4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Деформация что это такое

Деформация

(от лат. deformatio — искажение)

изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Д. представляет собой результат изменения междуатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно Д. сопровождается изменением величин междуатомных сил, мерой которого является упругое Напряжение.

Наиболее простые виды Д. тела в целом: Растяжение — сжатие, Сдвиг, Изгиб, Кручение. В большинстве случаев наблюдаемая Д. представляет собой несколько Д. одновременно. В конечном счёте, однако, любую Д. можно свести к 2 наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу. Д. тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки. Д. твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование Д. заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

Д. твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикционный эффект), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил. Д. называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае полностью). Все реальные твёрдые тела при Д. в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, т. е. не обнаруживающим заметных пластических Д., пока нагрузка не превысит некоторого предела.

Природа пластической Д. может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости Д. При неизменной приложенной к телу нагрузке Д. изменяется со временем; это явление называется ползучестью (см. Ползучесть материалов). С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются Релаксация и Последействие упругое. Релаксация — процесс самопроизвольного уменьшения внутреннего напряжения с течением времени при неизменной Д. Процесс самопроизвольного роста Д. с течением времени при постоянном напряжении называется последействием. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической Д., является теория дислокаций (См. Дислокации) в кристаллах.

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность, т. е. способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела без всяких пустот является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшей элементарной Д. является относительное удлинение некоторого элемента: ε = (l1l)/l, где l1 — длина элемента после Д., l — первоначальная длина этого элемента. На практике чаще встречаются малые Д., так что ε

Измерение Д. производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие Д. весьма малы, и измерение их требует высокой точности. Наиболее распространённый метод исследования деформации — с помощью Тензометров. Кроме того, широко применяются Тензодатчики сопротивления, Поляризационно-оптический метод исследования напряжения, Рентгеновский структурный анализ. Для суждения о местных пластических Д. применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком и т.д.

Лит.: Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1950; Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, т. 2—4, 2 изд., Томск, 1941—47; Седов Л. И., Введение в механику сплошной среды, М., 1962.

Значения в других словарях

  1. деформация — -и, ж. Изменение размеров и формы тела под действием механических сил, в результате усадки материала и других причин. [От лат. deformatio — искажение] Малый академический словарь
  2. деформация — Де/форм/а́ци/я [й/а]. Морфемно-орфографический словарь
  3. Деформация — (лат. deformatio — искажение) изменение положений точек твердого тела, при к-ром меняется расстояние между ними в результате внешних воздействий. Криминалистическая энциклопедия
  4. Деформация — Горных пород (от лат. deformatio — изменение формы, искажение * a. rock deformafion; н. Deformation von Gesteinen; ф. deformation des roches;. Горная энциклопедия
  5. деформация — Деформация, деформации, деформации, деформаций, деформации, деформациям, деформацию, деформации, деформацией, деформациею, деформациями, деформации, деформациях Грамматический словарь Зализняка
  6. деформация — ДЕФОРМАЦИЯ -и; ж. [от лат. deformatio — искажение] 1. Изменение размеров и формы тела (без изменения его массы) под воздействием внешних сил, условий. Летняя д. ледников. Д. растительных клеток. Д. тары при погрузке. 2. Публиц. Любое изменение чего-л. Толковый словарь Кузнецова
  7. деформация — деформация ж. 1. Изменение размеров или формы твёрдого тела под действием внешних сил (обычно без изменения его массы). 2. перен. Любое — обычно нежелательное — изменение, отклонение от нормы; искажение, извращение. Толковый словарь Ефремовой
  8. деформация — • значительная

