应力基本概念简介

塑性成形过程中材料始终受到外力的作用。物体所受外力通常可分为两类：一类是作用在物体表面的力，通常由模具与材料相互作用产生，称为面力或接触力，常常为分布力，如成形过程中材料与模具接触面上的压力和摩擦力；另一类是作用在物体每个质点上的力，如重力、磁力以及惯性力等，称为体力。塑性成形过程中，除高速锻造、爆炸成形、电磁成形等少数情况外，相对面力而言，体力为微小量，通常忽略不计。因此，本章假设所讨论的物体在面力作用下是保持静力平衡的。

外力作用下物体内部各质点间的相互作用力称为内力，单位面积上的内力相应称为内应力。如图9-1所示，物体在外力F1、F2…的作用下内部产生相应的内力。这里，我们过物体内任一点Q作法线为N的平面A将物体切为两部分，取下半部分作为研究对象。

若在点Q取一很小的面积ΔA，并设ΔA上内力的合力为ΔF，则定义

图9-1　面力、内力和应力

式中，S为A面上Q点的全应力，其国际单位为Pa（N/m2）。全应力S可以分解为垂直于A面的正应力σ和平行于A面的剪应力τ。面积dA为Q点在N方向的微分面，S、σ及τ则分别称为Q点在N方向微分面上的全应力、正应力及剪应力，三者之间满足S2=σ2+τ2。过Q点可以作无限多的平面，不同平面上的应力分量相对而言是不同的，即Q点的全应力S是随着平面法线方向N的变化而变化的。(www.xing528.com)

如图9-2所示，假设一横截面积为A0的匀截面棒料所受拉力为F，过棒料内一点Q作一截面，其法线N与拉伸轴成θ角。假设均匀拉伸，则A面上的应力为均匀分布。若设Q点在A面上的全应力为S，则S平行于拉伸轴，大小为

图9-2　均匀单向拉伸时的应力

其中，σ0为横截面上的正应力。相应地，由式（9-1）可得全应力S的正应力分量σ及剪应力分量τ为

由式（9-2）可以看出，棒料处于单向受力状态，若Q点任一截面的应力已知，则其他截面的应力可以确定。但是，实际塑性成形过程中材料绝大部分情况下处于多向受力状态，内部一点任意截面的应力都无法由该点其他方向截面上的应力确定，即仅用某一方向截面上的应力是无法全面表示一点所受应力的情况的。因此，为了全面描述一点的受力情况，有必要引入“点应力状态”的概念。