Термодинамика процесса деформирования

Термодинамика процесса деформирования [c.14]

Применение законов термодинамики к описанию процесса деформирования упругих тел. Закон Дюамеля — Неймана и система уравнений линейной термоупругости [c.50]

По идее Томсона, к изучению процесса деформирования тела применимы первый и второй законы термодинамики. Предположим, [c.62]

Теория упругости базируется на идеализированной модели упругой сплошной среды, которая характеризуется тем, что любое тело, состоящее из такой гипотетической среды, после снятия нагрузки полностью восстанавливает свою первоначальную форму. В процессе деформирования в теле накапливается определенный запас энергии, возможно изменение температуры и других параметров, характеризующих состояние изучаемого объекта. Подойдем к описанию этих явлений с позиций первого и второго законов термодинамики. [c.216]

Вводные замечания. Будем считать, что процесс деформирования тела термодинамически обратим и однозначно выражается уравнением состояния в терминах своих переменных. Иными словами, предполагаем идеальную упругость материала в энергетическом смысле (см. 2.22). Из термодинамики известно ), что [c.460]

СООТНОШЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ [c.181]

При dQ (М) ф О прираш ение dW (М) не всегда является полным дифференциалом, и (1.29) в общем случае не справедливо. Согласно (1.М) для упругого тела полным дифференциалом будет приращение dU (М). Но не все процессы, подчиняющиеся первому началу термодинамики, могут быть обратимыми. Для обратимых процессов (в том числе для процессов деформирования упругого тела) согласно второму началу термодинамики полным дифференциалом также является приращение плотности энтропии [341 [c.16]

Настоящая книга посвящена теории термоупругости, основанной на применении принципов термодинамики к процессу деформирования. [c.6]

Непосредственное применение законов классической термодинамики для изучения процесса деформирования тела возможно только для обратимых процессов. [c.11]

Термодинамическая система характеризуется конечным числом независимых переменных — макроскопических величин, называемых термодинамическими параметрами. Одним из независимых макроскопических параметров термодинамической системы, отличающим ее от механической, является температура как мера интенсивности теплового движения. Температура тела может изменяться вследствие теплообмена с окружающей средой и действия источников тепла и в результате самого процесса деформирования. Связь деформации с температурой устанавливается с помощью термодинамики. [c.12]

И на основании термодинамических соотношений [18, 19] является функцией состояния, которая феноменологически описывает изменение состояния среды независимо от пути, на котором это изменение было достигнуто величина является полным дифференциалом, и имеет характер потенциальной функции от переменных, определяющих состояние. Скорость изменения внутренней энергии согласно первому закону термодинамики равна сумме изменений, обусловленных сообщенными телу механической и тепловой энергиями при этом разграничение понятий механическая и тепловая энергия условно, так как в процессе деформирования одна форма энергии может переходить в другую. [c.21]

Реальный процесс деформирования, связанный с необратимым процессом теплопроводности, в общем случае также является необратимым. Поэтому для решения задач термоупругости помимо механических законов сохранения и определяющих уравнений теории упругости, дополненных температурными членами, необходимо привлекать основные положения термодинамики необратимых процессов [23]. [c.121]

Как известно из термодинамики, различие между адиабатическим и изотермическим деформированием газообразных тел в смысле сопротивления этих тел деформации оказывается весьма существенным. Для твердых тел (поскольку они гораздо более жестки нежели газообразные тела) при изотермическом их деформировании второй член правой части формулы (17.8) оказывается значительно больше первого. Тем самым различие между адиабатическим и изотермическим процессами деформирования твердых упругих тел оказывается сглаженным, так что практически между ними можно не делать различия. Подробнее об этом см. [14], 121. [c.155]

Уравнение притока тепла и уравнение второго закона термодинамики с учетом необратимости процесса пластического деформирования можно записать в виде (см. 2, 5, 6 гл. V т. 1) [c.440]

В основе математического описания демпфирования лежит реология — наука о деформировании и течении материала. Одно из направлений, в котором развивается реология, связано с теорией микропроцессов и основано на дискретных моделях современной физики результаты исследований внутренней структуры материала используются здесь для описания внутренних процессов, протекающих в материале на уровне межатомных и молекулярных взаимодействий. Другое направление, которое наиболее распространено среди инженеров, связано с теорией макропроцессов и основывается на феноменологических аспектах физики явления. Макроскопический подход в реологии описывается уравнениями состояния, вытекающими из законов термодинамики необратимых процессов, которые можно записать в [c.87]

Деформирование тела является термодинамическим процессом. Согласно первому закону термодинамики изменение кинетической ёТ и внутренней ёЕ энергий тела при его переходе в смежное деформированное состояние равно сумме работы внешних сил ё11 произведенной на этом переходе, и сообщенному телу количества теплоты dQ (измеренной в единицах работы) [25, 39] [c.35]

СООТНОШЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА С ВНУТРЕННИМИ ПАРАМЕТРАМИ СОСТОЯНИЯ [c.180]

Изменение температурного, деформированного и напряженного состояний тела связано с совершением работы и преобразованием энергии в различные формы, т. е. является термодинамическим процессом. Согласно первому началу термодинамики за период времени dt приращение полной энергии тела или его части, которое суммируется из приращений кинетической rf/ v и внутренней dU / энергии, равно сумме работы dAy внешних сил и подведенному количеству теплоты dQy, т. е. [c.14]

Термодинамический подход необходим при исследовании весьма обширного класса задач, даже в тех случаях, когда тепловые эффекты считаются незначительными. Вместе с тем следует отметить, что существует большое число механических задач, которые могут быть решены без применения термодинамики даже при наличии теплового нагружения. Например, если заданы уравнения равновесия, граничные условия и определяющие уравнения с температурными слагаемыми, то этого достаточно для определения напряженно-деформированного состояния рассматриваемого тела. Потребность в термодинамике возникает одновременно с введением понятий работы количества тепла, внутренней энергии и т. д., а также при наличии необратимых процессов. [c.29]

Достижение предельного состояния при реализации критического распределения напряжений и деформаций на фронте трещины характеризует переход к глобальному (нестабильному) разрушению. Однако в зависимости от условий нагружения при росте трещины могут реализоваться условия для локальной нестабильности разрушения. Наиболее полно спектр пороговых значений К , отвечающих смене диссипативных структур, реализуется при циклическом нагружении и постоянной нагрузке низкого уровня. Как уже отмечалось в предыдущей главе, микроразрушение отрывом связано с достижением критического соотношения теоретических прочностей на сдвиг и на отрыв, контролируемого постоянной Л= [Lm/H G/E], полученной на основе идеи о независимости удельной энергии разрушения от вида подводимой энергии. Эта идея отражает принцип самоорганизации процессов диссипации энергии в металлах и сплавах при том или ином виде воздействия. Термодинамические аспекты этой идеи развиты В. В. Федоровым [110]. Согласно его концепции, критерием повреждаемости локального объема является критическая плотность внутренней энергии At/ , накопленной при его предельной деформации. Это позволило с единых позиций рассмотреть кинетику повреждений металлов и сплавов при ползучести, усталости, статическом деформировании, трении и т. п. Концепция с позиций термодинамики объясняет постоянство критической плотности энергии деформации и ее независимость от внешних факторов, что согласуется с концепцией [71]. [c.112]

Силы упругости. В Курсе теории упругости Л е й б е н-зона Л. С. р ], 27—30 доказывается (на основании первого и второго закона термодинамики), что силы упругости абсолютно упругого тела как при адиабатическом, так и при изотермических процессах потенциальны, и выводятся формулы, позволяющие в самом общем случае найти потенциальную энергию упругого деформированного тела ). В некоторых простейших случаях деформаций, рассматриваемых в сопротивлении материалов и приведенных в таблице, нетрудно найти потенциальную энергию вывод некоторых из них приведен в учебнике ( 124) ), [c.204]

Рассмотрим далее требование неотрицательности работы, широко используемое в механике сплошной среды, и его связь с соотношениями (6.71)-(6.73), следующими из законов термодинамики необратимых процессов. Требование неотрицательности работы для изотермического деформирования вязкоупругой среды формулируют в виде [c.143]

Теория необратимых процессов изложена в объеме, необходимом для изучения термодинамики деформирования неравномерно нагретого тела, обладающего свойствами идеальной упругости, однородности и изотропии. [c.6]

Для изучения реального процесса термоупругого деформирования тела, подвергающегося действию внешних сил и неравномерного нагрева, должна быть привлечена термодинамика необратимых процессов. [c.23]

Поскольку термодинамика необратимых процессов является обобщением классической термодинамики, то сначала, в 1.3, рассматриваются основные понятия и положения термодинамики обратимых процессов, а затем, в 1.4,— основные положения термодинамики необратимых процессов в связи с термоупругим деформированием тела. Далее, в 1.5 и 1.6, на основе термодинамических соображений выводятся соотношения между напряжениями и дефор- [c.12]

Величины и , 8 /, оц и Г в общем случае являются функциями координат и времени I. Так как тепло распространяется в твердом теле посредством теплопроводности, то для изучения процесса термоупругого деформирования даже идеально упругого тела должна быть привлечена термодинамика необратимых процессов. [c.24]

Таким образом, в деформируемом (или деформированном) твердом теле реально встречаются все виды структур, известные из термодинамики. Довольно отчетливо выявляются особенности, связанные с неравновесностью процесса активной пластической деформации. Целью данной главы является описание наиболее типичной для кристалла ротационной неустойчивости дислокационной структуры. [c.106]

