在工程领域中,弹性力学是一门重要的基础学科,它研究的是固体材料在外力作用下产生的变形和应力分布规律。为了便于分析与计算,许多学者总结出了一系列的公式来描述这些物理现象。以下是一些常用的弹性力学公式:
1. 应力-应变关系(胡克定律)
对于线弹性材料,其应力与应变成正比关系:
σ = E ε
其中,σ 表示正应力,ε 是对应的应变,E 为材料的杨氏模量。
2. 泊松比公式
当一个方向受到拉伸或压缩时,其他方向会产生横向收缩或膨胀,这种现象可以用泊松比来描述:
ν = -ε_transverse / ε_axial
这里,ν 是泊松比,ε_transverse 和 ε_axial 分别代表横向和轴向的应变。
3. 平面问题的基本方程
在平面应力和平面应变条件下,位移分量 u 和 v 满足以下微分方程组:
∂²u/∂x² + ∂²u/∂y² = (1+ν)/E (∂σ_x/∂x + ∂τ_xy/∂y)
∂²v/∂x² + ∂²v/∂y² = (1+ν)/E (∂τ_yx/∂x + ∂σ_y/∂y)
4. 圆柱坐标系下的平衡方程
在圆柱坐标系中,径向 r 和环向 θ 方向上的平衡条件分别为:
∂σ_r/∂r + (σ_r - σ_θ)/r + ∂τ_rθ/∂θ = 0
∂τ_rθ/∂r + (τ_rθ/r) + ∂σ_θ/∂θ = 0
5. 能量原理
根据最小势能原理,在给定边界条件下,系统达到稳定状态时的总势能取极小值。这一原则广泛应用于有限元法等数值方法中。
以上只是弹性力学中的部分基本公式,实际应用中还需要考虑更多复杂的因素如温度变化、非线性行为等。掌握好这些基础知识有助于解决各种实际工程问题。