Словарь русской идиоматики

  • ДЕФОРМАЦИЯ — ДЕФОРМАЦИЯ (от лат. deformatio — искажение) — 1) изменение взаимного расположения точек твердого тела, при котором меняется расстояние между ними, в результате внешних воздействий. Большой энциклопедический словарь
  • деформация — см. >> неправильность Словарь синонимов Абрамова
  • Деформация — 1) Д. аналитической структуры — семейство аналитич. ространств (или связанных с ними аналитич. объектов), зависящее от параметров. Теория. Математическая энциклопедия
  • деформация — ДЕФОРМАЦИЯ механическая (от лат. deformatio — искажение) изменение относит. расстояния между двумя произвольно выбранными точками в теле. В твердых телах. Химическая энциклопедия
  • деформация — ДЕФОРМАЦИЯ и, ж. déformation f. Словарь галлицизмов русского языка
  • ДЕФОРМАЦИЯ — (от лат. deformatio — искажение), изменение конфигурации к.-л. объекта, возникающее в результате внеш. воздействий или внутр. сил. Д. могут испытывать тв. тела (крист., аморфные, органич. происхождения), жидкости, газы, поля физические, живые организмы и др. Физический энциклопедический словарь
  • деформация — орф. деформация, -и Орфографический словарь Лопатина
  • деформация — [дэ], деформации, ж. [латин. deformatio] (книжн.). Изменение формы. Большой словарь иностранных слов
  • деформация — ДЕФОРМ’АЦИЯ [дэ], деформации, ·жен. (·лат. deformatio) (·книж. ). Изменение формы. Толковый словарь Ушакова
  • деформация — сущ., кол-во синонимов: 12 деформирование 1 искажение 35 контракция 3 макродеформация 1 мезоундация 1 механострикция 2 микродеформация 1 обмятие 1 профдеформация 1 пучение 12 реоглиф 1 электрострикция 2 Словарь синонимов русского языка
  • ДЕФОРМАЦИЯ

    ДЕФОРМАЦИЯ – изменение размеров, формы и конфигурации тела в результате действия внешних или внутренних сил (от лат. deformatio – искажение).

    Твердые тела способны в течение длительного времени сохранять неизменной свою форму и объем, в отличие от жидких и газообразных. Это известное утверждение справедливо только «в первом приближении» и нуждается в уточнениях. Во-первых, многие тела, которые принято считать твердыми, с течением времени очень медленно «текут»: известен случай, когда гранитная плита (часть стенки) за несколько сот лет, вследствие осадки почвы, заметно изогнулась, следуя новому микрорельефу, причем без трещин и изломов (рис. 1). Было подсчитано, что характерная скорость перемещения при этом составляла 0,8 мм в год. Второе уточнение состоит в том, что все твердые тела изменяют свою форму и размеры, если на них действуют внешние нагрузки. Эти изменения формы и размеров называют деформациями твердого тела, причем деформации могут быть большими (например, при растяжении резинового шнура или при изгибе стальной линейки) или малыми, незаметными для глаза (например, деформации гранитного постамента при установке памятника).

    С точки зрения внутреннего строения многие твердые тела являются поликристаллическими, т.е. состоят из мелких зерен, каждое из которых является кристаллом, имеющим решетку определенного типа. Стекловидные материалы и многие пластмассы не имеют кристаллической структуры, но их молекулы очень тесно связаны между собой и это обеспечивает сохранение формы и размеров тела.

    Если на твердое тело действуют внешние силы (например, стержень растягивается двумя силами, рис. 2), то расстояния между атомами вещества увеличиваются, и с помощью приборов можно обнаружить увеличение длины стержня. Если нагрузки убрать, стержень восстанавливает прежнюю длину. Такие деформации называются упругими, они не превышают долей процента. При возрастании растягивающих сил может быть два исхода опыта: образцы из стекла, бетона, мрамора и т.д. разрушаются при наличии упругих деформаций (такие тела называются хрупкими). В образцах из стали, меди, алюминия наряду с упругими появятся пластические деформации, которые связаны с проскальзыванием (сдвигом) одних частиц материала относительно других. Величина пластических деформаций обычно составляет несколько процентов. Особое место среди деформируемых твердых тел занимают эластомеры – каучукоподобные вещества, допускающие огромные деформации: резиновую полоску можно вытянуть в 10 раз, без разрывов и повреждений, а после разгрузки первоначальный размер восстанавливается практически мгновенно. Деформация такого типа называется высокоэластической и связана с тем, что материал состоит из очень длинных полимерных молекул, свернутых в виде спиралей («винтовых лестниц») или гармошек, причем соседние молекулы образуют упорядоченную систему. Длинные многократно изогнутые молекулы способны распрямляться за счет гибкости атомных цепочек; при этом расстояния между атомами не меняются, и малые силы достаточны для получения больших деформаций за счет частичного распрямления молекул.

