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一个部件在力的作用下是如何被破坏的？ 这是一门大学问，研究这一问题的学问就叫材料力学。材料力学提供给我们一种方法，让我们可以计算出部件上的力是不是超出了最大限度，来判断部件会不会被破坏。 这种方法用途真挺多，因为我们在制造碳纤维复合材料部件的时候，有很多承载载荷的部件，比如自行车架、传动轴、机械臂等，都需要计算强度能不能满足使用要求。在工程学上，这些承载载荷的部件，统称为构件。 一个合格的构件应该满足使用条件下的强度要求，也就是说在使用过程中不能发生破坏。还要满足刚度要求，也就是说使用过程中变形不能太大。最后还得满足稳定性要求，比如细长的杆不能被压弯。 要想知道构件在力的作用下是如何被破坏的，首先我们得了解力作用在构件上，构件内部发生了什么？
对，是变形！我们知道，物质是由原子构成的。构件内部其实是由一个个粒子组合起来的，就像沙粒堆成城堡。假设粒子分布都是很均匀的，粒子与粒子之间没有空隙，每一个粒子都与周围所有方向上的粒子具有相同的距离和结合力，也就是各项同性。 有了均匀性、连续性、各项同性的假设，再来分析构件内部发生了什么就容易得多了。当研究构件受力的时候，可以设想把这个构件从周围物体中单独取出来，并用力来代替周围物体对构件的作用。 根据作用方式不同，外力可分为表面力和体积力，体积力是作用在物体各个点上的力，比如重力。而表面力就是作用在物体表面上的力，可分为分布力和集中力，分布力比如油缸内壁上的压力，集中力比如火车车轮对钢轨的压力。 内力与应力 外力作用在构件上使构件产生变形，那么内部各个部分之间的相对位置发生了改变，这种改变引起了构件内部各个点之间产生相互作用力，称为内力。这个内力是由于外力作用下产生变形引起的内力，是附加内力，是外力作用下的响应。 外力越大，产生的变形就越大，引起的响应内力就越大。达到一定的程度，就会使构件破坏。要精确预测构件会不会被破坏，就要精确计算出内力的大小。 既然内力是在构件内部，那么我们选任一截面，进行研究，截面同时把构件分为两个部分I和II。 拿I部分来研究，II作用在I上的力，可以用I-II截面上的内力来表示。界面上的内力与I的外力相平衡，大小相等，方向相反。同理利用II也可以计算出内力，两者是等效的。此为截面法。 截面法计算内力三个步骤： 1. 沿截面假想地把构件分成两部分，取任一部分为研究对象，并弃去另一部分； 2. 以作用于截面上的内力代替弃去部分对取出部分的作用； 3. 建立取出部分的平衡方程，确定未知的内力。 这里取出来的内力，其实是分布在截面上分布力的合力，无法说明在某一点处的强弱程度，所以在截面上取一个微小区域△A，在△A上分布的内力合力为△F，他们的比值
变形与应变 当物体在外力作用下产生变形，如下图，在拉力作用下，物体长度伸张了△L。这个伸长量与原来长度的比值，就是单位长度的伸长量，反映了在长度方向上的变化率。这个变化率用ε表示，称为线应变或者应变。 当力的方向与变形方向平行于截面的时候，如下图， 在力的作用下，物体沿截面平行方向变形，与原来形状改变了一个角度，这个角度的变化率称为切应变或者角应变，用γ来表示。 基本变形形式 对于一个构件，它的变形主要由前述线应变和切应变来描述，所有变形的积累就形成整个构件的整体变形。构建的基本变形有五种，拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲。 材料力学将给出各种变形的计算公式。 |
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代表在单位面积内内力的平均集度，称为平均应力。随着
