Деформация механическая. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Деформация механическая (от лат. deformatio - искажение) - изменение взаимного расположения множества частиц материальной среды, к-рое приводит к искажению формы и размеров тела и вызывает изменение сил взаимодействия между частицами, т. е. появление напряжений (см. Напряжение механическое ).Д. тела возникает в результате приложения механич. сил, теплового расширения, воздействия электрич. и магн. полей и др. Д. наз. упругой, если она возникает и исчезает одновременно с нагрузкой и не сопровождается рассеянием энергии. Пластическая Д. сохраняется при снятии напряжений и сопровождается рассеянием энергии; величина её зависит не только от значений приложенных сил, но и от предшествующей истории их изменения. Для вязкоупругой Д. типична явная зависимость от процесса нагружения во времени, причём при снятии нагрузки Д. самопроизвольно стремится к нулю.

В кристаллах упругая Д. проявляется в изменении расстояний между узлами и перекосе кристаллич. решётки без изменения порядка расположения атомов; первонач. конфигурация восстанавливается при снятии нагрузки (см. Упругость). Одними из механизмов пластич. Д. в кристалле являются движение и размножение дислокаций. При малых напряжениях перемещение дислокаций обратимо. При напряжениях выше предела упругости движение дислокаций вызывает необратимую перестройку кристаллич. структуры, т. е. Д. становится пластической (см. Пластичность кристаллов). В поликристаллич. теле (напр., в техн. металле), как правило, одна часть зёрен деформируется упруго, другая - пластически. При этом в макромасштабе необратимая Д. может оказаться ничтожно малой (и тело считается упругим), но её наличие проявляется в т. н. гистерезисе упругом (в частности, свободные колебания затухают вследствие рассеяния энергии, затрачиваемой на пластич. Д. множества зёрен). Для возникновения движения и размножения дислокаций требуется определ. время. С этим связана динамич. чувствительность материала: чем быстрее возрастает нагрузка, тем меньшая пластич. Д. возникает при определ. величине напряжения. Если напряжения, превышающие предел упругости, действуют кратковременно, то движение и размножение дислокаций не успевают развиться и пластич. Д. не возникает (см. Запаздывание текучести ).Д. ползучести связана с движением дислокаций, диффузией внедрённых атомов, перестройкой межзёренных связей.

В полимерах Д. определяется изменением конфигурации длинных полимерных цепей и поперечных связей между ними. Наличие дальних взаимодействий обусловливает протяжённость во времени развития Д. Для полимеров типична вязкоупругая Д. (см. Вязкоупругость).

В механике сплошной среды рассматриваются Д. бесконечно малой окрестности точки, по к-рым воспроизводится Д. тел произвольных форм и размеров. Волокном наз. линия, состоящая из частиц вещества. Относительным удлинением e волокна наз. отношение изменения его длины l-l₀ к первонач. длине l₀, т.е.

. Сдвигом наз. изменение угла между элементарными (бесконечно малыми) волокнами, исходящими из одной точки среды и взаимно перпендикулярными до Д. В точке (её окрестности) Д. определена, если известны относит. удлинения бесчисленного множества элементарных (бесконечно малых) волокон, содержащих эту точку, и изменения углов между ними. Д. наз. малой при

(практически - до величин порядка 5-7%).

Относит. удлинения элементарных волокон, содержащих рассматриваемую точку M и направленных до Д. параллельно осям прямоуг. системы координат

, при малой Д. обозначаются

, а сдвиги между ними -

, причём

. Если MA и MB (рис.) - координатные материальные отрезки до деформации и MА₁ и MB₁ - их положения после деформации, то

. Шесть величин

образуют тензор малой Д., к-рый полностью определяет Д. окрестности точки M. Напр., относит. удлинение волокна, направление к-рого

образует углы

с осями

, равно

где

. Относит. изменение объёма окрестности точки

равно

. Величина

наз. средней (гидростатич.) Д. окрестности точки. Тензор Д. можно представить в виде суммы шарового тензора и девиатора. Шаровой тензор Д. определяется величинами

и характеризует объёмную Д. (расширения - сжатия), которую относят к упругой. Величины

определяют девиатор Д., который характеризует Д. изменения формы (сдвига), но не объёма. Такое представление удобно в связи с различием поведения материала при гидростатическом расширении-сжатии и сдвиге. В теории пластичности процесс девиаторной Д. играет особую роль; её изображают кривой - т. н. траекторией Д. Важными характеристиками траектории Д. являются её кривизны.

Шесть функций

определяют деформиров. состояние тела. Если

не зависят от координат, Д. тела наз. однородной. T. к. величины

связаны с удлинениями и поворотами координатных волокон, то их значения зависят от выбора системы координат. Напр., относит. удлинение

волокна, совпадающего до Д. с направлением оси

системы

, вычисляется по ф-ле (1), если в ней

- углы между

и осями

. При этом величины

не изменяются при повороте системы координат и наз. инвариантами тензора Д. В каждой точке среды существует три таких взаимно перпендикулярных волокна, что углы между ними при Д. оетаются прямыми. Их относит. удлинения

наз. главными удлинениями или главными Д., а их направления - главными осями Д. в точке. Главные удлинения также являются инвариантами тензора Д., причём

Компоненты тензора малой Д. выражаются через координаты вектора перемещения точки

(

-единичные векторы вдоль координатных осей) ф-лами

Требование сохранения сплошности тела при Д. налагает на функции

определ. ограничения, выражаемые ур-ниями совместности Д. Девять величин

, входящих в равенства (3), образуют тензор дисторсии, к-рый определяет не только Д. окрестности точки, но и её поворот.

Иногда удобно рассматривать вектор скорости частицы среды

, где

, и тензор скоростей Д.

, к-рый определяется ф-лами, аналогичными (3), где u_i заменены на v_i.

Компоненты конечной (большой) Д. уже не могут рассматриваться как относит. удлинения и изменения первоначально прямых углов. Количественную меру конечной Д. определяет изменение геометрич. характеристик системы координат, к-рая как бы вморожена в среду и деформируется вместе с ней.

В декартовой системе координат компоненты тензора конечной Д. выражаются через перемещения точек среды ф-лами

При малых деформациях малые величины

отбрасываются и получаются ф-лы (3).

Иногда в качестве меры конечной Д. вводят логарифмич. Д.

Измерения Д. (механические, электрические, магнитные и др.) основаны на прямом или косвенном измерении расстояний между фиксиров. точками тела или порождаемых Д. эффектов (оптических, пьезоэлектрических и т. п.). Количественные характеристики Д. являются существ. параметрами термомеханич. состояния вещества и используются в расчётах прочностных характеристик конструкций, усилий и течения вещества при обработке металлов давлением и др.

Литература по механической деформации

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.