strain

定義：由外力所引起的物體尺寸和形狀的單位變化量。

學(xué)科：機(jī)械工程 力學(xué) 物理學(xué) 冶金學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)

相關(guān)名詞：應(yīng)力 形變 度量

圖片來源：視覺中國

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“應(yīng)變”是科技與工程領(lǐng)域一個(gè)關(guān)鍵而基礎(chǔ)的概念。它精準(zhǔn)地度量了物體在外力作用下發(fā)生的形狀改變程度，是我們理解物質(zhì)如何變形的一套科學(xué)“量尺”。

為了方便理解，我們將“應(yīng)變”與“應(yīng)力”做一個(gè)比較。當(dāng)我們用力拉一根皮筋時(shí)：應(yīng)力，就是手施加在皮筋單位面積上的“內(nèi)力”，是原因，是驅(qū)動(dòng)變化的“推力”。應(yīng)變，就是橡皮筋自身被拉長的程度，是結(jié)果，是形狀改變的“量化描述”。

應(yīng)變主要分為兩大類：正應(yīng)變和切應(yīng)變。

正應(yīng)變，又稱線應(yīng)變，描述的是物體在受到拉伸或壓縮時(shí)，長度方向上的變化。例如，拉長彈簧時(shí)，其增長長度與原長之比，即為拉伸正應(yīng)變；按壓彈簧時(shí)，其縮短長度與原長之比，則為壓縮正應(yīng)變。

切應(yīng)變，又稱剪應(yīng)變，描述的是物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)的形變程度，通俗地說就是“扭曲”。將一本書平放在桌上，用手推動(dòng)書的封面，書的形狀由此發(fā)生扭曲，這個(gè)過程中就產(chǎn)生了切應(yīng)變。地震時(shí)，地殼板塊相互擠壓錯(cuò)動(dòng)，就是巖層中積累的巨大剪切應(yīng)變能瞬間釋放的結(jié)果。

對(duì)應(yīng)變的深入研究，是理解材料與保障安全的核心。通過繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，人們可以清晰地解讀出材料的“性格”：是脆弱的，還是堅(jiān)韌的，或是柔軟的。這些特性決定了材料的應(yīng)用場景。在任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算和控制在載荷下可能產(chǎn)生的應(yīng)變是確保安全的前提，無論是高樓在風(fēng)中的輕微擺動(dòng)，還是機(jī)翼在氣流中的彎曲，其應(yīng)變都必須被嚴(yán)格限制在材料所能承受的安全范圍之內(nèi)。應(yīng)變片是現(xiàn)代測控技術(shù)的核心元件之一，它往往粘貼在橋梁、機(jī)械、航天器等的關(guān)鍵部位，實(shí)時(shí)感知結(jié)構(gòu)的“健康”狀況，為預(yù)警和診斷提供最直接的數(shù)據(jù)。

總之，“應(yīng)變”是我們用以量化物質(zhì)世界形變的一套精密“語言”。從微微彎曲的塑料尺，到橫跨江河的懸索大橋，再到腳下廣闊的地殼板塊，應(yīng)變深刻地影響著我們?nèi)粘Ｉ钆c科技發(fā)展的方方面面。

（延伸閱讀作者：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社編審 孔慶勇）

責(zé)任編輯：張鵬輝