機械性質

應力(stress)

推壓某個物體時,力必須分散到它作用的面積上。細釘子和粗柱子都能撐住你的體重,但釘子承受得凶狠得多,因為同樣的力被集中在小得多的一塊材料上。應力正是把這個概念化成數字:力除以承載它的面積。無論零件是大是小,應力才是材料真正感受到的東西。

工程應力寫成 sigma = F / A0:施加的力 F 除以原始橫截面積 A0。單位是帕斯卡,Pa = 每平方公尺一牛頓;工程上通常用百萬帕 MPa = 10^6 Pa,或十億帕 GPa = 10^9 Pa。舉個算例:一根直徑 10 mm 的圓棒,面積 A0 = (pi/4) x (0.010)^2 = 7.85 x 10^-5 m^2。用 7850 N 拉它,應力就是 7850 / 7.85e-5 = 100 MPa。拉開是拉應力(取為正),擠壓是壓應力(負),而沿著面積側向作用的力則給出剪應力,寫成 tau。

決定材料會不會降伏或斷裂的是應力,而不是單純的力,這就是為什麼所有強度都以每單位面積的 MPa 表示:在小試棒上量到的數值,就能套用到任何粗細的橋樑纜索上。有一個要誠實面對的地方:因為工程應力永遠除以原始面積,一旦延性棒材開始變細(頸縮),那個頸部真正的每單位面積受力其實比你畫出來的數值更高。這個落差正是真實應力存在的理由。

單腳站在冰刀上與站在雪鞋上:體重相同,但薄薄的刀刃把重量集中到極小的面積(高應力,會切進去),而寬大的雪鞋把它攤開(低應力,你能浮在雪面上)。

應力 = 力 / 面積,所以同樣的力,依分擔它的材料多寡不同,會產生天差地遠的應力。

應力是每單位面積的力,而不是力本身——小力作用在極小面積上也可能是巨大的應力。工程應力用的是原始面積;頸縮之後,真實應力會高於畫出來的數值。

又称
engineering stress工程應力sigma