材料力学：什么是应力？

今天将介绍工程与机械机构中的重要概念之一——应力。只要物体受到力的作用，就存在应力，而且可以计算。因此可以说，在日常生活中，几乎所有物体都承受着应力。

那么，什么是应力呢？

先来了解应力的定义。应力定义为作用于单位面积(A)上的力(P)，用希腊字母西格玛‘σ’表示。应力(σ)可能均匀分布，也可能在不同位置具有不同的大小。

用公式表示应力如下。

σ = P/A

以上图（图1）为例。假设作用于图中截面mn上的应力均匀分布于整个面积。那么这些应力的合力就等于应力大小乘以杆的横截面积A。也就是前面说明的关系，用公式表示为P/A = σ。

这一公式表示具有任意截面形状、承受轴向载荷的杆中的均匀应力大小。

应力类型：
拉应力与压应力

如果杆在力P的作用下伸长，就称为杆受到“拉应力”；

如果力转向相反方向而使杆受压，则是“压应力”。“正应力/垂直应力”作用方向垂直于切面，
而“剪应力”则平行于表面作用。


一般将拉应力定义为正值，
压应力定义为负值。
由于正应力σ是轴向力除以横截面积，因此其单位为力的单位除以面积单位。

应力通常用磅每平方英寸(psi)或千磅每平方英寸(ksi)表示。

单位换算：

使用SI单位时，
力用牛顿(N)表示，
面积用平方米(m²)表示。

因此，应力的单位为牛顿每平方米(N/m²)，也就是帕斯卡(Pa)。

但帕斯卡是很小的单位，通常会使用兆帕(MPa)等较大的倍数单位。

（顺便说明，SI单位前的K，即千，表示乘以1000；M，即兆，表示乘以1000×1000。例如，谈到存储容量时常说“多少千字节”“多少兆字节”，这些名称就是从这里来的！）

如果杆中的应力为1.91 ksi，换算为SI单位约为13.2 MPa，即13.2 x 10^6 Pa。（10^6表示将10相乘6次。）

虽然SI中不推荐这种写法，但有时也用牛顿每平方毫米(N/mm²)表示应力，它与兆帕(MPa)是相同的单位。

今天我们讨论了应力的基本概念及其单位换算。这些基础知识不仅可以用于材料科学和建筑，还可以应用于其他各种领域。

那么，下次文章再见！

来源：[1] Mechanics of materials, JM Gere, BJ Goodno et. al - 2012 - Cengage learning