    Тела деформируются под действием приложенных к ним сил, под влиянием изменения температуры, влажности, химических реакций, облучения нейтронами. Проще всего понять деформацию под действием сил – часто их называют нагрузками: балка, закрепленная по концам на опорах и нагруженная в середине, изгибается – деформация изгиба; при просверливании отверстия сверло испытывает деформацию кручения; когда мяч накачивают воздухом, он сохраняет шаровую форму, но увеличивается в размерах. Земной шар деформируется, когда по его поверхностному слою идет приливная волна. Даже эти простые примеры показывают, что деформации тел могут быть очень различными. Обычно детали конструкций в нормальных условиях испытывают малые деформации, при которых и форма их почти не изменяется. Наоборот, при обработке давлением – при штамповке или прокатке – происходят большие деформации, в результате которых форма тела существенно изменяется; например, из цилиндрической заготовки получается стакан или даже деталь очень сложной формы (при этом заготовку часто нагревают, что облегчает процесс деформирования).

    Читать еще:  Гепатит b подскажите как интерпретировать результат страница 5

    Самым простым для понимания и математического анализа является деформирование тела при малых деформациях. Как это принято в механике, рассматривается некоторая произвольно выбранная точка М тела.

    Перед началом процесса деформирования мысленно выделяется малая окрестность этой точки, имеющая простую форму, удобную для изучения, например, шар радиуса D R или куб со стороной D a, причем так, чтобы точка M оказалась центром этих тел.

    Несмотря на то, что тела различной формы под влиянием внешних нагрузок и других причин получают весьма разнообразные деформации, оказывается, что малая окрестность любой точки деформируется по одному и тому же правилу (закону): если малая окрестность точки M имела форму шара, то после деформации она становится эллипсоидом; аналогично, куб становится косым параллелепипедом (обычно говорят, что шар переходит в эллипсоид, а куб – в косой параллелепипед). Именно это обстоятельство одинаково во всех точках: эллипсоиды в разных точках, конечно, получаются разными и по-разному повернутыми. То же касается и параллелепипедов.

    Если в недеформированной сфере мысленно выделить радиальное волокно, т.е. материальные частицы, расположенные на некотором радиусе, и проследить за этим волокном в процессе деформирования, то обнаруживается, что это волокно все время остается прямым, но изменяет свою длину – удлиняется или укорачивается. Важную информацию можно получить следующим образом: в недеформированной сфере выделяются два волокна, угол между которыми – прямой. После деформации угол, вообще говоря, станет отличным от прямого. Изменение прямого угла называется сдвиговой деформацией или сдвигом. Суть этого явления удобнее рассмотреть на примере кубической окрестности, при деформации которой квадратная грань переходит в параллелограмм – этим объясняется название сдвиговой деформации.

    Можно сказать, что деформация окрестности точки M известна полностью, если для любого радиального волокна, выбранного до деформации, можно найти его новую длину, и для двух любых таких взаимно перпендикулярных волокон – угол между ними после деформации.

    Отсюда следует вывод, что деформация окрестности известна, если известны удлинения всех волокон и все возможные сдвиги, т.е. требуется бесконечно большое количество данных. На самом деле деформация частицы происходит очень упорядоченно – ведь шар переходит в эллипсоид (а не разлетается на кусочки и не превращается в нить, которая завязывается узлами). Эта упорядоченность выражается математически теоремой, суть которой состоит в том, что удлинения любого волокна и сдвиг для любой пары волокон можно вычислить (причем довольно просто), если известны удлинения трех взаимно перпендикулярных волокон и сдвиги – изменения углов между ними. И конечно, суть дела совершенно не зависит от того, какая форма выбрана для частицы – шаровая, кубическая или какая-нибудь еще.

