载荷及其效应

使材料或结构（以下统称构件）产生内力或变形的外力及其它因素称为载荷。更一般的，对构件工作性能产生不良影响的外在因素，统称为载荷，如力、弯矩、温度以及腐蚀等。

根据随时间变化特性，载荷分静载荷和动载荷：静载荷随时间不变化或者变化非常缓慢，而动载荷是指随时间变化显著的载荷。动载荷随使用时间的变化可以是有规则的，也可以是不规则的，甚至是随机的。起重行车吊钩分批吊起不同的重物，承受变幅循环的载荷；火车在不平的道路上行驶时，弹簧等零部件所承受的载荷则是随机的。

（被海水腐蚀的风力发电机机架）

载荷描述的是构件承受的外部载荷，在外载荷作用下构件有什么变化？构件内部间相互作用如何描述呢？

（静载荷与动载荷）

（动载荷形式）

载荷描述的是构件承受的外部载荷，在外载荷作用下构件有什么变化？构件内部间相互作用如何描述呢？

外载荷作用下，当构件不能自由移动时，其几何尺寸和形状将发生变化（也即形变），构件或某点处的变形程度称为应变。

（线应变）

构件发生形变时，内部某一截面m（图13-6）上产生了大小相等、方向相反的反作用力ΔF以平衡外力。与外载荷相对应，该反作用力ΔF称为内力。内力在某一点的分布集度，即单位面积上的内力，称为应力。

（剖面受力分析）

应力大小可以用以下方式描述：

σe值等于该截面上的内力除以面积，为名义应力，也称工程应力。如果以截面上的某一个点所在区域为研究对象，当面积 ΔA 趋于0时，ΔF与ΔA 比值σr称为该点的真实应力。真实应力反映的是某点的真实受力状况，但不容易测量。

脆性材料断裂前变形很小，所以往往采用工程应力来描述，而塑性材料在大变形情况下采用真实应力表示。

对截面m上的各点而言*，其应力不一定都是相等的，而会有一些差异。应力集中是指由于外界或自身几何形状、外形尺寸发生突变等因素而引起构件局部范围内应力显著增大的现象，它反映的是内力在构件内部分布不均匀性。截面m*上的应力集中系数可以用应力集中处的最大应力σmax与净截面上的平均应力𝜎̅之比表示：

外载荷作用下，构件抵抗变形和失效的能力称为强度。相应的寿命是指构件失效前的服役时间。不同构件对寿命的衡量指标不尽相同，火车及其零部件通常用运营里程或使用年限来表示。

我们再回头看一下应力集中效应。在不同场合，应力集中影响也具有两面性。构件强度遵循木桶理论，裂纹总是在应力较高的局部（即短板）开始形成，扩展到一定程度时导致破坏发生。因此，应力集中会使裂纹更容易萌生和扩展，导致构件强度降低。产品设计时要注意细节，尽可能地减少应力集中现象。

应力集中也有它积极的一面。生活中，一些食品包装袋封口设计成锯齿状或缺口，由于截面的变化，在锯齿或缺口根部出现应力集中，使强度降低，顾客更容易打开包装。

(应力集中效应)

（免责声明：内容来源于网络，版权归原作者所有。本文为科普性知识，仅作信息交流之目的，不做商业用途，如涉及作品内容、版权和其它问题，请联系我们删除）