材料力学：环向应力，周向应力与内力的关系，热膨胀和受力“膨胀“”的受力区别

各位老师，问一个材料力学的基础问题，如图1一个罐体受内压P作用时，罐体壁厚中任取一微元，其是有沿周向分布的拉应力，且有内压作用时周向拉应力存在，没有内压P作用时不存在。而同样罐体不受内压作用时，仅仅是受热膨胀，其壁厚内部不存在周向拉应力，为什么受内压P作用时，壁厚内部存在拉应力，且P=0, 内部拉应力为0。而热膨胀时，始终没有周向拉应力？我的理解是：受内压P膨胀时，原子间偏离平衡距离，即原子间距在P作用下扩张，大于原子间平衡距离L0, 原子间作用力表现为引力，宏观集度到微元上表现为拉应力。而热膨胀，从50℃~200℃，原子间是从50℃的平衡距离，自由膨胀到200℃的平衡距离，从平衡距离到平衡距离，原子间距始终未偏离平衡距离，即原子间合力为0，宏观集度上未发生弹性变形，未产生拉应力。个人理解，不知道对不对，望各位老师指导

你的理解是正确的。在材料力学中，环向应力或周向应力是由于内部压力作用在容器壁上产生的力分布。当内压P存在时，容器的内壁受到压力，使得材料向外膨胀，产生张力或拉应力，这是一个物理弹性变形过程。原子间距因为内压而增大，从而在材料内部形成拉应力。

对于热膨胀情况，材料的膨胀是由温度变化引起的。当温度升高，原子或分子的运动加剧，平均距离增加，但这种增加是均匀的并且没有附加外部力的作用，所以原子间不会产生额外的引力或排斥力，因此宏观上不会产生如内压那样的拉应力。这种膨胀是基于材料本身属性和热力学原理的自然响应，而不是由外部力量造成的强迫变形。因此，在只有热膨胀的情况下，不会在材料内部产生与内压情况下相同的拉应力。
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热膨胀后，如果原子间距达不到你说的平衡距离呢。还有材料力学没有从微观的角度去考虑。

fansy0320 发表于 2025-2-20 10:26
你的理解是正确的。在材料力学中，环向应力或周向应力是由于内部压力作用在容器壁上产生的力分布。当内压P ...

好的，谢谢您的解答

看看看_knkRj 发表于 2025-2-20 15:11
热膨胀后，如果原子间距达不到你说的平衡距离呢。还有材料力学没有从微观的角度去考虑。 ...

如果达不到平衡距离，仍然会有内应力，内应力本质上和原子间距离及引力斥力有关的，比如淬火时，热传导限制，大厚工件内外温度差导致膨胀收缩“不同步”差异，局部加热和冷却时距离热源远近的膨胀收缩“不同步”差异，均会产生热应力，属于临近微元互相热变形受限钳制产生的，最终归结还是平衡距离不能完全表达处于受限状态，原子间引力斥力的问题，这个在材料力学没有说，但在材料专业前置的专业基础课里面是有提的。