Теория термоупругости. Напомним, что для определения состояний, через которые проходит идеальный газ, когда он совершает работу, расширяясь или подвергаясь сжатию в не-которой машине под действием внешних сил, первый и второй законы термодинамики применяются к определенному идеальному циклу или процессу в газе. Подобно этому, для рассмотрев ния превращения механической работы или энергии упругой деформации в тепло, или наоборот, мы определим, как изменяются параметры состояния > / г/гого тела, когда оно подвергается заданному виду деформирования или нагружения [c.55]

Законы, связывающие напряженное состояние с деформированным, можно искать на основе термодинамических уравнений и, в частности, на основе законов термодинамики необратимых процессов. Для этого следует вспомнить основные понятия и законы феноменологической термодинамики ). [c.67]

Предположим теперь, что на тело действуют силы Qia, соответствующие перемещения равны qio, а внутренняя энергия Ео. Будем менять силы нроизБОЛьным образом, но так, чтобы в конце концов они приняли исходные значения Qio. Изображающая точка в пространстве сил опишет три этом замкнутую критую. Если тело упруго, мы должны получить при этом прежнее значение перемещений и вернуться к прежнему значению внутренней энергии. В пространстве перемещений изображающая точка также опишет замкнутую кривую. Согласно иервому началу термодинамики в процессе деформирования все время должно выполняться следующее соотношение [c.148]

Для описания процессов деформирования и накопления повреждений необходимо определить характерные переменные и установить зависимости, которые их связывают. Выбор переменньк должен определяться числом явлений, которые необходимо учитывать для адекватного описания процессов, совместимостью с принципами термодинамики и информацией по микроскопическим физическим механизмам, определяющим данные процессы. [c.372]

Книга посвящена теории термоупругости, основанной на термодинамике необратимых процессов. В ней излагаются основные положения и методы теории термоупругости, включающей теплопроводность, тепловые напряжения, вызванные градиентами температуры, динамические эффекты при резко иестациоиарных процессах нагрева и термомеханические эффекты, обусловленные процессом деформирования. [c.3]

Последовательное рассмотрение процессов упругого деформирования и теплопроводности в их взаимосвязи возможно только на основе термодинамических соображений. Томсон (1855) впервые применил основные законы термодинамики для изучения свойств упругого тела. Ряд исследователей [Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц (1953) и др.] с помощью методов классической термодинамики получили связанные уравнения термоупругости. Однако в рамках классической термодинамики строгий анализ справедлив лишь для изотермического и адиабатического обратимых процессов деформирования. Реальный процесс деформирования, неразрывно связанный с необратимым процессом теплопроводности, является в общем случае также необратимым. Термодинамика необратимых процессов, разработанная в последние годы, позволила более строго поставить задачу о необратимом процессе деформирования и дать единую трактовку механических и тепловых процессов, нашедшую отражение в работах Био (1956), Чедвика (1960), Боли и Уэйнера (1960) и др. В связи с этим более четко определилась теория термоупругости, обобщающая классическую теорию упругости и теорию теплопроводности. Она охватывает следующие явления перенос тепла теплопроводностью в теле при стационарном и нестационарном теплообмене между ним и внешней средой термоупругие напряжения, вызванные градиентами температуры динамические эффекты при резко нестационарных процессах нагрева и, в частности, термоупругие колебания тонкостенных конструкций при тепловом ударе термомеханические эффекты, обусловленные взаимодействием полей де( юрмации и температуры. [c.6]

Трименительно к процессу деформирования твердых тел можно утверждать согласно первому закону термодинамики, что работа, затрачиваемая на деформацию тела, равна внутренней энергии тела. Если деформированное тело медленно возвращается в исходное состояние, то по меньшей мере часть накопленной энергии деформации может быть опять возвращена. Энергия деформации вычисляется согласно (2.1) как работа внутренних сил в процессе деформирования. Удельная потенциальная энергия упругой деформации в общем случае равна [c.78]

В записи исходного определяющего уравнения (3) фактически можно считать участвующей и температуру и, возможно, другие параметры состояния (химического или иного происхождения). Однако во всем изложении главы температура как параметр состояния не фигурирует. Это объясняется тем, что существует широкий круг подлежащих изложению вопросов, не связанных с термодинамикой. Именно эти вопросы (группы равноправности, понятие твердого тела, типы анизотропии, понятие упругой жидкости и т. д.) составляют рсновное содержание главы. Введение дополнительных параметров только внесло бы в изложение лишние детали, тем более, что существует обширный класс явлений, для описания которых не требуется введения температуры. В частности, в отсутствие химических реакций приведенное описание справедливо для изотермического либо адиабатического процесса деформирования. Более общие задачи, исследование которых существенно опирается на термодинамические соображения, рассматриваются в гл. 9. [c.81]

