單軸應力狀態

在桿件中一點處的應力狀態由其橫截面上的正應力就可以完全確定，這樣的應力狀態就是單軸應力狀態。

基本介紹

• 中文名：單軸應力狀態
• 套用領域：材料結構分析

簡介

在桿件中一點處的應力狀態由其橫截面上的正應力就可以完全確定，這樣的應力狀態就是單軸應力狀態。

單元體在兩對相互垂直的平面上只有切應力而沒有正應力的狀態，是純剪下應力狀態。

應力狀態（stress state）指的是物體受力作用時，其內部應力的大小和方向不僅隨截面的方位而變化，而且在同一截面上的各點處也不一定相同。應變狀態理論則研究指定點處的不同方向的應變之間的關係。應力狀態理論是強度計算的基礎。

相關概念

塑性和模型：

對金屬的塑性破壞機理的研究認為，塑性變形與剪下變形有密切關係。塑性變形不引起體積的改變，而且拉伸和壓縮的塑性特徵性狀幾乎一致，對於不同的金屬材料，所有這些特徵都是相同的。

其他工程材料，如混凝土、岩石、土等，其內部發生的現象與金屬材料的微觀現象有很大的區別。比如，混凝土材料的非線性特徵歸於微裂紋的發展，試驗結果也明顯不同，塑性性狀包含體積改變，並且這些材料的拉、壓特性也存在很大差別。然而，這些材料在壓力荷載作用下的典型應力—應變曲線卻展現了與典型彈塑性材料相似的特徵，所以，通過作些修正，金屬材料塑性理論的概念可以適用於這類材料。將塑性理論套用於這些材料的一個重要優點就是模型合乎邏輯性、簡明，且又不失數學上的嚴密性。

從微觀上講，工程材料並非均質、並非所有單元同時屈服，而且從彈性到塑性的過渡轉變是均勻發生的，這也正是我們發現試驗中得到的整個應力—應變曲線呈光滑過渡的原因。然而，從巨觀上我們可以認為這些材料為均勻的，材料單元在彈性極限之後屈服並順著整個應力—應變回響曲線變形。大部分塑性的本構模型正是基於這種均勻回響的概念建立的。

單軸應力的應變特性

在彈性極限點，材料開始累積永久應變，即使完全卸載變形也不會完全消失，這種永久應變稱為塑性應變。超過彈性極限點，變形中包括彈性和塑性應變，這個過程稱為彈塑性變形，或塑性變形或塑性流動。精確定義彈性極限是很困難的，所以，儘管已提出過不同的彈性極限定義方式，但一般在特殊套用中卻忽略了這種差別，並且在建立本構模型時比例極限一般也被看作彈性極限。對於金屬材料，彈性極限對應的應變一般介於0.1%～0.2%之間。

超過屈服點，應力—應變曲線斜率隨著荷載增大穩定且單調地減小，最後變為負值。在具有正斜率階段，即峰值荷載之前的非線性材料特性稱之為強化；反之，當荷載減小而變形增大階段稱為軟化。然而，試驗中常會發現軟化特性與局部的和非均勻的變形有關，比如金屬材料的頸縮。因此，應力—應變曲線的軟化部分並不總是描述真實材料的反應，因為它還包括結構幾何尺寸改變的影響。

有些材料，比如結構用鋼，具有一種重要且獨特的性能，稱之為延性。它的應力—應變曲線可以用兩條直線表達成理想的形式。

單軸應力的反向載入

就單調載入而言，初始荷載的載入方向對金屬特性回響產生的差別很小，金屬在拉伸和壓縮時的特性幾乎一致。然而，當強化型的材料受拉超過初始屈服點時，接著在反向施加壓力作用下，它將有不同的表現。

正是由於這種特性，塑性變形是一種各向異性過程，Bauschinger效應是一種由塑性應變引起的特殊的方向各向異性的形式，因為在後繼逆向荷載作用下，一個方向的初始塑性變形會減小其反方向的屈服應力。在多軸應力情況下，與這種現象對應的是具有不同方向屈服應力之間的相互影響和橫向效應，在多軸應力情況下，某一方向的預加應變達到塑性範圍將會改變其所有方向的屈服應力值。因此Bauschinger效應對於多維問題更重要，包括荷載方向有明顯改變的複雜應力歷史，比如應力改變符號、循環荷載等等。