ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ДЕФОРМАЦИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ Твердое и жидкое состояния матерни. Упругие, вязкие и пластичные вещества из "Пластичность и разрушение твердых тел Том1 " При рациональном изучении механических свойств материалов целесообразно принять простейшие допуш ения относительно этих свойств. В механике обычно приписывают материалам некоторые упрощенно-идеализированные характеристики. Если, например, приписать веществу определенные простые свойства, то как движение, так и состояние равновесия отдельных материальных элементов его становятся доступными для изучения с единой общей точки зрения. Таким именно путем мы и приходим к понятиям равномерно распределенных масс, идеальных жидкостей и газоб, вязких веществ, изотропных упругих тел и т. п. [c.19] В физике различают три агрегатных состояния материи твердое, жидкое и газообразное. Во избежание, однако, некоторых затруднений и очевидных противоречий следует заметить, что во многих случаях критерии этой классификации оказываются неопределенными, в других же случаях она излишня и не отражает действительно важных признаков материалов ). [c.19] Тела в твердом состоянии обычно сохраняют свою форму под действием одного собственного веса, тогда как для жидкостей характерна легко подвижность малых элементарных частиц. В механике это приводит к определению идеальной жидкости как такого тела, внутри которого в состоянии покоя давление на любом его бесконечно малом плоском сечении направлено всегда нормально к взятому сечению (составляющая силы, действующая в плоскости сечения, будет смещать соседние частицы, подобно тому, как деревянная доска, плывущая на поверхности воды, начнет смещаться, если самая ничтожная сила будет действовать на доску параллельно ее поверхности). Наоборот, частицы твердого тела способны передавать через любое свое сечение не только нормальную, но и значительной величины касательную составляющую силы. [c.19] пока скорость потока воздуха значительно меньше скорости звука, обтекание твердого тела воздухом может быть уподоблено обтеканию того же тела водой. При умеренных скоростях течения поток сжимаемого газа (воздух) подчиняется тем же законам, что и ноток несжимаемой жидкости (вода). [c.19] Постоянная материала [л называется коэффициентом вязкости. Обладающее описанным свойством вещество называется вязким, а самое свойство—вязкостью вещества ). [c.20] Тела с кристаллической структурой также обладают способностью пластически деформироваться при температурах, лежащих значительно ниже точки их плавления. Ряд примеров был указан в предыдущей главе. Среди поликристаллических материалов важнейшее место занимают пластичные (ковкие) металлы благодаря их способности подвергаться пластическим деформациям под действием усилий достаточной величины и при низких температурах. Лабораторные испытания, произведенные с постепенным увеличением силы в течение непродолжительного времени, показали, что значительные пластические деформации можно получить и в других кристаллических материалах, как, например, в хрупких горных породах (мрамор, песчаник). Чтобы этого достигнуть, требуются, однако, большие сячимающие усилия, причем нагружение следует производить так, чтобы образец работал в условиях сложного напряженного состояния. [c.22] Деревянные балки в старых фахверковых зданиях, подвергавшиеся в течение нескольких столетий действию собственного вес.а или дополнительных нагрузок, часто обнаруживают значительные прогибы. На старинных кладбищах можно наблюдать прогибы надгробных каменных плит, сохранивших благодаря опиранию по краям горизонтальное положение (Е. Бингам). В подобных случаях деформации могут быть вызваны также и дополнительными обстоятельствами (резкие перемены атмосферных условий, чередующиеся замерзание и таяние воды в трещинах и т. п.). [c.22] Другим обш им свойством кристаллических и аморфных тел является упругость. Относительно малая, но легко измеримая часть обш ей деформации твердых тел, находяш ихся под нагрузкой, является по своей природе упругой. Примерами, иллюстрирующими это основное свойство в его чистом виде, могут служить деформации кристаллов твердых минералов (кварц, алмаз) под равномерно распределенными силами они деформируются на очень малые величины, зависящие только от мгновенных значений нагрузки. По снятии нагрузки эти малые деформации полностью исчезают. Изменения формы зависят от угла между направлением нагрузки и осями кристаллов, а также от свойств симметрии кристаллов. Кроме того, эти изменения пропорциональны приложенным силам. В кристаллофизике такие искажения формы называются упругими анизотропными деформациями. В поликристалличе-ских телах влияние анизотропии отдельных кристаллов взаимно уничтожается в связи с беспорядочностью ориентации осей кристаллов во множестве отдельных кристаллитов, составляющем массу образца. Здесь мы имеем тот же случай, что и в аморфных телах, где отдельные частицы предполагаются субмикроскопически малыми. В отношении малых обратимых искажений формы обычные твердые тела обладают изотропной упругостью. [c.23] Вместо того чтобы различать твердое и жидкое состояния материи, что приводит к уже отмеченным выше очевидным противоречиям между постулированным и фактическим поведением тел в этих состояниях, предпочтительнее исходить из таких идеальных веществ, механические свойства которых заранее четко охарактеризованы. Это приводит нас прежде всего к задаче определения трех идеализированных веществ, уже несколько охарактеризованных нами выше в соответствии с тем, как протекает в них процесс деформирования. Эти вещества можно определить посредством условных графиков, представленных на фиг. 6—8. [c.23] Реальные материалы редко деформируются в точном соответствии с той или иной из только что описанных трех схем (по крайней мере, пока силы или деформации не достигают определенных предельных значений). Как правило, поведение материалов оказывается более сложным, причем здесь могут представиться разные случаи. [c.24] Течение некоторых концентрированных суспензий малых частиц твердых тел в вязкой жидкости изучалось Бингамом ), Бингам предполагал, что для того, чтобы могло начаться течение, сила должна достигнуть определенного конечного значения, или предела текучести . Примерами подобных вязко-пластических веществ он считал некоторые краски. [c.25] Чтобы объяснить явление релаксации в твердых телах в его чистом виде, достаточно, следуя Максвеллу ), представить полную деформацию в виде алгебраической суммы упругой и чисто вязкой деформации. Таким же путем можно подойти и к рассмотрению более сложных случаев релаксации. Эти примеры вместе с упомянутыми выше случаями могут быть обоснованы теоретическим анализом, из которого читатель увидит, что, вопреки общепринятому представлению о сложности существа явлений, связанных с пластическими деформациями твердых тел, мы все же в состоянии средствами этого анализа извлечь важные результаты, касающиеся наблюденных фактов. Свойства некоторых материалов удобно иллюстрировать при помощи простых механических моделей, предложенных голландскими учеными, а также учеными других стран. Эти модели могут служить и для иллюстрации в идеализированном виде свойств релаксации упругого восстановления и других аналогичных явлений ). [c.25] Вернуться к основной статье