
【化】 combined stress
複合應力(Combined Stress)是工程力學中的核心概念,指物體在受力時同時承受兩種或多種基礎應力類型的疊加狀态,例如拉應力、壓應力、剪應力、彎曲應力和扭轉應力的組合作用。其英文術語常見于機械工程和材料科學領域,對應"combined stress"或"composite stress",美國機械工程師協會(ASME)将其定義為"多種應力分量在同一材料點共存的現象"。
在工程實踐中,複合應力分析對結構安全性評估至關重要。例如在航空發動機葉片設計中,需同時考慮離心力引起的拉應力、氣動力導緻的彎曲應力,以及熱膨脹産生的壓應力疊加效應。根據清華大學《材料力學》教材,複合應力計算通常采用應力疊加原理,并通過第四強度理論(畸變能理論)進行等效強度校核,公式可表示為: $$ sigma_{eq} = sqrt{frac{1}{2}[(sigma_1-sigma_2) + (sigma_2-sigma_3) + (sigma_3-sigma1)]} $$ 其中$sigma{eq}$為等效應力,$sigma_1,sigma_2,sigma_3$為主應力分量。
英國标準協會BS EN 13001-3-1起重機設計規範中明确規定,複合應力狀态下的安全系數需根據主應力方向夾角進行動态調整。該概念在機械零部件疲勞分析、建築結構抗震設計等領域具有廣泛應用,具體實施标準可參考中國國家标準GB/T 3075《金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法》。
複合應力是指物體在多個不同方向或類型的載荷(如拉伸、扭轉、彎曲等)同時作用下,産生的正應力和剪應力共同存在的複雜應力狀态。以下是詳細解釋:
複合應力由獨立應變聯合作用形成,例如拉伸與扭轉、彎曲與擠壓等組合載荷。其應力狀态取決于單元體的正應力(σ)和剪應力(τ)的大小及方向。根據空間維度可分為:
在二維情況下,若已知平面内正應力σₓ、σᵧ和剪應力τₓᵧ,主應力可通過以下公式計算: $$ sigma_{1,2} = frac{sigma_x + sigma_y}{2} pm sqrt{left(frac{sigma_x - sigmay}{2}right) + tau{xy}} $$ 該公式反映了主應力是正應力和剪應力的綜合作用結果。
複合應力常見于工程實踐,例如:
通過上述分析可知,複合應力的核心在于多向應力的疊加效應,需通過主應力計算和應力狀态分類進行工程評估。
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