Stress Strain Curve | Mechanical Properties of Solids | AASOKA

Summary

本视频讲解了应力-应变曲线及其在不同材料中的表现。当物体受到外力作用时，会产生与之方向相反的恢复力，应力为单位面积上的力，形变称为应变。通过实验测量弹簧的伸长量，可绘制应力-应变曲线。曲线分为弹性区（遵循胡克定律，可恢复原状）、塑性区（产生永久形变）、断裂区（材料破坏）。根据曲线特征，材料可分为脆性（如玻璃、板岩）和延性（如铝、铜、钢）。橡胶等弹性体可产生大应变且无明显塑性区。理解应力-应变关系有助于分析材料力学性能。

Takeaways

• 😀 应力是单位面积上产生的恢复力，作用方向与外力相反。
• 😀 应变是由应力引起的形变，可表示为长度的分数变化。
• 😀 通过实验可以绘制应力-应变曲线，显示材料在不同载荷下的变形情况。
• 😀 弹性区（0到A点）应力与应变呈线性关系，遵守胡克定律，卸载后材料恢复原状。
• 😀 弹性极限或屈服点（B点）曲线变非线性，但材料仍能恢复原状，应力对应的强度称为屈服强度。
• 😀 塑性区（B到D点）应力超过屈服强度，少量应力增加会产生较大应变，卸载后产生永久变形。
• 😀 极限抗拉强度（D点）是材料能承受的最大应力，超过此点材料即便在减小应力下仍继续产生应变。
• 😀 断裂点（E点）表示材料破坏，脆性材料D点和E点接近，延性材料D点与E点距离较远。
• 😀 可拉伸产生大应变的物质称为弹性体（如橡胶），大多数区域不遵守胡克定律。
• 😀 生物中例如心脏中的弹性组织也属于弹性体，具有较大的可恢复形变能力。

Q & A

应力和应变分别是什么？

应力是单位面积上产生的恢复力，而应变是由外力引起的物体形变。

胡克定律在应力-应变曲线中对应哪个区域？

胡克定律适用于弹性区（从O到A），在该区域应力与应变成正比，去除外力后物体能恢复原状。

什么是屈服点？

屈服点（B点）是应力超过该点时，物体即使应力略减也会产生明显塑性变形的点，对应的应力称为屈服强度（Sy）。

塑性变形区的特征是什么？

在塑性区（B到D点），应力增加很小也会引起应变显著增加，去除外力后物体无法完全恢复原状，产生永久变形。

极限抗拉强度是什么？

极限抗拉强度（D点）是材料能够承受的最大应力，超过该点即使减小应力也可能继续产生应变，最终在E点断裂。

脆性材料和延性材料的应力-应变曲线有何不同？

脆性材料的极限强度点和断裂点靠近，如玻璃和石板；延性材料的极限强度点和断裂点相距较远，如铝、铜和钢。

橡胶的应力-应变曲线有何特点？

橡胶弹性区很大，但大部分区域不遵守胡克定律，没有明确的塑性区，可以产生较大应变。

什么是弹性区？

弹性区是指物体在去除外力后能完全恢复原状的区域，应力与应变可能成正比或非正比。

永久变形是如何产生的？

当物体在塑性区受力时，即使去除应力，仍会保留部分应变，这部分不能恢复的形变称为永久变形或永久设定。

什么是弹性体（Elastomer）？

弹性体是指可以拉伸产生较大应变的物质，如橡胶和心脏的弹性组织，它们可以承受很大形变而不破坏。

应力-应变曲线实验如何进行？

可以通过拉伸弹簧并记录不同外力下的长度变化，计算应变，再以应力（单位面积的力）为纵轴，应变为横轴绘制曲线。

应力和应变的单位是什么？

应力的单位是力/面积（如Pa或N/m²），应变是无量纲量，通常表示为长度变化的比值。