什麼是應變能

以應變和應力的形式貯存在物體中的勢能,又稱變形能。以一維問題為例,一個截面積為A、長度為L的等截面直杆在軸向外力P1的作用下伸長δ1(圖1)。

什麼是應變能

如果不考慮變形過程中的動力效應和温度效應,則外力作的功W全部貯存到杆中,變成了杆的應變能U,其值為:

什麼是應變能 第2張

式中P為變形過程中與伸長量δ對應的載荷。在圖2所示的P-δ曲線中,曲線下方的面積相當於杆中的應變能。而和曲線上方的面積相應的為餘應變能(簡稱餘能),記為U*,其值為:

什麼是應變能 第3張

用應力和應變表示的應變能和餘能的公式為:

什麼是應變能 第4張
什麼是應變能 第5張

式中V=LA為杆的體積;

什麼是應變能 第6張
為杆中的應力;
什麼是應變能 第7張
為杆中的應變;σ1、ε1分別為P1、δ1對應的應力和應變。如果杆的材料為線彈性的(即應力和應變成正比),則應變能和餘能相等,即

什麼是應變能 第8張

式中E為彈性模量。

什麼是應變能 第9張

在三維問題中,有六個獨立的應力分量和六個獨立的應變分量。在小變形的情況下,每個應力分量在相應的應變分量上作功,因此應變能和餘能的表達式都包括六項:

什麼是應變能 第10張
什麼是應變能 第11張

式中σxxσyyσzzσxyσyzσzx為物體在加載過程中的應力分量;εxxεyyεzzεxyεyzεzx分別為與上述應力分量相應的應變分量;積分上限的下標1表示加載終點。對於線彈性體則有:

什麼是應變能 第12張
參考書目

王啟德著:《應用彈性理論》,機械工業出版社,北京,1966。

Y. C. Fung, Foundations of Solid Mechanics, PrenticeHall, Englewood Cliffs,New Jersey,1965.