二向应力状态分析的解析法究竟是怎样的呢?这篇文章我们来讨论以下二向应力状态分析的解析法。


我们要讨论的问题是:二向应力状态下,已知通过某一点的某些截面上的应力后,如何确定通过该点上的其他截面上的应力,具体得:如下图一,已知截面上的正应力和以及切应力sigmax和切应力Torxy;我们要求截面ef上的应力状态。


图1

我们对此单元体朝着面Z正投影,我们记这一平行于z轴和垂直于xy平面的截面ef的外法线与x轴的夹角为(这里从x轴转到外法线为逆时针的时候记为正,顺时针的是时候记为负)。

此时,我们使用截面法,如图2,截面ef上分解为两个应力分量,一个正应力sigmax',一个切应力Torx'y'。我们假定它的方向如图所示(也可以方向朝着1反转180度的方向,看个人喜好,如果取得方向不同,则最后出来得结果的相关项的正负号也会有所不同)


图2

我们首先把作用在aef部分上的内力的合力分别投影于ef的外法线x‘得:


带入具体数据如下:


这里会有点复杂,我这里具体解释一下。第一项表示斜截面ef上的正应力sigmax‘的所对应的内力的合力,所以就是用正应力sigmax‘乘以面ef的面积dA(一个无限趋近于0的面积);

第二项中


是指截面ae的面积。第二项整体表示截面ae上对应的正应力sigmax的对应的内力的合力在x’轴方向上的投影。也就是用sigmax乘以ae的面积再乘以

后面的项同样的道理,和x轴正方向相同的为正,反之为负。列出的第一个静力学平衡方程如上,求解出的结果如下:(这里再解释下,Torxy=Toryx是用了切应力互等定律)。


我们对其利用三角函数的倍角公式化简得:


同样的道理,我们列出另一个静力学平衡方程:


我们带入具体数据,带入上式得:


此篇完,下篇我们将进一步讨论二向应力状态分析,并开始讨论三向应力状态分析。

(参考资料:材料力学,刘鸿文;材料力学,张少实)