Заметим, что приведенный выше термодинамичеС1 ий анализ сделан в предположении о том, что характеристики материала, как-то Е, а, Се постоянны. В действительности это не так. Поэтому для реальных материалов термодинамика несколько усложняется и качественные результаты могут быть другими. Например, многие полимеры при растяжении в упругой области не охлаждаются, как металлы, а нагреваются. Упругое деформирование многих материалов сопровождается пластическим, необратимым деформированием уже при небольших нагрузках, поэтому использование законов термодинамики обратимых процессов не всегда может считаться оправданным. [c.70]

Термодинамика имеет дело с превращениями энергии. Своеобразие превращений энергии при трении и изнашивании заключается в их многообразии. Пластическая деформация жесткопластического тела (металла, полимера) протекает в условиях неоднородного напряженного состояния, неоднородного химического потенциала и температур , . В соответствии с принципом Ле-Шателье всякое внешнее воздействие, выводящее тело (систему) из равновесия, инициирует в нем процессы, стремя1циеся ослабить результаты этого воздействия. Поэтому образование разрыва спло1пности материала при появлении дефектов структуры должно вызывать перенос массы окружающего материала к месту дефекта, чтобы заполнить и уменьшить разрыв. Возникновение переноса вещества при пластической деформации металла является следствием локального изменения химического потенциала в очаге деформации от его значения в сплошном металле. Таким образом, развитие процесса пластического деформирования характеризуется соотношением конкурируюпщх потоков энергии, стремящихся разрушить материал и противостоящих его разрушению [1]. [c.113]

Далее изложено содержание работы Снеддона [2] по определению напряженно-деформированного состояния окрестности вершины трещины в плоской задаче и обобщение Ирвина [3] результатов Снеддона на осесимметричный случай. Рассмотрен также подход Ривлина и Томаса [4] к исследованию процесса разрушения резин, опирающийся на законы термодинамики. [c.10]

Книга включает введение и семь глав. Во введении изложены элементы физической механики применительно к таким состояниям среды, как газ, жидкость, кристаллическое и аморфное твердые тела, и сформулированы основные гипотезы и предмет термомеханики, а в первой главе приведены используемые далее в книге понятия и соотношения тензорного исчисления. Вторая глава посвящена описанию движения и деформирования сплошной среды и изложению теории напряжений. Законы сохранения физических субстанций и основы термодинамики необратимых процессов рассмотрены в третьей главе. В остальных четырех главах методы термомеханики применены к построению линейных математических моделей жидкости, термоупругой и термовязкоупругой сплошных сред, а также нелинейных моделей термоупругопластической среды. [c.5]

Это обстоятельство, а также многомасштабность процесса пластического деформирования (как по временной шкале, так и по пространственной) чрезвычайно осложняют его корректное термодинамическое рассмотрение. По этому поводу И. Пригожин отмечал [7], что вряд ли развиваемый им подход (неравновесная термодинамика необратимых процессов) сможет быть перенесен без изменений на такую систему, как деформируемое твердое тело. Тем не менее на качественном уровне анализ принципов термодинамики применительно к процессу пластической деформации может помочь при теоретическом анализе экспериментально наблюдаемых неустойчивостей развития дефектной структуры. Термодинамика рассматривает три качественно разных вида процессов. [c.103]

Введение. В то время как в первом томе предполагалось, что в процессе упругого или необратимого деформирования твердого тела температура остается постоянной, в этой главе будут рассматриваться различные случаи, когда температура изменяется при нагружении или разгрузке. В приложениях можно встретить р-яд простых тепловых явлений, для описания которых достаточно включить температуру как характеристику состояния в уравнения, связывающие компоненты тензора деформаций с компонентами тензора напряжений так будет, например, в случае, когда нужно определить температурные напряжения в неравномерно нагретом теле. В других случаях бывает необходимо использовать первое и второе начала термодинамики и учитывать превращение внешней механической работы или внутренней энергии упругого деформирования в тепло и наоборот, как, например, в случае, когда нужно определить изменение температуры упругого тела или жидкости, происходящее в результате мгновенного деформирования или внезап- ного приложения нагрузки. [c.15]

Металл, подвергнутый холодной обработке давлением, обладает повышенным запасом свободной энергии и поэтому находится в неустойчивом состоянии. В соответствии со вторым законом термодинамики такая система стремится к состоянию с наименьшим запасом свободной энергии. Пластическая деформация уменьшает растворимость элементов (углерода, азота) в фзррите и последний становится перенасыщенным. В деформированных участках будет иметь место процесс выпадения из феррита избыточных фаз, сопровождаемый повышением твердости и прочности при одновременном резком снижении вязкости и пластичности. Этот процесс называют деформационным старением. Оно протекает уже при комнатной температуре, однако для этого необходимо длительное время [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...