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柯西应力张量

1822
  • Augustin-Louis Cauchy
结构工程师使用柯西应力张量原理分析桥梁设计中的应力。

(图片仅供参考)

柯西 压力 张量,记作[latex]\boldsymbol{\sigma}[/latex],是一种二阶张量,它完全定义了材料内部某一点的应力状态。 它通过线性关系 [latex]\mathbf{T} = \boldsymbol{\sigma} \cdot \mathbf{n}[/latex],将通过该点的任意表面的牵引向量(单位面积上的力)[latex]\mathbf{T}[/latex] 与该表面的法向量 [latex]\mathbf{n}[/latex] 联系起来。.

柯西应力张量完整描述了可变形体内部作用的内力。 设想在点P处存在一个无限小材料立方体。周围材料对该立方体的每个面施加力。应力张量[latex]\boldsymbol{\sigma}[/latex]是一个3×3矩阵,其分量[latex]\sigma_{ij}[/latex]表示第i个面在第j个方向上的应力。 对角线分量([latex]\sigma_{11}, \sigma_{22}, \sigma_{33}[/latex])为法向应力,表示垂直于面方向的拉伸(张力)或挤压(压缩)。 非对角线分量(如\sigma_{12}, \sigma_{23}等)为剪应力,表示作用于面平行方向的力。.

一个关键结果,即柯西应力定理,指出只要知道三个互垂直平面上的应力矢量,就足以确定通过该点的任何其他平面上的应力矢量。 该定理可由公式[latex]\mathbf{T}^{(\mathbf{n})} = \boldsymbol{\sigma}^T \mathbf{n}[/latex]概括。此外,角动量守恒要求应力张量具有对称性([latex]\sigma_{ij} = \sigma_{ji}[/latex]),这使得独立分量数从九个减少至六个。 该张量具有根本意义,因为它使工程师能够分析物体内任意点的应力状态(无论其取向如何),并通过将应力状态与材料强度特性进行比较,预测材料在施加载荷下是否会屈服或断裂。.

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 牛顿运动定律
  • 欧拉的流体压力概念
  • 向量和矩阵(张量)的数学框架
  • 库仑的摩擦学和土壤力学研究成果

应用程序

  • 对建筑物、桥梁和飞机进行结构分析以预测故障
  • 运用地质力学分析隧道和地基设计中岩石和土壤的应力
  • 材料科学,用于了解材料失效机制,如断裂和疲劳
  • 用于计算骨骼和组织在负载下的应力的生物力学

专利:

NA

潜在创新理念

  • 嵌入结构中的智能传感器可实时直接测量全应力张量
  • 人工智能驱动的预测性维护系统,使用应力张量数据来预测材料疲劳
  • 先进的手术机器人利用实时组织应力张量分析来最大限度地减少损伤
  • 通过绘制岩层地应力张量来优化地热能开采
  • 可定制的防护装备,可根据临界应力张量值而变硬
  • 采用功能梯度材料进行 3D 打印,其中微观结构根据预测的应力张量场进行优化
  • 基于计算应力张量的触觉反馈虚拟原型软件
  • non-invasive 医学成像 techniques that can map the stress tensor within living organs
相关概念:应力、张量、柯西应力张量、正应力, 剪应力, 牵引矢量,连续介质力学,内力。.

历史背景

柯西应力张量

1820
1820
1821
1822
1827
1829
1831
1816-11-16
1820
1820
1822
1824
1827
1831
1831

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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