    Для более конкретного и более строгого описания картины деформации вводится система координат (например, декартовых) OXYZ, выбирается в теле некоторая точка M и ее окрестность в виде куба с вершиной в точке M, ребра которого параллельны осям координат. Относительное удлинение ребра, параллельного оси OX, – e xx (В этом обозначении индекс x повторен дважды: так принято обозначать элементы матриц).

    Если рассматриваемое ребро куба имело длину a, то после деформации его длина изменится на величину удлинения D ax, при этом относительное удлинение, введенное выше, выразится как

    Аналогичный смысл имеют величины e yy и e zz.

    Для сдвигов принимаются следующие обозначения: изменение первоначально прямого угла между ребрами куба, параллельными осями OX и OY, обозначается как 2 e xy = 2 e yx (здесь коэффициент «2» вводится для удобства в дальнейшем, как если бы диаметр некой окружности обозначался 2r).

    Таким образом, введено 6 величин, а именно три деформации удлинения:

    и три деформации сдвига:

    Эти 6 величин называют компонентами деформации, при этом в это определение вкладывается тот смысл, что через них выражается любая деформация удлинения и сдвига в окрестности данной точки (часто говорят сокращенно – просто «деформация в точке»).

    Компоненты деформации можно записать в виде симметричной матрицы

    Эта матрица называется тензором малых деформаций, записанным в системе координат OXYZ. В другой системе координат с тем же началом этот же тензор будет выражаться другой матрицей, с компонентами

    Оси координат новой системы составляют с осями координат старой системы набор углов, косинусы которых удобно обозначить так, как это сделано в следующей таблице:

    Тогда выражение компонент тензора деформации в новых осях (т.е. e ´xx,…, e ´xy,…) через компоненты тензора деформаций в старых осях, т.е. через e xx,…, e xy,…, имеют вид:

    Эти формулы, по существу, являются определением тензора в следующем смысле: если некоторый объект описывается в системе OXYZ матрицей e ij, а в другой системе OX´Y´Z´ – другой матрицей e ij´, то он называется тензором, если имеют место приведенные выше формулы, которые называются формулами преобразования компонент тензора второго ранга к новой системе координат. Здесь, для краткости, матрица обозначена символом e ij, где индексы i, j соответствуют любому попарному сочетанию индексов x, y, z; существенно, что индексов обязательно два. Число индексов называется рангом тензора (или его валентностью). В этом смысле вектор оказывается тензором первого ранга (его компоненты имеют один индекс), а скаляр можно рассматривать как тензор нулевого ранга, не имеющий индексов; в любой системе координат скаляр имеет, очевидно, то же самое значение.

    Важная и интересная особенность: можно просто проверить по формулам преобразования координат, что средняя (в смысле среднего арифметического) деформация удлинения одинакова в любой системе координат, т.е.

    Другими словами, все компоненты тензора e ij изменились при переходе к новой системе, а их сумма имеет прежнее значение, которое имеет простой физический смысл: если до деформации частица имела объем V, а после деформации он изменился на величину D V, то

    Комбинации компонент тензора, которые не изменяют своего значения при переходе к новой системе координат, называются инвариантами этого тензора. Таким образом,

    есть инвариант. Инвариантом является не только средняя деформация удлинения, но и среднеквадратичная деформация eu, определяемая по формуле:

    то деформация окрестности точки M происходит без изменения объема частицы. Если это справедливо для всех точек тела, то говорят, что оно несжимаемо. Это обстоятельство (а также то, что суммой матриц тензоров называется матрица-тензор, элементы которой суть суммы соответствующих элементов слагаемых) позволяет разделить тензор деформации на две части: объемную деформацию и остальную, при которой объем не изменяется. Эта вторая часть, таким образом, является чисто сдвиговой.

    Первый тензор в правой части равенства называется шаровым, второй – девиатором (от лат. deviatio – искажение), т.к. он связан с искажениями прямых углов – сдвигами. Название «шаровой» связано с тем, что матрица этого тензора в аналитической геометрии описывает сферическую поверхность.

