研究应力变化对于理解材料(如受到平面应力的立方体)中的应力分量是如何随旋转而发生变化是至关重要的。能够通过立方体内的棱柱形元素来分析这种变化。当元素发生旋转时,作用在其上方应力分量(法向应力和剪切应力)的大小和方向都会发生变化。使用旋转角度的三角函数来对这种变化进行量化,从而将作用在旋转元素表面的力与作用在其原始垂直表面的力联系起来。
平衡方程仅考虑垂直于主轴面上的力(不包括因旋转而作用在三角面上的任何力),因此可以推导出新的应力分量。法向应力和剪应力能够以原始应力的方式进行重新表达。
通过使用新的表达式来替换原有表达式中的旋转角度,即可得到旋转垂直轴上新的法向应力表达式。
该分析的一个显著结果是,无论立方体元素的方向是怎样的,法向应力的总和都不会发生变化。这种不变性凸显了材料对外部应力的各向同性所做出的响应,这对于预测不同负载条件下的材料行为使至关重要的。了解应力分量如何随元素的方向发生转变对于预测材料的失效模式和设计能够承受施加载荷的材料和结构是至关重要的。
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