Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение формы и размеров тел или объёма, связанное с их перемещением друг относительно друга за счет приложения усилия, при котором тело искажает свои формы. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.
![Диаграмма деформирования низкоуглеродистой стали](http://up.wiki.x.io/wikipedia/commons/thumb/9/98/%D0%94%D0%B5%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0.png/301px-%D0%94%D0%B5%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0.png)
Виды деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Обратимые деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе обратимых деформаций лежит смещение атомов тела от положения равновесия, в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на расстояния от исходных положений равновесия (после снятия нагрузки происходит переориентация в новое равновесное положение). Деформация определяется как отношение изменения длины деформированного объекта к его начальной длине. Деформация не имеет физической размерности. Виды деформации: сдвиг, сжатие, смятие, изгиб, кручение, срез.
Физико-механические основы деформации
правитьДеформация представляет собой изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением друг относительно друга за счет приложения усилия, при котором твёрдое тело искажает свои формы. Деформация является результатом изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов[1]. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение[2].
Деформация твёрдого тела может явиться следствием:
- Фазовых превращений, связанных с изменением объёма;
- Теплового расширения;
- Намагничивания (магнитострикция);
- Появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект);
- Результатом действия внешних сил.
Деформация при растяжении-сжатии
правитьРастяжение или сжатие твердого объекта можно описать выражением:
где:
- — длина элемента после деформации;
- — исходная длина этого элемента.
На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что .
Физическая величина, равная модулю разности конечной и изначальной длины (изменения размера) деформированного тела, называется абсолютной деформацией[3]:
- .
Средним напряжением — называют интенсивность распределения внутренних сил[4].
Виды деформации
правитьДеформации разделяют на:
- Упругая деформация — обратимая деформация, описываемая законом Гука[5], при которой после окончания действия приложенных сил смещенные межатомные связи возвращаются в свое исходное положение.
- Пластическая деформация — необратимая деформация, при которой после окончания воздействия приложенных сил происходит необратимое смещение межатомных связей. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность. Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах. 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 предела упругости.
- Ползучесть материалов — необратимые деформации, происходящие с течением времени при неизменной нагрузке. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие.
Виды деформации тела разделяют:
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.
- Виды деформации
-
Сжатие
-
Растяжение
-
Сдвиг
-
Кручение
-
Изгиб
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).
Изучение деформации
правитьДеформация физического тела определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.
Физика твёрдого тела — занимаются изучением деформации твёрдых тел в связи со структурными особенностями.
Теория упругости и пластичности — рассматривают перемещения и напряжения в деформируемых твёрдых телах. Тела рассматриваются как «Сплошные».
Механика деформируемого твердого тела — занимается изучением в реальных телах равновесных состояний и перемещений с учётом изменения расстояний между частицами в процессе перемещения. При этом реальные тела рассматриваются ка сплошные[4].
Сплошность — под сплошностью понимается материальные объекты тела которые сплошным образом занимают весь объем пространства, который ограничен непрерывными поверхностями[4]. Тело является сплошным, если удовлетворяет условиям сплошности[5]. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело.
Закон Гука — описывает поведение деформируемого твердого тела в зоне упругости.
У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.
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.
Измерение деформации
правитьИзмерение 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 деформации проводят с помощью:
- Тензометров;
- Тензометрических датчиков;
- Поляризационно-оптического метода исследования напряжения;
- Рентгеноструктурного анализа.
Для измерения локальных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, в качестве материала используют легко растрескивающимся лак или хрупкие прокладки.
Литература
править- Работнов Ю. Н. Сопротивление материалов. — М.: Физматгиз, 1962.
- Кузнецов В. Д. Физика твердого тела. — 2-е изд. — Томск, 1941—1947. — Т. 2—4.
- Седов Л. И. Введение в механику сплошной среды. — М.: Физматгиз, 1962.
- Деформация // Большая Советская энциклопедия (в 30 т.) / А. М. Прохоров (гл. ред.). — 3-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1972. — Т. VIII. — С. 175. — 592 с.
См. также
править- Поляризованная световая модель — модель для изучения напряженных состояний конструкций и их элементов.
- Закон Гука
- Модуль Юнга
- Коэффициент Пуассона
- Постоянная Ламе
- Деформация сдвига
- Упругая деформация
- Ползучесть материалов
Ссылки
править- Пластическая деформация металлов — Учебный фильм. Производство Союзвузфильм.
Примечания
править- ↑ Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для вузов. — 6-е. — М.: Металлургия, 1985. — С. 54—71. — 544 с.
- ↑ Большая советская энциклопедия. — 2-е. — Большая советская энциклопедия. — Т. 14. — С. 183—185.
- ↑ Твёрдые тела и их свойства (§ 4. Механические свойства твёрдых тел) . Дата обращения: 2 марта 2016. Архивировано из оригинала 15 марта 2016 года.
- ↑ 1 2 3 Толоконников Л. А. Механика деформируемого твердого тела: учебное пособие для вузов. — М.: Высшая школа, 1979. — С. 318.
- ↑ 1 2 Кац А. М. Теория упругости. — 2-е. — СПб.: Лань, 2002. — С. 44. — 208 с. — ISBN 5-8114-0453-0.
В статье есть список источников, но не хватает сносок. |