一般情況下,造成結構變形或者破壞是由作用在結構上的荷載導致的。在固體力學當中,這些力稱為荷載或者外力。為了保證產品的安全性,必須要對這些荷載進行評估。工程師必須確定每一個荷載的大小和方向,這非常重要。荷載可以分為靜力荷載和動力荷載,根據是這些荷載是否隨著時間變化。不隨時間變化的荷載稱為靜力荷載,如自重。一般地,靜力學分析可以使用固體力學理論。
隨時間變化的荷載稱為動力荷載,如沖擊荷載,動力學分析需要使用動力學理論。
位移VS變形
結構受外力作用下,位置和形狀會發生改變,這叫結構的力學行為。嚴格地講,位移和變形是不同的
結構空間位置的變化統稱為位移
位移不一定伴隨著變形,典型的例子是剛體運動。
剛體運動指物體在空間的位置因平動和轉動而發生改變,但是物體上任意兩點之間的相對位置保持不變
變形是指結構外部形狀發生變化。發生變形后,物體上所有的點或者除某些點外的所有點都會發生移動,物體上任意兩點之間的距離會發生改變。
應力
結構受到外力作用時,其形狀和位置會發生改變。同時,在物體內部會產生內力以抵抗這種變形。如下圖所示,當一個物體在任意位置被分成兩部分時,每一部分都處于靜力平衡狀態,每一部分的外力與內力相平衡。就整體而言,每個方向的力和力矩的和必為零。
內力具有大小和方向,應力也是矢量。
作用在面上的任意方向的力,都可以分解為與面平行的切向力和與面垂直的法向力。
法向應力:與應力作用面垂直。
切向應力:與應力作用面平行。
應變
分為法向應變和切向應變。
前一個表示物體在某一方向上的拉伸或者壓縮的程度,后一個表示物體承受剪應力時的角變形量。
三維圓桿沿軸向拉伸時,它的截面面積隨長度的增加而減少。
這里,圓桿在軸向的伸長量與圓桿原長的比值為法向應變。
應變是無量綱的量。
剪應變為形成直角的兩邊的角變形量,角度用弧度表示
力和變形之間的關系
在彈性區域內,當知道位移時,很容易計算變形和應變。再利用胡克定律,可以計算得到應力。
脆性破壞
脆性破壞發生后,擴散速度很快,幾乎沒有明顯的塑性變形,這會導致嚴重的后果。像玻璃或者陶瓷,他們都是脆性材料。很有必要對脆性材料的表面晶粒進行研究,大晶粒是它的特點。與小晶粒相比,大晶粒更容易導致脆性破壞。脆性破壞的特點是在破壞發生在特定的晶體平面上,這個平面稱為斷裂面。由于幾乎沒有塑性變形,斷面非常的光澤。通過檢查可以發現,形成的斷面像"河流"一樣。這種方式與斷裂的*終發生相匹配,在分析斷裂進展方面很有幫助 。