    Ильюшин А.А., Ленский В.С. Сопротивление материалов. М., Физматгиз, 1959
    Гордон Дж. Почему мы не проваливаемся сквозь пол? М., Мир, 1971
    Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М., Высшая школа, 1981

    Деформация

    Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением друг относительно друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

    Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (неупругие, пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов тела от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).

    Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

    Содержание

    Виды деформации

    Наиболее простые виды деформации тела в целом:

    В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

    Изучение деформации

    Деформация физического тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

    Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

    Причины возникновения деформации твёрдых тел

    Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

    Упругая и пластическая деформация

    Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки (то есть тело возвращается к первоначальным размерам и форме), и пластической, если после снятия нагрузки деформация не исчезает (или исчезает не полностью).

    Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

    Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

    Сплошность

    В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность (то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела, без всяких пустот) является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

    Простейшая элементарная деформация

    Простейшей элементарной деформацией (или относительной деформацией) является относительное удлинение некоторого элемента:

    ϵ = ( l 2 − l 1 ) / l 1 = Δ l / l 1 -l_<1>)/l_<1>=Delta l/l_<1>>

    На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что ϵ ≪ 1 .

    Физическая величина, равная модулю разности конечной и изначальной длины (изменения размера) деформированного тела, называется абсолютной деформацией [1] :

    Δ L = | L 2 − L 1 | -L_<1>right|> .

    Измерение деформации

    Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией; измерения обычно производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

    Что такое деформация? Виды деформации

    С процессом деформации человек начинает сталкиваться с первых дней своей жизни. Она позволяет нам чувствовать прикосновения. Ярким примером деформации из детства можно вспомнить пластилин. Существуют разные виды деформации. Физика рассматривает и изучает каждый из них. Для начала введём определение самого процесса, а затем постепенно рассмотрим возможные классификации и виды деформации, которые могут возникать в твёрдых объектах.

    Определение

    Деформация — это процесс перемещения частиц и элементов тела относительно взаимного местоположения в теле. Проще говоря, это физическое изменение внешних форм какого-либо объекта. Есть следующие виды деформации:

    Как и любую другую физическую величину, деформацию можно измерить. В простейшем случае используется следующая формула:

    где е — это простейшая элементарная деформация (увеличение или уменьшение длины тела); р2 и р1 — длина тела после и до деформации соответственно.

    Классификация

    В общем случае можно выделить следующие виды деформации: упругие и неупругие. Упругие, или обратимые, деформации исчезают после того, как пропадает воздействующая на них сила. Основа этого физического закона используется в силовых тренажёрах, например, в эспандере. Если говорить о физической составляющей, то в основе лежит обратимое смещение атомов — они не выходят за пределы взаимодействия и рамки межатомных связей.

    Неупругие (необратимые) деформации, как вы понимаете, являются противоположным процессом. Любая сила, которую приложили к телу, оставляет следы/деформацию. К этому типу воздействия относится и деформация металлов. При таком типе изменения формы зачастую могут меняться и другие свойства материала. Например, при деформации, вызванной охлаждением, может увеличиться прочность изделия.

    Сдвиг

    Как уже было сказано, существуют различные виды деформации. Они подразделяются по характеру изменения формы тела. В механике сдвигом называют такое изменение формы, при котором нижняя часть бруса закреплена неподвижно, а сила прикладывается касательно к верхней поверхности. Относительная деформация сдвига определяется по следующей формуле:

    где Х12 — это абсолютный сдвиг слоёв тела (то есть расстояние, на которое сместился слой); В — это расстояние между закреплённым основанием и параллельным сдвинутым слоем.

    Кручение

    Если виды механических деформаций разделяли бы по сложности вычислений, то этот занял бы первое место. Такой вид изменения формы тела возникает при воздействии на него двух сил. При этом смещение любой точки тела происходит перпендикулярно к оси воздействующих сил. Говоря о таком типе деформации, следует упомянуть следующие величины, подлежащие вычислению:

    1. Ф — угол закручивания цилиндрического стержня.
    2. Т — момент действия.
    3. Л — длина стержня.
    4. Г — момент инерции.
    5. Ж — модуль сдвига.

