Простейшая элементарная деформация
Простейшей элементарной деформацией
(илиотносительной деформацией ) является относительное удлинение некоторого элемента: ϵ = ( l 2 − l 1 ) / l 1 = Δ l / l 1 {\displaystyle \epsilon =(l_{2}-l_{1})/l_{1}=\Delta l/l_{1}} где
- l 2 {\displaystyle l_{2}} — длина элемента после деформации;
- l 1 {\displaystyle l_{1}} — исходная длина этого элемента.
На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что ϵ ≪ 1 {\displaystyle \epsilon \ll 1} .
Физическая величина, равная модулю разности конечной и изначальной длины (изменения размера) деформированного тела, называется абсолютной деформацией
: Δ L = | L 2 − L 1 | {\displaystyle \Delta L=\left|L_{2}-L_{1}\right|} .
Расчёты на прочность при изгибе
Особую важность при проектировании конструкций и их отдельных элементов играют предварительные расчёты на прочность при возникающих изгибах. По результатам проведенных расчётов устанавливают фактические (реальные) и допустимые напряжения, которые способны выдержать элементы и вся конструкция в целом
Это позволит определить реальный срок службы разработать рекомендации по правильной эксплуатации разработанного объекта
Это позволит определить реальный срок службы разработать рекомендации по правильной эксплуатации разработанного объекта.
Условие прочности выводится в результате сравнения двух показателей. Наибольшего напряжения, которое возникает в поперечном сечении при эксплуатации и допустимого напряжения для конкретного элемента. Прочность зависит от применённого материала, размера детали, способа обработки и его физико-механических и химических свойств.
Для решения поставленной задачи применяются методы и математический аппарат, разработанный в дисциплинах техническая механика, материаловедение и сопротивление материалов. В этом случае применяются:
- дифференциальные зависимости Журавского (семейство дифференциальных уравнений связывающие основные параметры при деформации и их производные);
- способы определения перемещения (наиболее эффективными считаются метод Мора и правило Верещагина);
- семейство принятых гипотез;
- разработанные правила построения графических изображений (построение эпюр).
Расчёт параметров производится в три этапа:
- при проверочном расчёте (вычисляют величину максимального напряжения);
- на этапе проектирования (производится выбор толщины и параметров сечения бруса);
- во время вычисления допустимой нагрузки.
Полученные знаки величин напряжений определяются на основании оценки протекающих физических процессов и направления проекций векторов сил и моментов.
Наиболее наглядными результатами расчёта являются построенные эпюры на поверхности разрабатываемого изделия. Они отражают влияние всех силовых факторов на различные слои деталей. При чистом изгибе эпюры имеют следующие особенности:
- на участке исследуемой балки с отсутствием нагрузки, которая носит распределённый характер, эпюра изображается прямой линией;
- на участке приложения так называемых сосредоточенных сил на эпюре наблюдается изменение направления в форме скачка в том месте к которому приложен вектор силы;
- в точке появления приложенного момента, скачок равен величине этого параметра;
- на участке с распределённой нагрузкой интенсивность воздействия изменяется по линейному закону, а поперечные нагрузки носят степенной характер изменения (чаще всего по параболической кривой, с направлением выпуклости в сторону приложенной нагрузке);
- в границах исследуемого участка функция изгибающего момента приобретает экстремум (на основании методов исследования функций с помощью дифференциального исчисления можно установить характер экстремума – максимум или минимум).
На практике решение систем дифференциальных уравнений может вызвать определённые трудности. Поэтому при расчётах допускаются некоторые прощения, которые не влияют на точность определяемых параметров. К этим упрощениям относятся:
- расчёт производят с учётом нормальных напряжений;
- в качестве основного предположения принимают гипотезу о плоских сечениях;
- продольные волокна не производят дополнительного давления между собой (это позволяет считать, что процессы изгиба носят линейный характер);
- деформация волокон не зависит от их ширины (значения нормальных напряжений постоянные по всей ширине);
- для расчётной балки задают одну плоскость симметрии (все внешние силы лежат в этой плоскости);
- физико-механические характеристики материала подчиняются закону Гука (модуль упругости имеет постоянную величину);
- процессы в балке подчиняются законам плоского изгиба (это допущение вытекает из соотношений геометрических размеров изделия).
