在材料力学中常根据力的来源将力分为内力与外力,外力是来源于受力物体外部的作用力,外力作用于该物体上,并在该物体内部传递,该物体的内部被动产生一个反作用力,这个反作用力存在于物体的内部,称之为内力,材料抵抗外力产生最大的内力称之为抗力。本质上内力由外力而来,二力是一平衡力,其大小相等,方向相反,并在一条直线上。按材料受力后产生的形变效果,可形成五种常见的平衡形式,由此也产生五种常见的抵抗内力形式。
1、压缩力与支撑力 压缩力是能使受力物体的长度产生短缩趋势的一对力,二力大小相等、方向相反、相对而行,作用在一条直线上、压缩力所产生的形变称为短缩形变。压缩力是作用于受力物体外部的一对平衡力,由此也反作用产生一对相互平衡的内力,内力抵抗外力所产生的被动压缩趋势,该力起到一个阻碍压缩的支撑作用,所以也称之为支撑力。材料所能提供的最大支撑内应力称之为抗压强度或抗张力。 2、拉伸力与回缩力 拉伸力是能使物体的长度产生延长趋势的一对力,二力大小相等、方向相反、相向而行,作用在一条直线上,二力是一对平衡力,牵张力所产生的形变称之为拉伸形变。物体受到牵张平衡力作用后在受力物体内部同时也反作用产生了一对平衡内力,平衡内力具有抵抗牵张分离的作用,产生被动回缩的趋势,所以也称之为回缩力,材料阻碍牵张分离所能提供的最大回缩内应力称之为抗张强度或抗张力。 3、剪切力与阻挡力 所谓的剪切力是指产生剪切形变的一对外力,两个力的方向相反、大小相等且不在一条直线上的平行力,这种平行力也称之为力偶。 力偶不能平衡,会使物体产生旋转运动,或使物体发生歪斜变形或错动断裂效果,断裂面称为剪切面,剪切面是不同方向外力的交汇区,也是典型的中性轴或中性层,此处合外力为零。外力与旋转中心存在偏心距,故剪切力也存在力矩,这种力偶力矩称之为力偶矩,合力矩等于平行力中的一个力与平行力之间距离。平衡剪切力的内力具有阻挡剪切外力引起的错动或形变的作用,也称之为阻力或拦挡力,材料所能提供的最大阻挡内应力称之为抗剪强度或抗剪力。 4、扭转力矩与扭矩 扭转力是能使受力物体发生扭转趋势或绕轴线转动的一对力,二力大小相等、方向相反、不在一个平面上的平行力,扭转力也是一对力偶,力偶不能平衡,会使物体产生绕轴旋转运动,或使物体产生扭转形变。因为扭转外力与旋转轴线存在距离,故产生外力力矩,物体受到扭转平衡力矩作用后,在受力物体内部同时也反作用产生了一对平衡内力矩,该平衡内力矩起到阻碍扭转应变的作用,也称之为扭矩。 5、弯曲力矩与弯矩 弯曲力是能使受力物体产生弯曲趋势的一组外力,可以是偏心载荷,也可以是不在一条直线上的三点弯曲力或四点弯曲力(如图)。弯曲外力产生弯曲形变,外力与弯曲受力物体的旋转中心存在力臂,故弯曲外力也产生弯曲力矩。物体受到弯曲平衡外力矩作用后,在受力物体内部同时也反作用产生了一对平衡弯曲的内力矩,该内力矩起到阻碍弯曲形变的作用,也称之为弯矩。弯曲物体的弯矩体现两种内力,弯曲物体的凸侧表现为分离性的张力,可称之为张力侧,而在弯曲物体的凹侧表现为压缩性的压力,可称之为压力侧。材料抵抗弯曲所能提供最大的内应力称之为抗弯强度或抗弯力 以上总结了五种组合力以及作用效果,需要强调的是人体内骨骼承受的力是复杂的,很少只受一种组合力的作用,往往受到多种组合应力的作用,称为复合力或复合载荷,如压缩和弯曲、压缩和扭转、弯曲和扭转等。 (待续) |
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