Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Что такое деформация?

Материалы и готовые изделия при действии нагрузок деформируются. Деформация - это изменение формы материала или изделия под действием нагрузок. Этот процесс зависит от величины и вида нагрузки, внутреннего строения, формы и характера расположения частиц.

Деформация происходит за счет изменений в строении и расположении молекул, их сближения и удаления, что сопровождается изменением сил притяжения и отталкивания. При действии на материал нагрузок им противодействуют внутренние силы, называемые силами упругости. От соотношения внешних сил и сил упругости зависит величина и характер деформации материала.

Деформацию различают:

- обратимая;

- необратимая;

Обратимая деформация - деформация, при которой тело после снятия нагрузки полностью восстанавливается.

Если тело после снятия нагрузки не возвращается в свое первоначальное положение, то эта деформация называется необратимой (пластическая).

Обратимая деформация может быть упругой и эластической. Упругая деформация - когда размеры и форма тела после снятия нагрузки восстанавливается мгновенно, со скоростью звука, т.е. она проявляется за короткий промежуток времени. Она характеризуется упругими изменениями кристаллической решетки.

Эластическая деформация - когда размеры и формы тела после снятия нагрузки восстанавливаются в течение длительного периода. Понятие эластической деформации применимо в основном к высокомолекулярным органическим соединениям, входящим в состав кожи, каучука, состоящим из данных молекул с большим числом звеньев. Она сопровождается обычно тепловыми явлениями, поглощением или выделением тепла, что связано с явлениями трения между молекулами и их комплексом. Эластическая деформация больше упругой.

Эластические деформации имеют значение при использовании одежды, особенно спортивной, с этим связано сминание и распрямление тканей. Ткани, проявляющие эластическую деформацию, характеризуются повышенной носкостью.

Необратимая деформация сопровождается новым расположением элементарных частиц за счет сдвигов или скольжений, смещения одних частиц.

Замер каждого вида деформации производится через определенное время после снятия нагрузки, например, упругую замеряют через 2 мин., эластическую через 20 мин. и т.д. Эти значения будут соответствовать условно упругой, условно эластической и условно пластической деформациям.

Показатели деформации.

Основными показателями деформации являются: абсолютное и относительное удлинение и сужение, предел пропорциональности, предел текучести, модуль упругости, разрывная длина, релаксация.

- абсолютное и относительное удлинение:

,

где Дl - абсолютное удлинение (м); l и l0 - конечная и начальная длина тела (м).

- предел пропорциональности: характеризует прочность материала в пределах упругости;

- предел текучести: свойство материала деформироваться при постоянной нагрузке называется текучестью.

Предел текучести - это когда текучесть материала не явно выражена, т.е. когда он получает остаточное удлинение 0,2 %.

- релаксация - снижение напряжения в деформируемом теле, связанное с самопроизвольным переходом частиц в равновесное состояние.

- разрывная длина - минимальная длина, при которой материал разрушается под действием своего собственного веса.

2. Классификация и виды деформации

Изменения формы и размеров изделия под влиянием внешних сил представляют собой сумму простых видов деформаций, основными из которых являются деформации при растяжении, сжатии, изгибе, сдвиге и кручении. Чаще наблюдается комплекс этих видов деформаций, и называются они сложными.

Деформация сжатия. Она проявляется в несущих конструкциях и деталях, они важны преимущественно для хрупких материалов. Их можно рассматривать так же, как деформация растяжения, но с обратным знаком. В отличии о растяжения наблюдается увеличение поперечных (ширина) размеров и уменьшение длины образца.

Деформация при изгибе.

Изгиб -- вид деформации, при котором происходит искривление осей прямых брусьев или изменение кривизны осей кривых брусьев. Изгиб связан с возникновением в поперечных сечениях бруса изгибающих моментов. Прямой изгиб возникает в случае, когда изгибающий момент в данном поперечном сечении бруса действует в плоскости, проходящей через одну из главных центральных осей инерции этого сечения. В случае, когда плоскость действия изгибающего момента в данном поперечном сечении бруса не проходит ни через одну из главных осей инерции этого сечения, называется косым.

Если при прямом или косом изгибе в поперечном сечении бруса действует только изгибающий момент, то соответственно имеется чистый прямой или чистый косой изгиб. Если в поперечном сечении действует также и поперечная сила, то имеется поперечный прямой или поперечный косой изгиб.

