構件在受到外力作用下常見有５種變形，即彎曲變形、擠壓變形、扭曲變形、拉伸變形和剪切變形，使構件發生這５種形變的力分別叫作彎曲力、壓力、扭曲力、拉力、剪切力。

　　應力是我們進行結構設計時要考慮的問題。這一講我們來學習內力和應力，以及應力的計算公式。

　　一、內力和強度

　　構件在沒有受到外力作用時，其內部質點之間就已經存在著相互作用力，這種作用力使各質點之間保持一定的相對位置，并使構件維持一定的形狀，這時構件內各質點之間的相互作用力稱為固有內力。在沒有外力作用時，構件的固有內力是平衡的。

　　當外力作用于構件時，構件產生變形，構件內部各質點在固有內力作用下的平衡狀況被破壞，各相鄰質點之間產生了附加的相互作用力，這種相互作用力稱為附加內力。在討論構件的強度等問題時，常將附加內力簡稱為內力。

　　內力是由外力引起的，是對變形的一種抵抗。一般來說，外力越大，則構件的內力越大。當內力達到一定數值時，構件就會被破壞。

　　在工程技術中，不允許任何構件在正常工作情況下被破壞，這就要求構件必須具有抵抗被破壞的能力，這種能力稱作強度。從強度角度看，外力越大，構件內力也隨之增大，構件被破壞的危險就越大，但僅僅內力的大小還不能確切反映一個構件的危險程度，那么它還與什么有關呢？下面我們可以通過一個小試驗來進行說明。

　　二、應力及其計算

　?。?、應力

　　實驗：如下圖，在橫桿上懸掛兩根同一種材料（如泡沫等）做成、但粗細不同的直桿，分別在直桿的掛鉤上逐一加上相同的重物，直至其中一根直桿斷裂為止。
　　

　　很顯然，兩根直桿在相同拉力的作用下，橫截面積小的被破壞的程度大。為什么呢？原來構件被破壞的程度還與它的橫截面面積有關。構件單位橫截面面積所受的內力稱為構件的應力。應力、內力和橫截面面積之間的關系為：
　　σ＝Ｎ/Ａ
　　σ——應力
　?。巍獌攘?br/>　?。痢獧M截面面積
　　國際單位制中，應力的單位是帕，符號是Pa。由于帕是一個很小的單位，在工程上常使用兆帕（MPa）作為單位。面積的單位是平方米，符號是m²。內力的單位是牛，符號是N。
　?。剀疤崾荆涸趺礃?？應力的單位是不是和壓強的單位一樣呢？是的，其實它就相當于是壓強，相當于構件內部橫截面積受到的壓強，應力表現出來的特性就是對構件材料的破壞強弱。）
　　由以上公式可知，在內力不變的情況下，構件的橫截面面積越大，應力越小，危險性就越小。同截面垂直的應力稱為正應力或法向應力，同截面相切的應力稱為剪應力或切應力。如柱體垂直受壓時，其橫截面上的應力就是正應力；物體被剪切時，剪切面上就有剪應力；而梁彎曲變形時，其橫截面上除了具有正應力外，還有剪應力。

　　2、應力的計算

　　上次講義中我們學習了剪切力，下面我們來學習切應力的計算。

　　如上圖a所示，用鉚釘連接兩塊鋼板，當鋼板受到軸力F的作用時，鉚釘受到與軸線垂直、大小相等、方向相反、彼此相距很近的兩組力的作用（圖b），在這兩組力的作用下，鉚釘在m-m截面處發生剪切變形（圖c），m-m截面稱為剪切面。

　　用截面法可以計算鉚釘在剪切面上的內力。如下圖a所示，假想鉚釘沿m?m面切斷，取下部為隔離體來研究。設剪切面m?m上的內力為F_S，根據靜力平衡條件得
　　F_S=F
　　作用在剪切面上平行于截面的內力F_S稱為剪力，與F大小相等，方向相反。

　　在剪切面上切應力的分布是比較復雜的，對于可能發生剪切破壞的構件，其剪切強度計算，工程中采用實用計算的方法，假定剪切面上切應力是均勻分布的。即
　　τ＝Ｆ_S/A_S
　　式中F_s為剪切面上的剪力，A_s為剪切面面積。切應力τ的方向與剪力F_s一致，實質上就是截面上的平均切應力。

　　要判斷構件是否會發生破壞，就必須要了解構件材料的極限應力。材料的極限切應力是按計算切應力公式，根據剪切試驗所得破壞荷載而得來的
　　τ_b＝Ｆ_極/A_S 

　　也就是說，橫截面積為A_Ｓ的材料能承受的極限內力是Ｆ_極，選擇適當的安全因數n，得到的安全的切應力稱為許用切應力：
　　【τ】＝τ_b/n

　　材料受到的應力不超過許用應力時，材料才是安全的。于是，剪切強度條件，即材料受到的剪切應力滿足以下數值時才是安全的

　　τ＝Ｆ_S/A_S ≦【τ】

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