1 зварників 17.11.21 Технічна механіка № 6

1 зварників 17.11.21  Технічна механіка

 

Урок № 6

Тема програми.. Основи опору матеріалів.

Тема уроку. Поняття про деформації. Закон Гука.

 

1. Поняття про деформації.

 

Деформа́ція  — зміна розмірів і форми твердого тіла під дією зовнішніх сил (навантажень) або якихось інших впливів (наприклад, температури, електричних чи магнітних полів).

Природа деформацій

У залежності від поведінки тіла після зняття навантаження розрізняють деформації:

·                    пружну (або оборотну) , якщо тіло після усунення впливів, що спричинили деформацію, повністю відновлює свою початкову форму і розміри (внаслідок накопиченої потенціальної енергії);

·                    залишкову (або необоротну), коли після усунення прикладених сил або інших впливів тіло не відновлює свою початкову форму і розміри (робота зовнішніх сил переходить у теплоту). Залишкові деформації у свою чергу поділяються на пластичні, викликані зростанням напруження і в'язкі (повзучість), що відбуваються під навантаженням з перебігом часу.

Деформації виникають з причин різної фізичної природи. Пружні деформації однозначно пов'язані з напруженням. Прирощення пластичних деформацій також пов'язано зі зміною напруження, але неповоротно. Разом ці обидві деформації, які пов'язані зі зміною напруження, називаються "миттєвими". Температурні деформації пов'язані зі зміною температури тіла. Деформації повзучості є такими, зміна яких пов'язана з прирощенням часу. Деформації радіаційного розпухання пов'язані з отриманою матеріалом дозою радіації.

У кристалах пружна деформація проявляється в зміні відстаней між вузлами і перекосі кристалічної решітки без зміни порядку розташування атомів; і початкова конфігурація відновлюється при знятті навантаження Одним з механізмів пластичного деформування в кристалі є рух і розмноження дислокацій. При напруженні вищому за границю пружності рух дислокацій викликає безповоротну перебудову кристалічної структури, тобто деформація стає пластичною. У полікристалічному матеріалі, яким є метали, як правило, одна частина зерен деформується пружно, інша — пластично. При цьому в макромасштабі необоротна деформація може виявитися суттєво малою (і тіло вважається пружним), але її наявність проявляється в пружному гістерезисі (внаслідок розсіяння енергії, що витрачається на пластичне деформування множини зерен). Для виникнення руху і розмноження дислокацій вимагається певний час. З цим пов'язана динамічна чутливість матеріалу до появи залишкових деформацій. Якщо напруження, що перевищує границю пружності, діє короткочасно, то рух і розмноження дислокацій не встигає розвинутися то пластична деформація не виникає. Деформація повзучості пов'язана з рухом дислокацій, дифузією втілених атомів, перебудовою міжзеренних зв'язків і проявляється з плином часу.

У полімерах деформація визначається зміною конфігурації довгих полімерних ланцюгів та поперечних зв'язків між ними. Наявність далеких взаємодій обумовлює протяжність у часі розвитку деформацій. Для полімерів типовою є в'язкопружна деформація.

Найпоширеніші види деформації, котрі розглядаються опором матеріалів — згин, зсув (зріз), кручення, розтяг-стиск.

2. Закон Гука

Лінійну залежність між силами та малими деформаціями у пружному середовищі описує закон Гука — основний закон теорії пружності.

Закон Гука стверджує, що при малих деформаціях напруження прямо пропорційне прикладеній до тіла сили.

Межі застосування закону[

Важливим загальним обмеженням закону Гука є те, що він діє лише у частині діапазону можливих деформацій. Максимальне напруження, при якому він виконується називається границею пропорційності. Варто зазначити, що границя пропорційності нижча від границі пружності, хоча зазвичай ці точки близькі — тобто, існує такий діапазон деформації, при якому зберігається еластичність (тобто, при зніманні напруги тіло повертається до свого початкового стану), але при цьому рівняння зв'язку між видовженням і напруженням стає нелінійним Також, треба пам'ятати, що закон Гука порушується не різко, натомість відхилення від нього поступово наростають — таким чином, межа пропорційності може змінюватися в залежності від необхідної точності.

Також, конкретні пружини можуть мати особливості конструкції, через які їх реакція на деформацію не підкоряється закону Гука.

Основні типи негуківських пружин

^·          Пружини зі змінним радіусом — конічні або біконусні (типу пісочного годинника або сочевиці). Напруження в такій пружині зростає швидше ніж розтяг. Хоча у ній також можна виділити невеликий діапазон пропорційного зростання, нелінійність починається при напруженнях у кілька разів нижчих за границі еластичності^[

·         .Пружини зі змінним кроком — найчастіше така пружина складається з двох або більше частин, кожна з яких має різну відстань між витками. У такому випадку діаграма залежності напруження від розтягу також складається з кількох лінійних ділянок, кожна з яких має свій кут нахилу. Ділянки впорядковані так, що коефіцієнт жорсткості є більшим для більших деформацій. Те ж стосується і випадку, якщо дві неоднакові пружини поєднані послідовно

·         Переднапружені (попередньо напружені) пружини. Такі пружини є напруженими навіть якщо ніякі зовнішні сили на них не діють. Завдяки цьому графік залежності напруження від розтягу починається не з нуля, а з деякої величини, що визначається попереднім напруженням Підтипом таких пружин є пружини постійної сили, попередньо напружені пружини кручення з низьким коефіцієнтом жорсткості, сила пружності яких порівняно слабко змінюється у робочому діапазоні.

 

Закон Гука ніяк не враховує час, протягом якого була прикладена сила. Тобто, у ідеальному гуківському матеріалі, при постійній прикладеній силі деформація буде завжди лишатися однаковою. В реальності, при постійному напруженні матеріал з часом зазнає невеликих додаткових деформацій. Це явище називається повзучістю. Різні матеріали по різному піддаються таким деформаціям. Метали є не дуже повзучими, а такі матеріали як дерево, бетон, тканини, канати — помітно деформуються з часом. При підвищенні температури і напружень повзучість проявляється і для металів. Для кожного матеріалу існує деяке критичне напруження, при перевищенні якого повзучі деформації з часом ростуть необмежено аж до руйнування.

 

Домашнє завдання.  Вивчити матеріал та створити конспект.

Викладач                  Максимова Т. В.