Часто термин «прямой» в названии прямого чистого и прямого поперечного изгиба не употребляют и их называют соответственно чистым изгибом и поперечным изгибом.

Деформации при изгибе имеют значение при оценке качества одежды, обуви, строительных материалов, металлических, древесных, полимерных и др. При изгибе бруса, лежащего на двух опорах, сосредоточенной нагрузкой посередине в точке, наблюдаются деформации растяжения в выпуклой части и деформации сжатия в вогнутой. Деформация при изгибе будет характеризоваться стрелой прогиба. При этом напряжения сжатия в вогнутой части бруса будут постепенно уменьшаться до нейтрального слоя с линией пт, в котором не наблюдается ни напряжений сжатия, ни напряжений растяжения.

Деформация сдвига.

Сдвиг -- в сопротивлении материалов -- вид продольной деформации бруса, возникающий в том случае, если сила прикладывается касательно его поверхности (при этом нижняя часть бруска закреплена неподвижно).

Проявляются в местах заклепочных и других соединений деталей, когда две равные силы действуют в противоположном направлении и лежат в двух близких поперечных сечениях. Деформация сдвига определяется величиной угла т. Если сдвиг частиц тела происходит в одной плоскости, то такая деформация относится к срезу и является частным случаем деформации сдвига. Деформация сдвига связана частично с деформациями кручения и изгиба и, как правило, предшествует срезу. Величина, на которую одно сечение сместилось относительно соседнего, называется абсолютным сдвигом.

Деформация при кручении.

Кручение -- один из видов деформации тела. Возникает в том случае, если нагрузка прикладывается к телу в виде пары сил (момента) в его поперечной плоскости. При этом в поперечных сечениях тела возникает только один внутренний силовой фактор -- крутящий момент. На кручение работают пружины растяжения-сжатия и валы.

При деформации кручения смещение каждой точки тела перпендикулярно к её расстоянию от оси приложенных сил и пропорционально этому расстоянию.

Они возможны, например, при ввинчивании винта. Если к стержню, один конец которого закреплен неподвижно, приложить силу, перпендикулярной с оси стержня, то стержень будет испытывать деформацию при кручении. По мере удаления точки от центра напряжения возрастают.

3. Механизм проявления деформаций

Деформации могут проявляться по-разному, это зависит как от самого материала так и от конструкции. Можно рассмотреть несколько примеров проявления деформации материалов.

Например, для горных пород это:

- набухание и увеличение объема горных пород, как результат упругих деформаций;

- вытекание, как результат ползучести и вязкопластических деформаций;

-о бразование и распространение глубоких пространственных трещин.

Например, если это какая-то конструкция, то тут присущи такие деформации как:

усадка;

изменение относительной влажности воздуха;

химические взаимодействия, происходящие в бетоне конструкций;

колебания температуры окружающей среды;

явление ползучести.

Большинство строительных материалов, в том числе и бетон, имеют сильно развитую и достаточно открытую капиллярно-пористую структуру, благодаря чему могут поглощать влагу из окружающей среды (гигроскопическое увлажнение) либо впитывать (сорбировать) воду при непосредственном соприкосновении с ней. Изменение содержания воды в материале приводит к изменению объема, т.е. к объемным деформациям: при высыхании элемента происходит испарение воды и уменьшение объема, при увлажнении - наоборот.

Под ползучестью конструкций понимают ее способность деформироваться во времени при длительном действии постоянной нагрузки, в том числе и от собственного веса. Физическая природа явления ползучести недостаточно изучена, но считают, что пластические деформации ползучести обуславливаются пластическими свойствами камня. Деформации ползучести наиболее заметно развиваются в начальный период после приложения нагрузки и постепенно затухают. Например, у бетонов наблюдаются в возрасте 5-6 и более лет.

Полная деформация ползучести может значительно превосходить деформации, получаемые бетоном в момент нагружения, иногда превышая их вдвое.

4. Взаимосвязь деформации с крепостью материалов

Крепость - это физическая способность материала оказывать сопротивление его повреждению при действии сил, ведущих к деформации и внутренние напряжения материала. Под действием этих известных сил материал просто напросто может подвергаться кручению, растяжению, изгибу, сжатию, срезу. Крепость крепкого вещества в принципе обусловлена свойственными ему силами атомного взаимодействия. Подобные силы, свойственные для молекул и атомов, имеют все шансы достигать очень больших значений. Но, в XX годах академик А. Ф. Иоффе показал нам наличие даже небольших неплотностей, трещин и других дефектов вещества, неизбежных в настоящих твердых материалах, в несколько раз уменьшает их прочность по сравнению с теорией. Таким образом, дефекты макроструктуры материала отрицательно отражаются на его твердости.

