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27.4 : 剪切应力的弹性应变能

正如前面课程中所讨论的,材料中的应变能是发生弹性形变时所储存的能量,这一概念在材料科学和机械工程中是至关重要的。这种能量是由来自材料内的内聚力所做的内部功。当材料受到剪切应力和相应的剪切应变时,便能够计算出其中的应变能密度(即单位体积内所存储的能量)。在弹性极限内,通过应力的刚性模量与应变是成正比的,应变能密度与剪切应变和刚性模量的平方是成正比的。

Equation 1

在实际应用中,例如当轴受到施加的扭矩时,便会出现扭曲,计算总应变能就变得非常重要。轴中的剪切应力可以通过内部扭矩和轴的极惯性矩来进行确定。对轴的体积进行积分后,该应力便产生了总应变能。在圆柱形轴中,这一积分涉及到轴的横截面积和长度,从而反映了其几何形状和材料特性(例如刚性模量)是如何对材料抵抗变形和存储能量的能力产生影响。这种理解对于设计既有弹性又能够有效的承受运行压力的机械结构是至关重要的。

Equation 2

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Elastic Strain EnergyShearing StressesMaterials ScienceMechanical EngineeringStrain Energy DensityModulus Of RigidityTotal Strain EnergyInternal TorquePolar Moment Of InertiaCylindrical ShaftsDeformation ResistanceOperational Stresses

来自章节 27:

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