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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

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Related to: stress, tensor, Cauchy stress tensor, normal stress, shear stress, traction vector, continuum mechanics, internal forces.

历史背景

柯西应力张量

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1822
1827
1831
1831
1816-11-16
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1824
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1831
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(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)

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