ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Напряженное и деформированное состояния твердых тел из "Физика твердого тела " Механические свойства твердого тела отражают его реакцию на воздействие некоторых внешних факторов. В простейшем случае такими внешними факторами являются механические воздействия сжатие, растяжение, изгиб, удар, кручение. Кроме механиче-v KHx существуют тепловые, магнитные, электрические и другие воздействия. [c.114] Механические свойства определяются, в первую очередь, силами связи, действующими между атомами или молекулами, составляющими твердое тело. [c.114] Уровень достижений в области получения твердых материалов с улучшенными свойствами сейчас высок. Однако эти достижения были бы невозможны без научно обоснованного подхода к проблеме улучшения механических свойств. Возможности для такого подхода появились с развитием физических методов исследования твердых тел и прежде всего структурных рентгеновского, электро-нографпческого, нейтронографического и электронно-микроскопи-ческого. Стало ясно, что. большинство свойств твердых тел зависит от особенностей их атомной структуры. Крупным шагом в развитии физической теории прочности твердых тел явились теория несовершенств и, в первую очередь, теория дислокаций. Оказалось, что механическая прочность твердых тел зависит, главным образом, от дислокаций и что небольшие нарушения в расположении атомов кристаллической решетки приводят к резкому изменению такого структурно чувствительного свойства, как сопротивление пластической деформации. [c.115] Несмотря на успехи в области теории и практики исследования и изменения механических свойств в нужном направлении, в этой области еще много предстоит сделать. [c.115] Механическое напряжение. Если тело находится под действием внешних сил, то в каждой его точке возникают механические напряжения. В этом случае говорят, что тело находится в напряженном состоянии. Если в таком теле выделить какой-либо элемент объема, то на него действуют два типа сил 1) объемные силы (например, сила тяжести), действующие на все элементы тела их значение пропорционально объему элемента 2) силы, действующие на поверхность элемента со стороны окружающих его частей тела. Эти силы пропорциональны площади поверхности элемента. Такую силу, отнесенную к единичной площади, называют напряжением. [c.115] Например, при осевом растяжении изотропного цилиндрического стержня (рис. 4.1) в условиях статического равновесия внешняя сила F уравновешивается внутренней силой сопротивления J odS, где а — напряжение, нормальное к плоскости сечения, а S — площадь поперечного сечения стержня, т. е. [c.115] Следует отличать истинные напряжения от условных. Истинные напряжения определяют, относя силу, приложенную к образцу, к фактическому значению площади сечения, изменяющейся при напряжениях, способных вызвать достаточную деформацию. Например, при растяжении образца в результате больших деформаций постепенно образуется шейка , как это показано на рис. 4.2. [c.116] Условные напряжения определяют, относя силу к площади первоначального сечения образца, во всем интервале деформаций, вплоть до разрушения образца. [c.116] При описании напряженного состояния будем считать, что напряжение во всем теле однородно (одинаково во всех точках тела), все части тела находятся в статическом равновесии, объемные силы (действующие на все элементы тела, например силы тяжести) и объемные моменты отсутствуют. Выберем любую точку О в объеме этого тела и вокруг нее построим, как это делается в классической теории упругости, бесконечно малый куб (рис. 4.3). Три взаимно перпендикулярных оси х, у, г, исходящие из этой точки, выберем в качестве прямоугольной системы координат. Поскольку в дальнейшем при написании формул удобнее оперировать цифрами, обозначим ось х цифрой 1, ось г/ —цифрой 2 и ось 2 — цифрой 3. Ребра элементарного куба параллельны осям Ох, Оу, Oz. [c.116] При равновесии силы, действующие на противоположные грани, равны, поэтому достаточно рассмотреть силы, действующие на три взаимно перпендикулярные грани. Каждое из напряжений, действующих на три непараллельные грани куба, раскладываем на одну нормальную составляющую и две касательные, т. е. лежащие в рассматриваемой грани. [c.116] Обозначим ац компоненту напряжения, действующую в направлении i на грань куба, перпендикулярную оси /. Напряжения сгц, СТ22, озз — нормальные (растягивающие или сжимающие) напряжения 012, (Т21, СТ23 и т. д. — касательные (скалывающие или сдвиговые) напряжения. [c.117] Напряженное состояние возникающее в твердом теле, существенно влияет на процессы его деформации и разрушения. [c.117] Важной характеристикой напряженного состояния является коэффициент мягкости , равный отношению максимальных касательных напряжений к максимальным нормальным. Чем меньше этот коэффициент, тем жестче напряженное состояние. Касательные напряжения способствуют развитию пластической деформации, а нормальные— разрыву межатомных связей, хрупкому разрушению твердого тела. [c.117] Деформация. Деформация — изменение объема или формы твердого тела без изменения его массы под действием внешней силы. Деформация — это процесс, при котором изменяется расстояние между какими-либо точками тела. Простейшие виды деформации растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. [c.117] При малых деформациях условные и истинные деформации практически совпадают. При малых е имеем 1п (1+е)=е—е /2+ +е /3—. .. Ограничиваясь первым членом разложения, получаем, что, действительно, е г.. При больших деформациях между значениями условных и истинных деформаций наблюдается существенная разница. [c.118] Покажем это на примере. [c.118] что истинные деформации при сжатии и растяжении равны и отличаются лишь знаком, в то время как условные деформации отличаются и по значению, и по знаку. [c.118] Легко показать на этом же примере, что для условных деформаций свойство аддитивности не выполняется, т. е. [c.118] Свойство аддитивности истинных деформаций важно для практики. Так, расчеты суммарной деформации при обработке металла давлением, осуществляемой за несколько проходов, значительно упрощаются. [c.119] Вернуться к основной статье