在材料力學中，拉應力是一個極為重要的概念，用於衡量材料在拉力作用下的變形和損傷特性。拉伸應力-應變曲線是衡量這一特性的基本工具，它將材料的橫座標設定為應變，縱座標設定為應力。曲線的形狀記錄了材料在外力作用下的變形過程，反映了拉應力的變化。當物體受到拉力時，拉應力即為物體內部單位面積的阻力，它在保護材料免受外界侵害中扮演著關鍵角色。
材料在拉力作用下，其變形和損傷特性可藉由拉伸應力-應變曲線來剖析，這是材料力學的核心概念之一。曲線的橫座標為應變，縱座標為應力。曲線形狀揭示了材料在外力作用下的變形歷程。
拉伸應力公式為 σ = dF/dA，這表示材料內部每單位面積承受的應力。通俗地説，拉應力就是物體抵抗外部作用力的單位面積內部阻力，彷彿物體內部眾志成城以抵抗外敵。如上圖所示，當物體受到拉力時，為平衡外力，物體內部的材料會在與力方向垂直且均勻的平面上承受平均拉應力。在這種應力作用下，物體產生的變形稱為應變。
當應力低於材料的彈性極限 σe 時，應力與試樣的應變呈正比，應力消除後，變形也完全消失，即試樣處於彈性變形階段。當載荷超過點“a”所對應的值後，拉伸曲線開始偏離直線。在工程上，σp 通常被視為屈服點，是材料保持彈性變形時的最大應力。在彈性階段，有一段特殊的線性“oa”段，這段時期應力和應變之間存在線性關係，符合胡克定律。彈性模量 E 一般大約為 200 GPa。
當應力超過 σe 到某一值時，應力與應變的線性關係被打破，應變顯著增大，而應力先減小後小幅波動，曲線上接近水平線的部分出現細小的鋸齒形線段。若載荷停止，試樣的變形只有部分恢復，同時會殘留一部分塑性變形。這表明材料的變形進入了彈塑性變形階段。
在拉伸試驗中，一旦試樣達到屈服點，即上圖中的“bc”部分，即使載荷不再增加，試樣仍會持續伸長，這時曲線中出現水平的間隔，這種現象稱為屈服或流動。屈服是由於金屬中晶體的滑移引起的。
|
拉伸試驗過程中材料的變形和應力變化 |
材料在拉力作用下的變形和損傷特徵，以及拉伸應力-應變曲線的解釋。
拉應力是物理學中一個重要的概念。它描述了在物體受到一個拉力時所產生的應力反應。拉應力可以發生在各種材料和結構中，包括金屬、塑料、混凝土等。
拉應力的特性
拉應力的大小取決於應力施加的力和物體的截面積。當外部力施加在物體上時，拉應力會在物體內產生應變，也就是物體發生變形。
拉應力的計算公式為：
拉應力 = 外部力 / 截面積
根據這個公式，我們可以看到拉應力與物體的大小和形狀有關。較大的外部力和較小的截面積會導致更高的拉應力。同樣地，較小的外部力和較大的截面積會導致較低的拉應力。
拉應力的應用
拉應力在許多領域中都有重要應用。例如，在工程結構設計中，工程師需要考慮拉應力來確定結構的強度和穩定性。他們需要確保結構能夠承受預期的拉應力，以防止結構的破壞或崩潰。
此外，在材料科學和製造工藝中，拉應力的控制也非常重要。材料的拉應力可以影響產品的品質和性能。因此，製造商需要對產品進行拉應力測試，以確保其符合應用要求。
結論
拉應力是描述物體受到拉力作用下所產生的應力反應的重要概念。它在各個領域中都有廣泛的應用，從工程結構設計到材料科學和製造工藝。通過對拉應力的瞭解和控制，我們能夠創造更強、更穩定和更優質的產品。
希望這篇文章能幫助你對拉應力有更深入的理解。
延伸閲讀…
基本概念
一篇文章瞭解拉伸應力應變曲線