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在材料力學中常根據(jù)力的來源將力分為內力與外力,外力是來源于受力物體外部的作用力,外力作用于該物體上,并在該物體內部傳遞,該物體的內部被動產(chǎn)生一個反作用力,這個反作用力存在于物體的內部,稱之為內力,材料抵抗外力產(chǎn)生最大的內力稱之為抗力。本質上內力由外力而來,二力是一平衡力,其大小相等,方向相反,并在一條直線上。按材料受力后產(chǎn)生的形變效果,可形成五種常見的平衡形式,由此也產(chǎn)生五種常見的抵抗內力形式。
1、壓縮力與支撐力 壓縮力是能使受力物體的長度產(chǎn)生短縮趨勢的一對力,二力大小相等、方向相反、相對而行,作用在一條直線上、壓縮力所產(chǎn)生的形變稱為短縮形變。壓縮力是作用于受力物體外部的一對平衡力,由此也反作用產(chǎn)生一對相互平衡的內力,內力抵抗外力所產(chǎn)生的被動壓縮趨勢,該力起到一個阻礙壓縮的支撐作用,所以也稱之為支撐力。材料所能提供的最大支撐內應力稱之為抗壓強度或抗張力。 2、拉伸力與回縮力 拉伸力是能使物體的長度產(chǎn)生延長趨勢的一對力,二力大小相等、方向相反、相向而行,作用在一條直線上,二力是一對平衡力,牽張力所產(chǎn)生的形變稱之為拉伸形變。物體受到牽張平衡力作用后在受力物體內部同時也反作用產(chǎn)生了一對平衡內力,平衡內力具有抵抗牽張分離的作用,產(chǎn)生被動回縮的趨勢,所以也稱之為回縮力,材料阻礙牽張分離所能提供的最大回縮內應力稱之為抗張強度或抗張力。 3、剪切力與阻擋力 所謂的剪切力是指產(chǎn)生剪切形變的一對外力,兩個力的方向相反、大小相等且不在一條直線上的平行力,這種平行力也稱之為力偶。 力偶不能平衡,會使物體產(chǎn)生旋轉運動,或使物體發(fā)生歪斜變形或錯動斷裂效果,斷裂面稱為剪切面,剪切面是不同方向外力的交匯區(qū),也是典型的中性軸或中性層,此處合外力為零。外力與旋轉中心存在偏心距,故剪切力也存在力矩,這種力偶力矩稱之為力偶矩,合力矩等于平行力中的一個力與平行力之間距離。平衡剪切力的內力具有阻擋剪切外力引起的錯動或形變的作用,也稱之為阻力或攔擋力,材料所能提供的最大阻擋內應力稱之為抗剪強度或抗剪力。 4、扭轉力矩與扭矩 扭轉力是能使受力物體發(fā)生扭轉趨勢或繞軸線轉動的一對力,二力大小相等、方向相反、不在一個平面上的平行力,扭轉力也是一對力偶,力偶不能平衡,會使物體產(chǎn)生繞軸旋轉運動,或使物體產(chǎn)生扭轉形變。因為扭轉外力與旋轉軸線存在距離,故產(chǎn)生外力力矩,物體受到扭轉平衡力矩作用后,在受力物體內部同時也反作用產(chǎn)生了一對平衡內力矩,該平衡內力矩起到阻礙扭轉應變的作用,也稱之為扭矩。 5、彎曲力矩與彎矩 彎曲力是能使受力物體產(chǎn)生彎曲趨勢的一組外力,可以是偏心載荷,也可以是不在一條直線上的三點彎曲力或四點彎曲力(如圖)。彎曲外力產(chǎn)生彎曲形變,外力與彎曲受力物體的旋轉中心存在力臂,故彎曲外力也產(chǎn)生彎曲力矩。物體受到彎曲平衡外力矩作用后,在受力物體內部同時也反作用產(chǎn)生了一對平衡彎曲的內力矩,該內力矩起到阻礙彎曲形變的作用,也稱之為彎矩。彎曲物體的彎矩體現(xiàn)兩種內力,彎曲物體的凸側表現(xiàn)為分離性的張力,可稱之為張力側,而在彎曲物體的凹側表現(xiàn)為壓縮性的壓力,可稱之為壓力側。材料抵抗彎曲所能提供最大的內應力稱之為抗彎強度或抗彎力 以上總結了五種組合力以及作用效果,需要強調的是人體內骨骼承受的力是復雜的,很少只受一種組合力的作用,往往受到多種組合應力的作用,稱為復合力或復合載荷,如壓縮和彎曲、壓縮和扭轉、彎曲和扭轉等。 (待續(xù)) |
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