Современные методы исследования воздействия внешних сил, внутренних напряжений и моментов позволяют с высокой степенью точности рассчитать прочность каждой детали и всей конструкции в целом. Применение компьютерных методов расчёта, фрактальной геометрии и 3D графики позволяет получить подробную картину происходящих процессов.
Как происходит разрушение металлов
Процесс разрушения металлов адекватно описывается методами специальной механики разрушения. Исходное положение теории заключается в том, что разрушение элементов конструкций связано с возникновением и развитием трещин, которые проявились:
В процессе изготовления деталей (сварка, шлифовка, закалка);
В период их эксплуатации вследствие превышения допустимых нагрузок;
Как следствие коррозионных явлений.
Механика разрушения учитывает влияние дефектных участков при анализе напряжённого состояния конструктивных элементов и при определении реальных характеристик материала во время испытаний. Такие испытания должны проводиться с образцами, в которых имеются искусственно наведенные трещины.
В результате испытаний устанавливаются количественные связи между номинальными напряжениями, формой и размерами дефекта, с одной стороны, и сопротивлением материала в условиях стабильного и нестабильного варианта развития трещины – с другой. Именно в этом заключается принципиальная основа использования методов механики разрушения при выборе материала, определения размера и установления срока службы деталей машин и элементов металлоконструкций.
Физическая природа деформации металлов
Этот процесс включает в себя упругую и остаточную стадии. Возникающие при этом деформации подразделяются на три группы:
Упругие, т.е., такие, которые полностью исчезают при снятии приложенных внешних сил. Тело при этом приобретает свои первоначальные размеры. Изучением упругих деформаций занимаются теория упругости и сопротивление материалов. Связь между напряжениями и деформациями в этом случае линейна и подчиняется закону Гука.
Упругопластические, которые возникают тогда, когда упругая и пластическая (остаточная) составляющие соизмеримы между собой. Изучение упругопластических деформаций имеет значение для всесторонней оценки запаса прочности металла, поскольку в практике металлообработки такой вид деформации не используется.
Пластические/конечные, при которых упругие изменения формы незначительны, и ими можно пренебречь. Здесь зависимость напряжений и деформаций не носит линейного характера, и зависит от множества факторов.
Любой реальный металл представляет собой совокупность анизотропных кристаллов, ориентация которых произвольна. Поэтому предполагается, что во всех направлениях имеется приблизительно одинаковое количество одинаково ориентированных зёрен. Именно поэтому свойства металла во всех направлениях одинаковы и определяются некоторыми средними значениями. Квазиизотропность металлов облегчает изучение физических основ их деформирования.
Основой для любого изменения формы металла является наличие дефектов в его структуре, прежде всего – дислокаций. С помощью теории дислокаций объясняются механизмы разрушения металла, его кристаллизация, упрочнение/разупрочнение и пр. Ключевым положением теории дислокации является то, что любое изменение формы представляет собой результат перемещения и размножения дефектов в кристаллической решётке. При этом механизм деформации рассматривается на уровне отдельных атомов. Такое представление позволяет анализировать многие физические явления, происходящие в деформируемом теле под нагрузками, при повышенных температурах и т.д.
Возможные дефекты
Избежать неприятных проявлений в виде вздутия, деформации стыков, образования волн можно следуя основным правилам и советам. Высококачественная продукция от проверенных производителей более устойчива к механическим, температурным влияниям и воздействию влаги
Важно придерживаться определенных правил эксплуатации полотна в соответствии с классом ламината
Широко используется клеевой метод укладки, сохраняя первоначальный вид швов. Правильный уход также продлит эксплуатацию напольного полотна. Систематическая обработка специальными средствами защитит от пагубного воздействия влаги. Вздувшийся ламинат на стыках, швах, появление волн могут быть результатом: нарушений правил по уходу, низкого качества основы ламелей, неправильно подобранной подложки.Вздутие на стыках досок
Деформация ламелей по стыкам
Повышенная сырость в помещении и избыток воды при уборке могут стать причиной возникновения вспучивания на швах ламината – местах, наиболее подверженных воздействию влаги. Следует тщательно отжимать тряпку при мытье и избегать попадания брызг на полотно.