    Формула выглядит так:

    Другая величина, требующая вычисления, это относительный угол закручивания:

    Q=Ф/Л (значения берутся из предыдущей формулы).

    Изгиб

    Это вид деформации, возникающий при изменении положения и формы осей бруса. Он также подразделяется на два типа — косой и прямой. Прямой изгиб — это такой вид деформации, при котором действующая сила приходится прямо на ось рассматриваемого бруса, в любом другом случае речь идёт о косом изгибе.

    Растяжение-сжатие

    Различные виды деформации, физика которых достаточно хорошо изучена, редко используются для решения различных задач. Однако при обучении в школе один из них зачастую применяется для определения уровня знаний учеников. Кроме этого названия, у данного типа деформации также присутствует другое, которое звучит так: линейное напряженное состояние.

    Растяжение (сжатие) происходит, если сила, воздействующая на объект, проходит через центр его массы. Если говорить о визуальном примере, то растяжение приводит к увеличению длины стержня (иногда к разрывам), а сжатие — к уменьшению длины и возникновению продольных изгибов. Напряжение, вызываемое таким видом деформации, прямо пропорционально силе, воздейсвующей на тело, и обратно пропорционально площади поперечного сечения бруса.

    Закон Гука

    Основной закон, рассматриваемый при деформации тела. Согласно ему, деформация, возникающая в теле, прямо пропорциональна воздействующей силе. Единственная оговорка заключается в том, что он применим только при малых значениях деформации, поскольку при больших значениях и превышении предела пропорциональности эта связь становится нелинейной. В простейшем случае (для тонкого растяжимого бруска) закон Гука имеет следующий вид:

    где Ф — это приложенная сила; к — коэффициент упругости; Л — это изменение длины бруса.

    Если с двумя величинами всё понятно, то коэффициент (к) зависит от нескольких факторов, таких как материал изделия и его размеры. Его значение также можно вычислить по следующей формуле:

    где Е — это модуль Юнга; С — площадь поперечного сечения; Л — длина бруса.

    Выводы

    На самом деле существует множество способов вычисления деформации предмета. Различные виды деформации используют разные коэффициенты. Виды деформации отличаются не только по форме результата, но и по силам, воздействующим на объект, а для вычислений вам потребуются недюжинные усилия и знания в области физики. Надеемся, что эта статья поможет вам разобраться в понимании базовых физических законов, а также позволит продвинуться немного дальше в изучении этого раздела физики.

    Деформация: виды деформации, пределы упругости и прочности

    Частицы, из которых состоят твердые тела (как аморфные, так и кристаллические) постоянно совершают тепловые колебания около положений равновесия. В таких положениях энергия их взаимодействия минимальная. Если расстояние между частицами уменьшается, начинают действовать силы отталкивания, а если увеличиваться – то силы притяжения. Именно этими двумя силами обусловлены все механические свойства, которыми обладают твердые тела.

    Если твердое тело изменяется под воздействием внешних сил, то частицы, из которых оно состоит, меняют свое внутреннее положение. Такое изменение называется деформацией.

    Виды деформации

    Различают деформации нескольких видов. На изображении показаны некоторые из них.

    Рисунок 3 . 7 . 1 . Некоторые виды деформаций твердых тел: 1 – деформация растяжения; 2 – деформация сдвига; 3 – деформация всестороннего сжатия.

    Первый вид – растяжение или сжатие – является наиболее простым видом деформации. В таком случае изменения, происходящие с телом, можно описать при помощи абсолютного удлинения Δ l , которое происходит под действием сил, обозначаемых F → . Взаимосвязь, существующая между силами и удлинением, обусловлена геометрическими размерами тела (в первую очередь толщиной и длиной), а также механическими свойствами вещества.

    Если мы разделим величину абсолютного удлинения на первоначальную длину твердого тела, мы получим величину его относительного удлинения (относительной деформации).

    Обозначим этот показатель ε и запишем следующую формулу:

    Относительная деформация тела растет при его растяжении и соответственно уменьшается при сжатии.

    Если учесть, в каком именно направлении внешняя сила действует на тело, то мы можем записать, что F будет больше нуля при растяжении и меньше нуля при сжатии.

