用力拉一根繩子,可能斷,可能一段時間後斷,可能不斷,決定其差別的因素是什麼?

時間 2021-06-07 06:54:33

1樓:Matt Su

書不在手邊,拿手機直接答了,有錯漏情指正。

繩子受外力斷開,在力學上我們稱為破壞,作用的外力我們稱為荷載。材料的破壞在靜力(外力大小方向不變)與動力(外力大小方向週期性改變)荷載作用下取決因素不同。

先說靜力荷載。可較簡單的認為只要外力大於材料極限荷載,材料就會破壞。材料極限荷載又受到材料種類,試件(這裡就是繩子)尺寸和材料缺陷的影響。

前兩個很好理解,說一下材料缺陷,我們拿起一張肉眼觀察下完好的紙(不摺疊紙),抓住兩端用力拽和在中間撕開很小乙個口子再拉,感覺用力差別很明顯吧。因為在孔洞的地方會產生應力集中的情況,簡單的說就是沒有孔洞時,所有繩纖維大家平攤外力;有了孔洞,孔洞周圍的纖維受力就會比較遠處纖維大很多,如果這裡超過了纖維的極限承載力,孔洞就會擴充套件最後導致試件整個破壞。

再看動力荷載。動力荷載就和材料缺陷密切相關了,此時破壞荷載取決於應力幅、作用次數。 應力幅就是最大荷載和最小荷載所產生的應力的差值。

動力荷載下試件破壞我們稱為疲勞破壞,也就是在大小(因為繩子只能受拉力,所以不考慮方向改變)不斷週期性變化的情況下,即使外力荷載比上述的材料極限荷載小,試件仍可能最終破壞。在週期性變化的荷載作用下,構件存在的微小缺陷不斷變形擴充套件連通最後導致試件破壞。應力幅越大,試件破壞需要的作用次數越少,應力幅較小時,理論上破壞時的作用次數可達到無窮大。

實際的例子比如懸索橋的鋼索,因為橋面上車輛改變和風荷載的不停地在改變,鋼索最可能的破壞就是疲勞破壞。

總的來說,一般的拉繩子,立馬斷和過一段時間斷其實本質相同,只是材料缺陷情況不同,有的發展至破壞需要時間較長而已。當然力越大一般就越快。不斷則是力還較小,試件內部各處都沒達到極限應力。

所以對於第二個問題,如果力較小而且是靜力作用的話,理論上無論作用多久繩子都不會斷。而如果是動力作用的話,則有可能最終導致斷裂,當然次數會是相當高的乙個數字。

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