Высокое качество плиты с внутренней стороны ламината обеспечивает длительную эксплуатацию, сохраняя привлекательный вид поверхности
Выбирая материал, важно уделить особое внимание плотности HDF плит. Подложка ламинатного полотна должна соответствовать толщине ламелей. Толщине досок до 12 мм должны соответствовать показатели подложки около 3 мм. В случае укладки элементов толщиной в 7 мм – подложка не должна превышать 2 мм
В случае укладки элементов толщиной в 7 мм – подложка не должна превышать 2 мм
В случае укладки элементов толщиной в 7 мм – подложка не должна превышать 2 мм
В случае укладки элементов толщиной в 7 мм – подложка не должна превышать 2 мм
Плотные материалы потребуют использования полистирола, плит ДВП или натуральной пробки
В случае укладки элементов толщиной в 7 мм – подложка не должна превышать 2 мм. Плотные материалы потребуют использования полистирола, плит ДВП или натуральной пробки.
Образование «волн»
Деформации в виде волн возникают чаще всего по причине отсутствия расстояния между полотном и стенами, устраняются путем образования специального зазора для свободного расширения материала. Крайние ламели аккуратно обрезаются. Процесс начинают с демонтажа плинтуса. Далее выполняются отметки на элементах для обрезки. Выступающие отрезки устраняются при помощи режущих инструментов для работы по дереву.
Важно в первую очередь определить причину деформации, ведь если вздулся ламинат, как исправить поверхность подскажет только выяснение способствующего фактора. Иногда даже неправильный монтаж фиксатора двери может негативно повлиять на ровность полотна. Специалисты не рекомендуют выполнять его установку на ламинированных элементах
Специалисты не рекомендуют выполнять его установку на ламинированных элементах
Крепеж лучше установить на стяжке пола, через отверстие в ламелях
Важно также помнить о необходимости зазоров между напольным полотном и трубами отопления. Специалисты не рекомендуют выполнять его установку на ламинированных элементах. Крепеж лучше установить на стяжке пола, через отверстие в ламелях
Крепеж лучше установить на стяжке пола, через отверстие в ламелях
Специалисты не рекомендуют выполнять его установку на ламинированных элементах. Крепеж лучше установить на стяжке пола, через отверстие в ламелях
Важно также помнить о необходимости зазоров между напольным полотном и трубами отопления
Подготовка основы
Чтобы избежать дефектов при укладке ламината, а именно щелей между панелями, нужно перед настиланием хорошо подготовить основу. Ею могут быть линолеум, старые доски, керамическая плитка, цементная стяжка или паркет. Если основа имеет неровности, можно использовать самовыравнивающиеся смеси, а маленькие впадины заполнить раствором цемента.
Имеет значение и ровность стен, так как первый ряд и последний надо будет выравнивать по стенам, да и торцы крайних досочек тоже.
Если основа под ламинат имеет неровности, следует использовать самовыравнивающиеся смеси, заполняя маленькие впадины раствором.
Надо иметь в виду, что ламинат не крепится к основанию. Его не нужно приклеивать, прибивать гвоздями или прикреплять с помощью шурупов.
Еще потребуются расходные материалы, а именно: клей, обычная самоклеящаяся лента, дюбель-гвозди, герметик.
Перед началом монтажа купленный ламинат хотя бы сутки должен пролежать там, где он будет укладываться. Затем можно приступать к укладке ламинированного паркета.
Измерение деформации
Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией; измерения обычно производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.
Деформация твёрдого тела: её виды, измерение
Подробности Молекулярно-кинетическая теория Опубликовано 17.11.2014 18:20 10272
Под воздействием внешних сил твёрдые тела меняют свою форму и объем, т.е. деформируются.
В результате действия приложенных к телу сил частицы, из которых оно состоит, перемещаются. Изменяются расстояния между атомами, их взаимное расположение. Это явление называют деформацией.
Если после прекращения действия силы тело возвращает свою первоначальную форму и объём, то такая деформация называется упругой, или обратимой. В этом случае атомы снова занимают положение, в котором они находились до того, как на тело начала действовать сила.
Если мы сожмём резиновый мячик, он изменит форму. Но тут же восстановит её, как только мы его отпустим. Это пример упругой деформации.
Если же в результате действия силы атомы смещаются от положений равновесия на такие расстояния, что межатомные связи на них уже не действуют, они не могут вернуться в первоначальное состояние и занимают новые положения равновесия. В этом случае в физическом теле происходят необратимые изменения.
