应变能

势能的一种形式,能量以变形或应变的形式储存。

每个微小体积 \( dV \) 中局部应变能的通用公式为 —

\begin{align} \label{eq:13301a} \textsf{Local strain energy} = \small\frac{1}{2} \normalsize \, \textsf{stress} \, \textsf{strain} \, dV \end{align}

则整个构件的总应变能为 —

\begin{align} \label{eq:13302a} \textsf{Total strain energy} = \sum \textsf{Local strain energy} \end{align}

其中 —

\( \sum \) = 对整个体积求和

拉压载荷

对于仅承受拉伸或压缩的构件(轴向谐振器的典型情况),局部应变能由下式给出 —

\begin{align} \label{eq:13303a} \textsf{Local strain energy} &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, \sigma \, \epsilon \, dV \\[0.7em]%eqn_interline_spacing &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, E \, \epsilon^2 \, dV \nonumber \\[0.7em]%eqn_interline_spacing &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, \frac{\sigma^2}{E} \, \, dV \nonumber \end{align}

其中 —

\( \sigma \) = 轴向应力
\( \epsilon \) = 轴向应变
\( E \) = 弹性模量

且其中胡克定律为 —

\begin{align} \label{eq:13304a} \sigma = E \, \epsilon \end{align}

纯剪切载荷

对于仅承受纯剪切载荷的构件(扭转谐振器的典型情况),局部应变能由下式给出 —

\begin{align} \label{eq:13305a} \textsf{Local strain energy} &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, \tau \, \gamma \, dV \\[0.7em]%eqn_interline_spacing &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, G \, \gamma^2 \, dV \nonumber \\[0.7em]%eqn_interline_spacing &= \small\frac{1}{2} \normalsize \, \frac{\tau^2}{G} \, \, dV \nonumber \end{align}

其中 —

\( \tau \) = 剪切应力
\( \gamma \) = 剪切应变
\( G \) = 剪切模量

且其中胡克定律为 —

\begin{align} \label{eq:13306a} \tau = G \, \gamma \end{align}

另见 —
动能
储能
细长纵向谐振构件中储存的能量

参考文献 —
Juvinall,第 145 - 149 页
Shigley,第 66 - 71 页