上篇文我们说到,内力是作用在截面上的各个点上的,我们所说的内力实际上为截面上内力的合力或者和力矩 。最一般的情况下,一个截面上的内力是一个空间内力系,总可以向一点去合成后者简化成为三个主矢,三个主矩 ,我们分别把它们称为轴力,剪力,弯矩,扭矩等(具体的情况可能并不是这六个量都有,可能只有一个轴力加剪力等等,具体问题具体分析) 。同时我们还规定了内力的方向(与截取与保留的实体有关) 。
有了以上的知识,我们就需要引出材料力学中的包括所有力学中的一个重要概念——应力 。
上文我们知道,受力构件不同截面上的内力都是不同的,事实上,即使在同一截面,各个点上的内力也是不尽相同的 。可见我们研究构件强度的时候,我们只研究截面上的内力是不够的,我们还需要研究作用在各个点上的内力 。应力就是构件上一点的内力 。
下面我们给出它具体的数学定义:

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我们对于此构件取截面I-I,我们知道这个截面上的每个点的内力都是不同的,大小和方向各异 。我们现在研究I-I面上的a点的应力,我们在I-I面上围绕a点取一个微截面Delta A 。在这个小微面积上的内力和大小都是不同的 。在这个微小的面积上的内力总可以向a点简化或者合成,得到一个主矢Delta Fn,一个主矩Delta Mn 。也就是说得到这个微小的面积上内力在a点的合力和合力矩 。我们想求a点上内力的大小,我们就可以让 Delta A 逐渐趋近于0,我们把

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表示为DeltaA 面上每一个点的平均内力 。当Delta A 逐渐趋近于0,利用数学中的极限思想 ,我们有

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我们把p记作a点的全应力 。它的单位是Pa(N/m^2),Mpa(N/mm^2)或者Gpa.(而对于Delta A 面上的和力矩 。当Delata A趋近于0的时候,因为各个点到a的距离逐渐趋近于0,则Delta Mn趋近于0.)
我们注意到,Delta Fn是一个矢量,Delta A是个标量,所以a点的全应力p也是一个矢量 。既然是矢量,我们就可以对它进行分解 。

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图2
如图2,我们把它分解为法向合分量我们称之为正应力sigma,
切向的分量称作切应力

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(当然我们可以任意分解,但是这样分解便于我们研究强度问题)
同时,也可以沿着正交的y轴合z轴分别分解为两个应力的分量

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这里需要说明以下这个命名规则 。第一个x代表的切应力作用在哪个面上(这里称作x面是指法向为x轴的面),第二个角标y表示切应力作用沿着y轴 。
至此,我们就对一般的,截面上任意一点的应力的概念进行了确切的定义和解释 。
以上分析可见,应力是受力物体内某个截面上某一点上内力分布集度 。通常情况下,物体内各点应力是不同的,对于同一点不同方位截面上应力亦不同 。这样,应力离开它的作用点是没有意义的,同样,离开它的作用面亦是没有意义的 。
(参考资料,材料力学 刘鸿文,材料力学,张少实)
下文我们将研究一点的应力状态分析 。祝大家中秋国庆快乐!

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