Сдавим кусочек пластилина. Свою первоначальную форму он не сможет вернуть, когда мы прекратим воздействовать на него. Он деформировался необратимо. Такую деформацию называют пластичной, или необратимой.
Необратимые деформации могут также происходить постепенно с течением времени, если на тело воздействует постоянная нагрузка, или под влиянием различных факторов в нём возникает механическое напряжение. Такие деформации называются деформациями ползучести.
Например, когда детали и узлы каких-то агрегатов во время работы испытывают серьёзные механические нагрузки, а также подвергаются значительному нагреву, в них со временем наблюдается деформация ползучести.
Под воздействием одной и той же силы тело может испытывать упругую деформацию, если сила приложена к нему на короткое время. Но если эта же сила будет воздействовать на это же тело длительно, то деформация может стать необратимой.
Величина механического напряжения, при которой деформация тела всё ещё будет упругой, а само тело восстановит свою форму после снятия нагрузки, называется пределом упругости. При значениях выше этого предела тело начнёт разрушаться. Но разрушить твёрдое тело не так-то просто. Оно сопротивляется. И это его свойство называется прочностью.
Когда два автомобиля, соединённые буксировочным тросом, начинают движение, трос подвергается деформации. Он натягивается, а его длина увеличивается. А когда они останавливаются, натяжение ослабевает, и длина троса восстанавливается. Но если трос недостаточно прочный, он просто разорвётся.
Это интересно: Чем склеить оргстекло намертво в домашних условиях
Нагартовка термически упрочняемых сплавов
Для термически упрочняемых сплавов нагартовка может быть дополнением к уровню прочности, которое достигается путем упрочнения за счет выделения упрочняющей фазы при их термической обработке.
В случае полностью полностью упрочненных термической обработкой сплавов увеличение их прочности путем дополнительно холодной деформации после старения сравнительно невелико, кроме очень высоких степеней нагартовки. Часто эта возможность ограничена низкой способностью. сплавов в этом состоянии к пластической деформации. Основное применение этой технологии относится к некоторым прессованным и холоднотянутым изделиям, таким как проволока, прутки и трубы, которые подвергаются холодному волочению после термической обработки для увеличения прочности и повышения качества поверхности .
Предел прочности
Определение 9
Предел прочности – максимальное напряжение, которое способно выдержать твердое тело, не разрушаясь.
В точке e материал разрушается.
Определение 10
Если диаграмма напряжения материала имеет вид, соответствующий тому, что показан на графике, то такой материал называется пластичным. У них обычно деформация, при которой происходит разрушение, заметно больше области упругих деформаций. К пластичным материалам относится большинство металлов.
Определение 11
Если материал разрушается при деформации, которая превосходит область упругих деформаций незначительно, то он называется хрупким. Такими материалами считаются чугун, фарфор, стекло и др.
Деформация сдвига имеет аналогичные закономерности и свойства. Ее отличительная особенность состоит в направлении вектора силы: он направлен по касательной относительно поверхности тела. Для поиска величины относительной деформации нам нужно найти значение Δxl, а напряжения – FS (здесь буквой S обозначена та сила, которая действует на единицу площади тела). Для малых деформаций действует следующая формула:
∆xl=1GFS
Буквой G в формуле обозначен коэффициент пропорциональности, также называемый модулем сдвига. Обычно для твердого материала он примерно в 2-3 раза меньше, чем модуль Юнга. Так, для меди E=1,1·1011 Нм2, G=,42·1011 Нм2.
Когда мы имеем дело с жидкими и газообразными веществами, то важно помнить, что у них модуль сдвига равен. При деформации всестороннего сжатия твердого тела, погруженного в жидкость, механическое напряжение будет совпадать с давлением жидкости (p). Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела
Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела
При малых деформациях
Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела. При малых деформациях
При деформации всестороннего сжатия твердого тела, погруженного в жидкость, механическое напряжение будет совпадать с давлением жидкости (p). Чтобы вычислить относительную деформацию, нам нужно найти отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела. При малых деформациях
∆VV=1Bp
Буквой B обозначен коэффициент пропорциональности, называемый модулем всестороннего сжатия. Такому сжатию можно подвергнуть не только твердое тело, но и жидкость и газ. Так, у воды B=2,2·109 Нм2, у стали B=1,6·1011Нм2. В Тихом океане на глубине 4 км давление составляет 4·107 Нм2, а относительно изменения объема воды 1,8 %. Для твердого тела, изготовленного из стали, значение этого параметра равно ,025 %, то есть оно меньше в 70 раз. Это подтверждает, что твердые тела благодаря жесткой кристаллической решетке обладают гораздо меньшей сжимаемостью по сравнению с жидкостью, в которой атомы и молекулы связаны между собой не так плотно. Газы могут сжиматься еще лучше, чем тела и жидкости.
