Доклад на тему: «Деформации твердых тел и их виды. Закон Гука. Учет и применение деформации в технике».

0

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя школа №3» городского округа город Урюпинск Волгоградской области

Доклад на тему:

«Деформации твердых тел и их виды. Закон Гука. Учет и применение деформации в технике».

Выполнил:

Губаревич С.А.,

учитель физики,

МАОУ «СШ №3»городского округа г.Урюпинск Волгоградской области

Урюпинск 2022

Деформации твердых тел и их виды. Закон Гука. Учет и применение деформации в технике.

Под нагрузкой материалы деформируются. Это связано с тем, что нагрузка вызывает перемещение частиц тела относительно друг друга. Деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является механическое напряжение.

 Определение деформации

Деформация тела – изменение формы или объёма тела под действием внешних сил.

Изменение длины тела Δl = l – l₀, где l₀ – начальная длина недеформированного тела, l – длина деформированного тела, принято называть величиной деформации.

Величина деформации – это скалярная физическая величина, которая может быть и положительной (тело растягивается), и отрицательной (тело сжимается).

Сила упругости направлена против смещения частей тела при деформации, возникает в деформируемом теле, но приложена к тому объекту, действием которого вызвана деформация.

 Виды и типы деформации

Деформации разделяются на два типа:

• обратимые или упругие – исчезают после окончания действия приложенных сил;

• необратимые или неупругие (пластические, ползучести) – остаются после окончания действия приложенных сил.

Пластические деформации – это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Пластичностью называется способность
вещества получать большие остаточные деформации без разрушения.

Деформации ползучести – это деформации, возникающие под действием длительного воздействия на тело постоянного напряжения.

Ползучесть и пластичность внешне схожи, но механизм ползучести имеет преимущественно диффузионную природу, а пластичность связана
с быстрым скольжением вдоль атомных плоскостей. При температурах, близких к температуре плавления, различие между этими видами деформации исчезает.

Наиболее простые виды деформации:

1) растяжение / сжатие,

2) сдвиг,

3) изгиб,

4) кручение.

Практически любую деформацию можно представить одновременным наложением нескольких из указанных видов простой деформации, которые, в конечном счете, могут быть сведены к двум первым видам.

 Упругие и неупругие деформации

Упругая деформация – деформация, при которой после прекращения действия силы размеры и форма тела полностью восстанавливаются. Деформация перестает быть упругой, если внешняя сила становится больше определенной величины, которая носит название предела упругости. При таком виде деформации происходит возврат частиц из новых положений равновесия в кристаллической решетке в старые. Тело полностью восстанавливает свои размеры и форму после снятия нагрузки.

Неупругая деформация — деформация, при которой происходит необратимая перестройка кристаллической решетки.

Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией.

Закон упругой деформации (закон Гука)

Закон Гука: Для тонкого растяжимого стержня модуль силы упругости прямо пропорционален величине деформации: F_упр = k |Δl|, где
k — коэффициент пропорциональности (коэффициент упругости), называемый жёсткостью;
Δl — абсолютное удлинение (сжатие) стержня.

Единица измерения жёсткости в системе СИ: Н/м. Коэффициент упругости зависит от материала, формы и размеров деформируемого тела. Можно выделить зависимость от размеров стержня (площади поперечного сечения — S и длины — L) явно, записав коэффициент упругости как k = ES/L.

Величина E называется модулем Юнга. Если ввести относительное удлинение ε = Δl/l и нормальное напряжение в поперечном сечении σ = F/S, то закон закон Гука для относительных величин запишется как σ = Eε. В такой форме он справедлив для любых малых объёмов материала. Также при расчёте прямых стержней применяют запись закона Гука в относительной форме Δl = Fl/ES.

Внимание! Если тело отсчёта выбранной ИСО расположить у свободного конца деформируемого тела, то при его деформации координата этого конца тела равна величине деформации. Тогда формула закона Гука, записанного для проекции силы упругости, принимает вид: F_упр.x = –kх. Знак «минус» в этом случае указывает на то, что сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частей тела при деформации.

Величины деформаций, для которых справедлив закон Гука, определяются экспериментально для каждого деформируемого тела.

Внимание! Линейная зависимость между модулем силы упругости и удлинением пружины (закон Гука) лежит в основе способа измерения силы с помощью динамометра.

При этом модуль измеряемой силы равен силе упругости пружины, которая, в свою очередь, рассчитывается по величине деформации. Для правильного измерения силы, растягивающей пружину динамометра, необходимо, чтобы во время измерения динамометр находился в покое или двигался прямолинейно и равномерно! Только в этом случае модуль измеряемой силы и модуль силы упругости равны друг другу.

Закон Гука — описывает поведение деформируемого твердого тела в зоне упругости. Закон Гука выполняется только при малых деформациях. При превышении предела пропорциональности связь между силой и деформацией становится нелинейной. Для многих сред закон Гука неприменим даже при малых деформациях.

Учет и применение деформации в технике.

Применение деформации в нагретом состоянии позволяет избежать той степени планарности скольжения, которая характерна для деформации при комнатной температуре. Деформированная структура при этом сравнительно однородна, и отжиг, возвращающий в состояние меньшей прочности (например, в состояние, эквивалентное Т6, при котором начинался процесс), сопровождается одновременным перестариванием выделений.

Применение АФЧХ деформаций для исследования динамики и уравновешивания гибких роторов является весьма перспективным, так как дает возможность определить величину и положение неуравновешенности гибкого ротора, определить собственные формы и частоты колебаний, фазовые соотношения, диссипативную функцию по величине резонансного диаметра. Тензодатчики, наклеенные на тело ротора, дают возможность судить о напряженном состоянии ротора в процессе эксплуатации.

Кроме приведенных основных видов деформаций, имеется многочисленная группа комбинированной штамповки, одновременно сочетающая две или несколько из указанных деформаций и отдельных операций, а также группа сборочно-штамповочных операций, основанных наприменении деформаций гибки, формовки или объемной штамповки.

0