[科普中国]-单轴应力状态

在杆件中一点处的应力状态由其横截面上的正应力就可以完全确定，这样的应力状态就是单轴应力状态。

简介在杆件中一点处的应力状态由其横截面上的正应力就可以完全确定，这样的应力状态就是单轴应力状态。

单元体在两对相互垂直的平面上只有切应力而没有正应力的状态，是纯剪切应力状态。

应力状态（stress state）指的是物体受力作用时，其内部应力的大小和方向不仅随截面的方位而变化，而且在同一截面上的各点处也不一定相同。应变状态理论则研究指定点处的不同方向的应变之间的关系。应力状态理论是强度计算的基础。

相关概念塑性和模型：

对金属的塑性破坏机理的研究认为，塑性变形与剪切变形有密切关系。塑性变形不引起体积的改变，而且拉伸和压缩的塑性特征性状几乎一致，对于不同的金属材料，所有这些特征都是相同的。

其他工程材料，如混凝土、岩石、土等，其内部发生的现象与金属材料的微观现象有很大的区别。比如，混凝土材料的非线性特征归于微裂纹的发展，试验结果也明显不同，塑性性状包含体积改变，并且这些材料的拉、压特性也存在很大差别。然而，这些材料在压力荷载作用下的典型应力—应变曲线却展现了与典型弹塑性材料相似的特征，所以，通过作些修正，金属材料塑性理论的概念可以适用于这类材料。将塑性理论应用于这些材料的一个重要优点就是模型合乎逻辑性、简明，且又不失数学上的严密性。

从微观上讲，工程材料并非均质、并非所有单元同时屈服，而且从弹性到塑性的过渡转变是均匀发生的，这也正是我们发现试验中得到的整个应力—应变曲线呈光滑过渡的原因。然而，从宏观上我们可以认为这些材料为均匀的，材料单元在弹性极限之后屈服并顺着整个应力—应变响应曲线变形。大部分塑性的本构模型正是基于这种均匀响应的概念建立的。1

单轴应力的应变特性在弹性极限点，材料开始累积永久应变，即使完全卸载变形也不会完全消失，这种永久应变称为塑性应变。超过弹性极限点，变形中包括弹性和塑性应变，这个过程称为弹塑性变形，或塑性变形或塑性流动。精确定义弹性极限是很困难的，所以，尽管已提出过不同的弹性极限定义方式，但一般在特殊应用中却忽略了这种差别，并且在建立本构模型时比例极限一般也被看作弹性极限。对于金属材料，弹性极限对应的应变一般介于0.1%～0.2%之间。

超过屈服点，应力—应变曲线斜率随着荷载增大稳定且单调地减小，最后变为负值。在具有正斜率阶段，即峰值荷载之前的非线性材料特性称之为强化；反之，当荷载减小而变形增大阶段称为软化。然而，试验中常会发现软化特性与局部的和非均匀的变形有关，比如金属材料的颈缩。因此，应力—应变曲线的软化部分并不总是描述真实材料的反应，因为它还包括结构几何尺寸改变的影响。

有些材料，比如结构用钢，具有一种重要且独特的性能，称之为延性。它的应力—应变曲线可以用两条直线表达成理想的形式。

单轴应力的反向加载就单调加载而言，初始荷载的加载方向对金属特性响应产生的差别很小，金属在拉伸和压缩时的特性几乎一致。然而，当强化型的材料受拉超过初始屈服点时，接着在反向施加压力作用下，它将有不同的表现。

正是由于这种特性，塑性变形是一种各向异性过程，Bauschinger效应是一种由塑性应变引起的特殊的方向各向异性的形式，因为在后继逆向荷载作用下，一个方向的初始塑性变形会减小其反方向的屈服应力。在多轴应力情况下，与这种现象对应的是具有不同方向屈服应力之间的相互影响和横向效应，在多轴应力情况下，某一方向的预加应变达到塑性范围将会改变其所有方向的屈服应力值。因此Bauschinger效应对于多维问题更重要，包括荷载方向有明显改变的复杂应力历史，比如应力改变符号、循环荷载等等。2

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学