От значения модуля всестороннего сжатия зависит скорость, с которой звук распространяется в данном веществе.
Всё ещё сложно? Наши эксперты помогут разобраться
Все услуги
Решение задач
от 1 дня / от 150 р.
Курсовая работа
от 5 дней / от 1800 р.
Реферат
от 1 дня / от 700 р.
Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла
В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.
Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис.11, а). При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом) (механизм рассмотрен выше).
Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не необратимы. Они могут быть устранены, например, с помощью термической обработки (отжигом).
Формоизменение заготовки при температуре выше температуры рекристаллизации сопровождается одновременным протеканием упрочнения и рекристаллизации.
Горячей деформацией называют деформацию, характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равноосной, без следов упрочнения (рис.11, б).
Следует отметить, что рекристаллизация протекает не во время деформации, а сразу после ее окончания и тем быстрее, чем выше температура. При очень высокой температуре, значительно превышающей температуру рекристаллизации, она завершается в секунды и даже доли секунд.
Чтобы обеспечить условия протекания горячей деформации, приходится с увеличением ее скорости повышать температуру нагрева заготовки (для увеличения скорости рекристаллизации).
При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации, а отсутствие упрочнения приводит к тому, что сопротивление деформированию (предел текучести) незначительно изменяется в процессе обработки давлением. Этим обстоятельством объясняется в основном то, что горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как при этом требуются меньшие усилия деформирования (менее мощное оборудование).
При горячей деформации пластичность металла выше, чем при холодной деформации. Поэтому горячую деформацию целесообразно применять при обработке труднодеформируемых, малопластичных металлов и сплавов, а также заготовок из литого металла (слитков). В то же время при горячей деформации окисление заготовки более интенсивно (на поверхности образуется слой окалины), что ухудшает качество поверхности и точность получаемых размеров.
Холодная деформация без нагрева заготовки позволяет получать большую точность размеров и лучшее качество поверхности по сравнению с обработкой давлением при достаточно высоких температурах. Отметим, что обработка давлением без специального нагрева заготовки позволяет сократить продолжительность технологического цикла, облегчает использование средств механизации и автоматизации и повышает производительность труда.
а) б)
Рисунок 11. Схема изменения микроструктуры металла при прокатке:
а) холодная пластическая деформация;
б) горячая пластическая деформация
Для каждого металла и сплава существует своя температурная область холодной и горячей обработки давлением. Пластическое деформирование железа при 600° С следует рассматривать как горячую обработку, а при 400 °С – как холодную. Для свинца и олова пластическое деформирование даже при комнатной температуре является по существу горячей обработкой, так как температура 20° С выше температуры рекристаллизации этих металлов. Эти металлы в практике называют ненаклепываемыми, хотя при деформировании у них образуются линии сдвига (что показывает, например, характерный хруст оловянной пластинки при ее изгибании).
При горячей обработке металла, чтобы увеличить его пластичность, а также чтобы устранить возможность наклепа, применяют температуры, значительно превосходящие минимальную температуру рекристаллизации.
Для отжига наклепанного материала в производственных условиях применяют более высокие температуры, чем минимальная температура рекристаллизации, для обеспечения большей скорости рекристаллизационных процессов. В табл.1 приведены теоретические температуры рекристаллизации, температуры, при которых в производственных условиях осуществляют рекристаллизационный отжиг, а также температуры горячей обработки давлением.
Рекристаллизационный отжиг чаще применяют как межоперационную термическую обработку при холодной прокатке, волочении, штамповке и т.д. (для снятия наклепа), а иногда как окончательную обработку для получения заданных свойств изделий и полуфабрикатов.
Таблица 1 – Температура рекристаллизации и горячей обработки
металлов давлением
