材料内の応力の一般的な状態は、応力テンソルを使用して正確に表現できます。 このテンソルは、外部の力または変形を受ける材料内に分布する内部力をカプセル化します。
具体的には、XYZ とラベル付けされた 1 つの面が線 OA に垂直で、残りの面が点 O を原点とする座標軸に沿った四面体要素を考えます。 点 O などの任意の点で、 応力テンソルを使用して、O を通る任意の平面上の応力成分を決定できます。 このテンソルは、正四面体の面上の法線成分とせん断成分に分解することにより、さまざまな荷重条件下で材料がどのように反応するかを理解する上で重要です。
四面体の座標に沿った面の面積は、面 XYZ の面積に線分 OA の方向余弦 λ_x, λ_y,λ_z を乗じることによって計算されます。 これらの余弦は面の向きを座標軸に結び付け、 材料および構造設計にとって重要な力の解決に役立ちます。 OA に沿ったすべての力の合計がゼロに等しいという平衡条件により、 方向余弦を伴う二次形式で表される法線応力を求める方程式が導かれます。
この形式は応力の主軸を特定します。 新しい座標系が方向余弦に基づいて定義される場合、 せん断応力項が削除され、応力テンソルが単純化されます。これらの軸は、せん断応力が消失し、 主応力として知られる垂直応力が最大になる主平面を定義します。 これらの応力成分を理解することは、材料の破損モードを予測し、構造設計を強化するために不可欠です。
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