弯曲 (力学)

✍ dations ◷ 2025-03-04 11:50:42 #静力学,固体力学,变形

弯曲(bending)也称为屈曲(flexure),为材料力学的名词.是指一形状狭长的结构件固体,受到和其长轴垂直的外力时,固体变形的情形。

若结构件在某一方向长度很长,另外二方向的尺寸是该方向尺寸的1/10或更小,即满足上述形状狭长的定义,当其长度显著的大于其宽度及厚度,此结构件会称为梁。例如衣櫉中的横杆会因为衣架上衣服的总重量而变形,就是梁受力弯曲的例子。另外方面,壳层(英语:Shell (structure))是指另外一种结构,其长宽是相近的数量级,但其厚度较长宽要小很多。例如一个大直径、薄壁,长度和直径相当的管子横放,一侧固定,上方乘载重量,是壳层受力弯曲的例子之一。

若没有具体说明物体的形状,“弯曲”可以指任何外形物体的弯曲。在工程应用上,有时会说明弯曲物体的形状,例如“杆的弯曲”(bending of rods)、“梁的弯曲”(bending of beams)、平板弯曲(英语:Bending of plates)(bending of plates)、壳层弯曲(bending of shells)等。

梁在受到侧向力时,其内部会变形,而且会产生应力。准静(quasi-static)弯曲是假设弯曲产生的形变以及应力不随时间而变化。若考虑一水平梁,两侧固定,中间受到往下的力,梁的上半部会受到压缩力,而梁的上半部会受到拉伸力。由于其侧向力,会产生以下两种内应力:

后二个力会形成力偶或是矩(英语:Moment (physics)),两个力大小相等,方向相反。弯矩(英语:Bending moment)会抵抗梁受力弯曲时的变形特性。若一些简化的假设成立,可以精确估测梁上的应力分布。

在细长梁的欧拉﹣伯努力栋梁方程中,重要的假设是“平面截面在受力后仍维持平面”,换句话说,不考虑剪力对截面的影响(无剪切形变)。而且线性的应力应力分布只适用于最大应力小于材料屈服强度情形。(条目塑性弯曲(英语:plastic bending)会探讨应力超过屈服强度的情形。)在材料屈服时,截面受到的最大应力(在离梁的中性轴(英语:neutral axis)最远的位置)定义为抗挠强度(英语:flexural strength)。

考虑以下条件成立的梁:

此情形下,描述梁形变( w {\displaystyle w} = 0, = 1

mode = 0, = 2

mode = 1, = 2

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