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27.1 : 应变能

应变能是材料科学和结构工程领域中的一个基本概念,用来描述材料或结构在荷载的作用下发生变形时所吸收的能量。

假设有一根一端固定并在自由端承受轴向力的杆。该轴向力在杆内能够产生应力,从而导致其伸长。随着轴向力的逐渐增加,杆伸长的长度也会随之增加,这说明了所施加的力与产生的变形之间的直接关系。这种行为可以通过荷载-变形曲线来进行图形化表示。

轴向力使杆发生伸长所做的功等于力与相应伸长量的乘积。从图形上来看,其中的功相当于给定伸长量中荷载-变形曲线下的面积。为了计能够算任何给定伸长量在杆上所做的总功,必须对伸长极限上对力-伸长方程来进行积分。总功表示了输入到系统的能量,该能量被存储为应变能。在材料的弹性极限内,由于弹性变形而储存在材料中的应变能 U 与伸长率的平方是成正比的。

Equation 1

应变能的概念使得工程师能够量化材料或部件中的能量吸收能力,这对于评估其承受载荷而不发生永久变形或失效的能力是至关重要的。应变能在各种工程应用中也发挥着关键作用,例如减震器、储能装置的设计以及对冲击力的分析。

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Strain EnergyMaterials ScienceStructural EngineeringDeformationAxial ForceStressElongationLoad deformation PlotWork DoneEnergy AbsorptionElastic LimitStrain Energy StorageEngineering ApplicationsShock AbsorbersImpact Forces

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