    Механическое напряжение

    Механическое напряжение твердого тела σ – это показатель, равный отношению модуля внешней силы к площади сечения твердого тела.

    Величину механического напряжения принято выражать в паскалях ( П а ) и измерять в единицах давления.

    Важно понимать, как именно механическое напряжение и относительная деформация связаны между собой. Если отобразить их взаимоотношения графически, мы получим так называемую диаграмму растяжения. При этом нам нужно отмерить величину относительной деформации по оси x , а механическое напряжение – по оси y . На рисунке ниже представлена диаграмма растяжения, типичная для меди, мягкого железа и некоторых других металлов.

    Рисунок 3 . 7 . 2 . Типичная диаграмма растяжения для пластичного материала. Голубая полоса – область упругих деформаций.

    В тех случаях, когда деформация твердого тела меньше 1 % (малая деформация), то связь между относительным удлинением и механическим напряжением приобретает линейный характер. На графике это показано на участке O a . Если напряжение снять, то деформация исчезнет.

    Деформация, исчезающая при снятии напряжения, называется упругой.

    Линейный характер связи сохраняется до определенного предела. На графике он обозначен точкой a .

    Предел пропорциональности – это наибольшее значение σ = σ п р , при котором сохраняется линейная связь между показателями σ и ε .

    На данном участке будет выполняться закон Гука:

    В формуле содержится так называемый модуль Юнга, обозначенный буквой E .

    Если мы продолжим увеличивать напряжение на твердое тело, то линейный характер связи нарушится. Это видно на участке a b . Сняв напряжение, мы также увидим практически полное исчезновение деформации, то есть восстановление формы и размеров тела.

    Предел упругости

    Предел упругости – максимальное напряжение, после снятия которого тело восстановит свою форму и размер.

    После перехода этого предела восстановления первоначальных параметров тела уже не происходит. Когда мы снимаем напряжение, у тела остается так называемая остаточная (пластическая) деформация.

    Обратите внимание на участок диаграммы b c , где напряжение практически не увеличивается, но деформация при этом продолжается. Это свойство называется текучестью материала.

    Предел прочности

    Предел прочности – максимальное напряжение, которое способно выдержать твердое тело, не разрушаясь.

    В точке e материал разрушается.

    Если диаграмма напряжения материала имеет вид, соответствующий тому, что показан на графике, то такой материал называется пластичным. У них обычно деформация, при которой происходит разрушение, заметно больше области упругих деформаций. К пластичным материалам относится большинство металлов.

    Если материал разрушается при деформации, которая превосходит область упругих деформаций незначительно, то он называется хрупким. Такими материалами считаются чугун, фарфор, стекло и др.

    Деформация сдвига имеет аналогичные закономерности и свойства. Ее отличительная особенность состоит в направлении вектора силы: он направлен по касательной относительно поверхности тела. Для поиска величины относительной деформации нам нужно найти значение Δ x l , а напряжения – F S (здесь буквой S обозначена та сила, которая действует на единицу площади тела). Для малых деформаций действует следующая формула:

    Буквой G в формуле обозначен коэффициент пропорциональности, также называемый модулем сдвига. Обычно для твердого материала он примерно в 2 — 3 раза меньше, чем модуль Юнга. Так, для меди E = 1 , 1 · 10 11 Н / м 2 , G = 0 , 42 · 10 11 Н / м 2 .

    Когда мы имеем дело с жидкими и газообразными веществами, то важно помнить, что у них модуль сдвига равен 0 .

    При деформации всестороннего сжатия твердого тела, погруженного в жидкость, механическое напряжение будет совпадать с давлением жидкости ( p ) . Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема Δ V к первоначальному объему V тела. При малых деформациях

    Буквой B обозначен коэффициент пропорциональности, называемый модулем всестороннего сжатия. Такому сжатию можно подвергнуть не только твердое тело, но и жидкость и газ. Так, у воды B = 2 , 2 · 10 9 Н / м 2 , у стали B = 1 , 6 · 10 11 Н / м 2 . В Тихом океане на глубине 4 к м давление составляет 4 · 10 7 Н / м 2 , а относительно изменения объема воды 1 , 8 % . Для твердого тела, изготовленного из стали, значение этого параметра равно 0 , 025 % , то есть оно меньше в 70 раз. Это подтверждает, что твердые тела благодаря жесткой кристаллической решетке обладают гораздо меньшей сжимаемостью по сравнению с жидкостью, в которой атомы и молекулы связаны между собой не так плотно. Газы могут сжиматься еще лучше, чем тела и жидкости.

