Product Design, Manufacturing & Innovation Resources

家 » 压力和应变

压力和应变

1820

（图片仅供参考）

工程应力（[latex]\sigma[/latex]）是施加载荷除以原始横截面积（[latex]A_0[/latex]），而工程应变（[latex]\epsilon[/latex]）是长度变化（[latex]\Delta L[/latex]）除以原始长度（[latex]L_0[/latex]）。这些定义——[latex]\sigma = \frac{F}{A_0}[/latex] 和 [latex]\epsilon = \frac{\Delta L}{L_0}[/latex]——是绘制应力-应变曲线的基础，但前提是试样在试验过程中尺寸保持恒定。.

工程应力和应变是材料科学与力学的基础概念，为描述材料对外部力的响应提供了简化而强大的方法。横截面积恒定不变的假设（[latex]A_0[/latex]）在小变形条件下成立，尤其在弹性区域内。然而当材料经历显著塑性变形时，其横截面积会发生变化——这种现象在拉伸试验中称为缩颈。这种变化意味着工程应力已无法真实反映材料在最窄点承受的实际应力。同样地，工程应变基于原始长度计算，在大变形条件下其精度可能低于瞬时应变测量值。.

尽管存在这些局限性，工程应力-应变曲线仍在工业和学术界得到广泛应用。其关键特征，例如... 屈服强度 and ultimate tensile strength (UTS), are standard parameters for material specification and design. The curve is relatively easy to generate from a standard tensile test, where a specimen is pulled apart at a constant rate while force and elongation are measured. The initial linear portion of this curve is particularly important as it defines the material’s elastic behavior, governed by Hooke’s Law.

工程, 材料科学, 机械性能, 机械, 质量控制, 应力腐蚀, 结构工程, 拉伸测试

UNESCO Nomenclature: 2211

- 固体物理学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

伽利略·伽利莱对材料强度的研究（17世纪）
罗伯特·虎克的弹性定律（1678年）
托马斯·杨对的定义弹性模量 (1807)
柯西对应力概念的发展（19 世纪初）

应用程序

建筑物和桥梁的结构分析
齿轮和轴等机械部件的设计
制造业的质量控制
各种工程应用的材料选择

专利：

潜在创新理念

制定标准化材料测试协议（例如 astm e8）
creation of 有限元 analysis (FEA) software using simplified material models
具有可预测故障模式的轻质复合材料设计
使用拉伸数据的生产线自动化质量控制系统
基于应变监测的结构件预测维护算法
基于力学性能测试的3D打印参数优化
biomaterial design for 医疗植入物 with specific stress-strain requirements
开发可监控机械完整性的自修复材料
可测量并响应施加应变的智能纺织品
用于材料失效分析的虚拟现实模拟器

Related to: engineering stress, engineering strain, tensile test, material properties, mechanics of materials, deformation, load, cross-sectional area, elongation, 固体力学.

历史背景

电极极化限制

伏打电池的主要缺陷在于电极极化。在运行过程中，铜阴极产生的氢气会在其表面形成一层气泡绝缘层。这层气泡会增加电池的内阻，并减少可用于反应的表面积。因此，电池的电压和电流输出在开始使用后不久就会显著下降。

完美气体中的声速

完美气体的声速（[latex]c[/latex]）是由其热力学性质决定的，而不仅仅是压力或密度。公式为 [latex]c = \sqrt{gamma R_s T}[/latex], 其中 [latex]\gamma[/latex] 是热容比（[latex]c_p/c_v[/latex]），[latex]R_s[/latex] 是气体比常数，[latex]T[/latex] 是绝对温度。因此，声音在温度较高的气体中传播得更快。.

斯特林发动机再生式节能器

再生器，或称“节能器”，是罗伯特·斯特林最重要的贡献，也是发动机高效率的关键。它是一个内部热交换器，在循环过程中暂时储存和释放热能。当热气体流向冷端时，它会在再生器内部沉积热量，然后冷气体在返回热端的过程中吸收这些热量。

压力和应变

电磁学和电磁铁

电磁铁是一种由电流产生磁场的磁铁。电流切断后，磁场消失。电磁铁通常由一根绕成线圈的导线组成。磁场强度与电流和线圈匝数成正比。这一原理由汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现。

纳维-斯托克斯方程

纳维-斯托克斯方程是一组描述粘性流体物质运动的非线性偏微分方程。它们是牛顿第二定律的陈述，平衡了动量变化与压力梯度、粘性力和外力之间的关系。对于不可压缩流体，方程为 [latex]\rho (\frac\{partial \mathbf{v}}{partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex]。

阴极保护

阴极保护 (CP) 是一种通过将金属表面作为电化学电池的阴极来控制其腐蚀的技术。其原理是通过施加外部电流来抑制金属的自然腐蚀电流。受保护金属的电位被极化至更低的负值，使其进入免疫区或钝化区。

1810

1816

1816-11-16

1820

1822

1824

1808

1811

1816-11-16

1820

1821

1822

1827

现代原子理论

原子理论认为，所有物质都由称为原子的离散单元组成。元素由原子核中含有特定数量质子的原子组成。原子曾经被认为是不可分割的，但现在已知它们由亚原子粒子组成：质子、中子和电子。化学反应涉及这些原子的重新排列，这些原子在化学反应过程中保持守恒。

阿伏伽德罗定律

阿伏加德罗定律指出，在相同的温度和压力下，等体积的所有气体都含有相同数量的分子。这就在气体的体积和物质的数量（摩尔数）之间建立了直接的比例关系。数学关系表示为 [latex]V \propto n[/latex]，或更常见的 [latex]V/n = k[/latex]，其中 k 是常数。.

斯特林循环

理想斯特林循环是一个闭合的再生热力学循环，包含四个独立过程：等温膨胀、等容除热、等温压缩和等容加热。工作流体始终处于封闭状态。其理论热效率等于卡诺循环效率，由公式[latex]\eta_{th} = 1 - \frac{T_C}{T_H}[/latex]给出，其中[latex]T_H[/latex]和[latex]T_C[/latex]分别表示热源与冷源的绝对温度。.

连续统假设

连续介质假设将流体视为连续物质，而非离散分子。当问题的长度尺度远大于分子间距离时，这种简化是有效的，从而允许在无穷小的点上定义密度和速度等属性。这使得我们能够使用微分方程来描述流体流动的宏观行为。

磁偶极矩

磁体的磁矩是一个矢量，它描述了磁体的整体磁性。它可以形象地理解为一个磁偶极，即一对相隔一定距离的假想南北极。磁矩从南极指向北极。对于一个电流回路，磁矩 [latex]\vec\{mu} = I \vec{A}[/latex]，其中 I 是电流，A 是面积矢量。.

塞贝克效应

塞贝克效应是将温度差直接转换为电压的过程。当在两个不同导体或半导体的结点上施加温度梯度时，就会产生电压。该电压与温差成正比，其比例常数称为塞贝克系数（[latex]V = S cdot Delta T[/latex]）。.

柯西应力张量

考奇应力张量，表示为 [latex]/boldsymbol{/sigma}[/latex]，是一个二阶张量，完全定义了材料内部某点的应力状态。它通过线性关系 [latex]\mathbf{T} = \boldsymbol\{sigma} \cdot \mathbf{n}[/latex]，将通过该点的任何表面上的牵引向量（单位面积上的力）[latex]\mathbf{T}[/latex] 与表面的法向量 [latex]\mathbf{n}[/latex] 联系起来。