對照
該應力垂直于構件的橫截面,由彎矩(Bending Moment)引起,是梁設計中的關鍵校核指标。
産生機制
當梁受彎時,中性軸(Neutral Axis)一側材料受拉伸長(産生拉應力),另一側受壓縮短(産生壓應力),應力大小沿截面高度呈線性分布,中性軸處應力為零。
彎曲應力 (sigma_b) 的經典計算公式為:
$$ sigma_b = frac{M cdot y}{I} $$ 其中:
該公式基于歐拉-伯努利梁理論(Euler-Bernoulli Beam Theory),適用于細長梁的小變形情況。
強度校核
最大彎曲應力 (sigma{max}) 需滿足:
$$ sigma{max} = frac{M_{max} cdot c}{I} leq [sigma] $$
其中 (c) 為截面最外緣到中性軸距離,([sigma]) 為材料許用應力(如Q235鋼取160MPa)。
典型場景
中國機械工程學會
定義彎曲應力為“彎曲時截面上正應力的統稱”(《機械工程術語》GB/T 10610-2018)。
美國機械工程師學會(ASME)
在ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II中明确彎曲應力計算标準,強調其在壓力容器支撐設計中的重要性。
學術文獻
王勖成《有限單元法》(清華大學出版社)指出:彎曲應力是梁單元有限元分析的核心輸出變量,直接影響結構安全系數。
: 國家标準《機械工程術語》(GB/T 10610-2018)
: ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section II: Materials
: 王勖成. 有限單元法(第二版). 清華大學出版社, 2012.
彎曲應力是材料力學中的重要概念,指物體在受到彎曲載荷時,橫截面上産生的内部應力。以下從定義、分類、分布特點等方面進行詳細解釋:
彎曲應力是物體因彎曲變形而産生的應力,常見于梁、軸等構件受橫向載荷作用時。其方向垂直于橫截面平面,由彎矩和剪力共同作用形成。例如,當梁受外力彎曲時,上下表面分别承受最大拉應力和壓應力,中性軸處應力為零。
彎曲正應力
由彎矩引起,沿截面法向分布,計算公式為:
$$sigma = frac{My}{I}$$
其中,(M)為彎矩,(y)為到中性軸的距離,(I)為截面慣性矩。
正應力在截面表面達到最大值,設計時需以此校核強度。
彎曲切應力
由剪力引起,沿截面切向分布,常見于短梁或集中載荷作用處,計算公式為:
$$tau = frac{VQ}{Ib}$$
其中,(V)為剪力,(Q)為靜矩,(b)為截面寬度。
應用注意:彎曲應力易引發疲勞斷裂,設計時需通過計算最大應力進行強度校核,并在壓力容器等場景中注意其危害性低于薄膜應力。
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