拉伸中間有圓孔的材料時為何通常是圓孔越來越大最後斷裂?

時間 2021-05-30 03:18:07

1樓:布魯斯賀

這個問題恰好有乙個很簡潔的解。

題設:無限大平面兩端受拉應力σ,平面中有一孔。

那麼圓孔在受力方向的兩側受壓應力-σ,垂直於受力方向的兩側受拉應力3σ。

當年在彈性力學課上學到的。

2樓:V777

無限大平板中間帶圓孔,我記得小變形情況下,理論推導出來的應力集中係數是三,也就是最大應力點的應力是平均應力的三倍。

我力學是個渣渣,推導忘記了...但是問題的答案就是應力集中現象,圓孔附近的受力比平板其他點要高,自然變形要大。深層次的原因你可以理解成在拉長無限大平板時,力的方向上材料伸長,垂直方向上材料縮短(泊松比一般為正),每乙個點之間都有著強大的形變約束,因為乙個小孔的存在大大改變了它附近的應變分布,於是應力集中得很厲害。

材料的斷裂一般都是這樣乙個老鼠屎壞了一鍋湯的情況。

3樓:Ramune

因為孔洞的存在,發生了應力集中現象。經典的彈性力學中對無限大平面存在的圓孔應力場做出了精確描述,推導過程是採用了艾里應力函式. 然後在極座標下進行計算。

可以簡單理解為,圓孔的存在干擾了附近應力的傳遞,使附近的應力,變形產生了不均勻的分布。另外有乙個特別關注點,就是題主提到的橡膠,這種材料非常特殊,大部分橡膠的泊松比接近0.5,是一種不可壓縮材料,也就是說它的體積模量趨於無窮大。

4樓:趙東東

題主,材料的受力並不是均勻的,這涉及到了力學的應力集中(Stress Concentration)這個知識點。比如我們吃零食時,包裝上都會特意做乙個缺口,方便大家撕開,就用到了這一原理。知友 @小侯飛氘 的回答中就提到了這一情況,我把他的答案貼在下方,供題主參考。

強弱相互作用力這麼強,為什麼我們可以輕而易舉地撕開物體?

當然,如果想要比較直觀結果的話,建議你了解下有限元分析軟體。它可以幫你理解下「中間有圓孔」的東西,受力後真正的應力分布。比如說機械系小夥伴常用的軟體:ANSYS

我五年前曾經用過這個軟體,好巧,嘗試的第乙個分析,就類似於你所提的問題:中間有圓孔的鋼板受到拉力後的應力分布。

下面我貼出當年的結果,供題主參考。

中間有圓孔的鋼板

上圖為乙個中間有圓孔的鋼板,我給它附加的邊界條件是:

左邊界完全固定

右邊界均勻地受到向右的拉力

分析後得出的應力分布,如下所示:

應力分布圖

由上圖可以看到,鋼板受力後,發生形變,圓孔變成「橢圓」。由應力分布可知,應力最大值,發生於「橢圓」孔上下兩個短軸的頂點上。顯然,隨著拉力的增加,當超過一定的數值後,這兩個區域會最先受到破壞。

5樓:yyx

我沒理解錯的話,這不是很明顯嗎……相當於中間有個洞啊……這裡不是看受力,應該看物體內部的應力,有個圓孔明顯那裡承受同樣力的截面積都小了……同樣材質粗的和細的那個容易斷嘛……另外可以做這麼個實驗,其實拿紙就可以,兩段承受拉力,中間橫向切個口,和縱向切個口,效果完全不一樣

6樓:

這種現象叫做「應力集中」。

通俗地說:

由於缺口不能承受應力,它傾向於發生無限大的變形。

而其他部位是正常材料,傾向於發生小變形。

在缺口和其他部位的交界處,變形必須相同,所以缺口會拉扯其他部位的材料,導致缺口附近的應力比遠離缺口的應力大。

如何理解材料力學中材料拉伸時的力學效能,即簡單談談對應力 應變 曲線 圖的理解。

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