Твердость материала - это его способность сопротивляться пластической деформации или разрушению при местном силовом воздействии; одно из основных механических свойств материалов. Зависит от структуры материала и других его механических характеристик, от вида обработки поверхности, температуры, модуля упругости при деформации и предела прочности при разрушении.

5. Упругие и пластические деформации металлов

Упругая деформация металлов - деформация, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил, когда размеры и форма тела после снятия нагрузки восстанавливается мгновенно, со скоростью звука, т.е. она проявляется за короткий промежуток времени. Она характеризуется упругими изменениями кристаллической решетки. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла; под действием приложенной нагрузки происходит только незначительное смещение атомов или поворот блоков кристалла. При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии -- сближаются. При таком смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания, поэтому после снятия нагрузки смещенные атомы вследствие действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние, и кристаллы приобретают свою первоначальную форму и размеры.

Пластическая деформация металлов - приводит к остаточным изменениям формы и размеров тела. Пластическая деформация может осуществляться скольжением и двойникованием.

Скольжение (смещение) отдельных частей кристалла относительно друг друга происходит под действием касательных напряжений, когда эти напряжения в плоскости и в направлении скольжения достигают определенной критической величины. Смещение происходит по системам скольжения, причем с изменением температуры деформации системы скольжения могут изменяться. Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации. Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку, обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во многих направлениях. Металлы с плотноупакованной структурой менее пластичны и поэтому труднее, чем металлы с кубической структурой, поддаются прокатке, штамповке и другим способам деформации.

Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой жесткий, или синхронный, сдвиг потребовал бы напряжений, в сотни или даже тысячи раз превышающие те, при которых в действительности протекает процесс деформации.

Двойникование. Пластическая деформация некоторых металлов, помимо скольжения может осуществляться двойникованием, которое сводится к переориентировке части кристалла в положение, симметричное по отношению к первой части относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования.

Изменение структуры поликристаллического металла при пластической деформации. Пластическая деформация поликристаллического металла протекает аналогично деформации монокристалла - путем сдвига (скольжения) пли двойникования. Формоизменение металла при обработке давленном происходит в результате пластической деформации каждого зерна. При этом следует иметь в виду, что зерна ориентированы не одинаково, полому пластическая деформация поможет протекать одновременно и одинаково во всем объеме поликристалла.

Первоначально под микроскопом на предварительно полированных и деформированных образцах можно наблюдать следы скольжения в виде прямых линий, эти линии одинаково ориентированы в пределах отдельных зерен.

При большой деформации в результате процессов скольжения зерна (кристаллиты) меняют свою форму. До деформации зерно имело округлую форму, после деформации в результате смещения по плоскостям скольжения зерна вытягиваются в направлении действующих сил, образуя волокнистую или слоистую структуру. Одновременно с изменением формы зерна внутри нею происходит дробление блоков.

деформация абсолютный ползучесть пластический

Заключение

Рассмотрев деформацию и разрушение материалов и металлов, хочу сказать, что эта тема является очень актуальной на сегодняшний день. Все сооружения, конструкции сделаны из различных по свойству, по качеству материалов. Нужно постоянно изучать их, делать выводы, устранять какие-то ошибки, качественней проводить эксперименты для того, чтоб эти сооружения, предметы могли соответствующе функционировать и даже улучшать их качество, чтоб они меньше подвергались деформации. Ведь нельзя представить хоть что-то без металлов. Ученые постоянно следят за металлами, открывают новые.

Список литературы

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Учебник « Физика 10» М.: Просвещение, 2004 г.

2. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. -- М.: Физматгиз, 1962.

3. Седов Л.И. Введение в механику сплошной среды. -- М.: Физматгиз, 1962.

4. Соболев Н.Д., Богданович К.П. Механические свойства материалов и основы физики прочности. М., 1985.

5. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. -- 2-е изд. -- Томск, 1941--1947. -- Т. 2--4.

Размещено на Allbest.ru