    От значения модуля всестороннего сжатия зависит скорость, с которой звук распространяется в данном веществе.

    Деформация что это такое

    Наиболее простые виды деформации тела в целом:

    В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

    Изучение деформации

    Деформация физического тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

    Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

    Причины возникновения деформации твёрдых тел

    Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

    Упругая и пластическая деформация

    Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае, полностью). Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

    Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

    Сплошность

    В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность (то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела, без всяких пустот) является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

    Простейшая элементарная деформация

    Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

    • — длина элемента после деформации;
    • — исходная длина этого элемента.

    На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что .

    Измерение деформации

    Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Наиболее распространённый метод исследования деформации — с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются тензодатчики сопротивления, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

    Примечания

    Литература

    • Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1950;
    • Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, т. 2-4, 2 изд., Томск, 1941-47;
    • Седов Л. И., Введение в механику сплошной среды, М., 1962.

    См. также

    Ссылки

    Причины отказа механики
    Прогиб
    Коррозия
    Пластическая деформация
    Усталость материала
    Удар
    Трещина
    Плавление
    Износ
    В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок.

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Смотреть что такое «Деформация» в других словарях:

    деформация — деформация: Искажение формы куска мыла по сравнению с предусмотренной в техническом документе. Источник: ГОСТ 28546 2002: Мыло туалетное твердое. Общие технические условия оригинал документа Де … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    ДЕФОРМАЦИЯ — (фр.) Уродливость; изменение формы. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ДЕФОРМАЦИЯ [лат. deformatio искажение] изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Словарь иностранных слов. Комлев … Словарь иностранных слов русского языка

    ДЕФОРМАЦИЯ — (от латинского deformation искажение), изменение взаимного расположения частиц вещества, обусловленное какими либо внешними или внутренними причинами. Наиболее простые виды деформации твердого тела: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.… … Современная энциклопедия

    Деформация — – изменение формы и/или размеров тела под влиянием внешних сил и разного рода воздействий (изменение температуры и влажности, осадка опор и т. д.); в сопротивлении материалов и теории упругости – количественная мера изменения размеров … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

    Деформация — (от латинского deformation искажение), изменение взаимного расположения частиц вещества, обусловленное какими либо внешними или внутренними причинами. Наиболее простые виды деформации твердого тела: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

    ДЕФОРМАЦИЯ — (от лат. deformatio искажение) 1) изменение взаимного расположения точек твердого тела, при котором меняется расстояние между ними, в результате внешних воздействий. Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления воздействия, и… … Большой Энциклопедический словарь

    деформация — См … Словарь синонимов

    ДЕФОРМАЦИЯ — (от лат. deformatio искажение), изменение конфигурации к. л. объекта, возникающее в результате внеш. воздействий или внутр. сил. Д. могут испытывать тв. тела (крист., аморфные, органич. происхождения), жидкости, газы, поля физические, живые… … Физическая энциклопедия

    деформация — и, ж. déformation f. <лат. deformatio искажение. 1. Изменение размеров, формы твердого тела под воздействие внешних сил (обычно без изменения его массы). БАС 1. || В изобразительных искусствах отступление от воспринимаемой глазом натуральной… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

    деформация — деформация, деформированный. Произносится [деформация], [деформированный] и устаревающее [дэформация], [дэформированный] … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

    Деформация — горных пород (от лат. deformatio изменение формы, искажение * a. rock deformafion; н. Deformation von Gesteinen; ф. deformation des roches; и. deformacion de las rocas) изменение относительного положения частиц пород, вызывающее изменение … Геологическая энциклопедия

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector