本構關系
編輯在物理學和工程學中,本構方程或本構關系是特定于材料或物質的兩個物理量(尤其是與運動學量相關的動力學量)之間的關系,并且近似于該材料對外部刺激的響應,通常為 應用領域或力量。 它們與其他支配物理定律的方程相結合來解決物理問題; 例如,在流體力學中,流體在管道中流動,在固態物理學中,晶體對電場的響應,或在結構分析中,施加的應力或載荷與應變或變形之間的聯系。
一些本構方程只是現象學的; 其他則源自xxx原則。 常見的近似本構方程通常表示為簡單的比例關系,使用的參數被視為材料的屬性,例如電導率或彈簧常數。 然而,通常需要考慮材料的方向依賴性,并將標量參數推廣到張量。 本構關系也被修改以說明材料的響應速率及其非線性行為。 請參閱文章線性響應函數。
定義
編輯固體變形
摩擦
摩擦是一種復雜的現象。 宏觀上,兩種材料界面之間的摩擦力 F 可以通過無量綱摩擦系數 μf 建模為與兩個界面之間接觸點處的反作用力 R 成正比,
這可以應用于靜摩擦(防止兩個靜止物體自行滑動的摩擦)、動摩擦(兩個物體相互刮擦/滑動之間的摩擦)或滾動(防止滑動但會導致扭矩施加在其上的摩擦力) 圓形物體)。
壓力和應變
線性材料的應力-應變本構關系通常稱為胡克定律。 在最簡單的形式中,該定律在標量方程中定義了彈簧常數(或彈性常數)k,表明拉伸/壓縮力與延伸(或收縮)位移 x 成正比
意味著材料線性響應。 等效地,根據應力 σ、楊氏模量 E 和應變 ε(無量綱)
通常,使固體變形的力可以垂直于材料表面(法向力)或切向(剪切力),這可以使用應力張量進行數學描述
其中 C 是彈性張量,S 是順應性張量。
固態變形
彈性材料的幾類變形如下:
塑料當應力(或彈性應變)達到臨界值(稱為屈服點)時,施加的力會在材料中引起不可恢復的變形。
材料在變形后恢復其初始形狀。
粘彈性如果隨時間變化的電阻貢獻很大,并且不能忽略。 橡膠和塑料都有這個性質,當然不滿足虎克定律。 事實上,會發生彈性滯后。無彈性如果材料接近彈性,但施加的力會引起額外的時間相關阻力(即除了延伸/壓縮之外,還取決于延伸/壓縮的變化率)。 金屬和陶瓷具有此特性,但它通常可以忽略不計,盡管在由于摩擦(例如機器中的振動或剪切應力)而產生的熱量時可以忽略不計。超彈性施加的力會在材料中引起位移。
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