Деформация (англ. deformation ) - это изменение формы и размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействиях, вызывающих изменение положения частиц тела. При увеличении напряжения деформация может закончиться разрушением. Способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под воздейстивем различного вида нагрузок характеризуется механическими свойствами этих материалов.

На появление того или иного вида деформации большое влияние оказывает характер приложенных к телу напряжений. Одни процессы деформации связаны с преобладающим действием касательной составляющей напряжения, другие - с действием его нормальной составляющей.

Виды деформации

По характеру приложенной к телу нагрузки виды деформации подразделяют следующим образом:

• Деформация растяжения;
• Деформация сжатия;
• Деформация сдвига (или среза);
• Деформация при кручении;
• Деформация при изгибе.

К простейшим видам деформации относятся: деформация растяжения, деформация сжатия, деформация сдвига. Выделяют также следующие виды деформации: деформация всестороннего сжатия, кручения, изгиба, которые представляют собой различные комбинации простейших видов деформации (сдвиг, сжатие, растяжение), так как сила приложенная к телу, подвергаемому деформации, обычно не перпендикулярна его поверхности, а направлена под углом, что вызывает как нормальные, так и касательные напряжения. Изучением видов деформации занимаются такие науки, как физика твёрдого тела, материаловедение, кристаллография.

ИЦМ(www.сайт)

В твёрдых телах, в частности - металлах, выделяют два основных вида деформаций - упругую и пластическую деформацию, физическая сущность которых различна.

Деформация металла. Упругая и пластическая деформация

Влияние упругой (обратимой) деформации на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия вызвавших её сил (нагрузок), так как под действием приложенных сил происходит только незначительное смещение атомов или поворот блоков кристалла. Сопротивление металла деформации и разрушению называется прочностью. Прочность является первым требованием, предъявляемым к большинству изделий.

Модуль упругости - это характеристика сопротивления материалов упругой деформации. При достижении напряжениями так называемого предела упругости (или порога упругости ) деформация становится необратимой.

Пластическая деформация , остающаяся после снятия нагрузки, связана с перемещением атомов внутри кристаллов на относительно большие расстояния и вызывает остаточные изменения формы, структуры и свойств без макроскопических нарушений сплошности металла. Пластическую деформацию также называют остаточной или необратимой. Пластическая деформация в кристаллах может осуществляться скольжением и двойникованием .

ИЦМ(www.сайт)

Пластическая деформация металла . Для металлов характерно большее сопротивление растяжению или сжатию, чем сдвигу. Поэтому процесс пластической деформации металла обычно представляет собой процесс скольжения одной части кристалла относительно другой по кристаллографической плоскости или плоскостям скольжения с более плотной упаковкой атомов, где наименьшее сопротивление сдвигу. Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. В результате скольжения кристаллическое строение перемещающихся частей не меняется.

Другим механизмом пластической деформации металла является двойникование . При деформации двойникованием напряжение сдвига выше, чем при скольжении. Двойники обычно возникают тогда, когда скольжение по тем или иным причинам затруднено. Деформация двойникованием обычно наблюдается при низких температурах и высоких скоростях приложения нагрузки.

Пластичность - это свойство твёрдых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные (пластические) деформации после устранения этих сил. Отсутствие или малое значение пластичности называется хрупкостью. Пластичность металлов широко используется в технике.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

1. Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. - 199 с.: ил. - (Профтехобразование). ББК 34.2. Ж 86. УДЖ 620.1
2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - УДК669.0(075.8)
3. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение: Учебник для вузов. - М.: МИСИС, 1999. - 600 с. - УДК 669.017

Изменение формы и размеров тела под действием приложенной силы называют деформацией.

Для деформации необходимо не только приложить силу, но и создать препятствие свободному перемещению тела в направлении действия силы. Если нет препятствия свободному перемещению, тело под действием силы будет перемещаться, но не будет деформироваться. В процессах обработки металлов давлением препятствие свободному перемещению создает инструмент.

Тело, которое подвергают обработке давлением, называют деформируемым телом. Для того, чтобы происходил процесс деформирования, необходимо привести в движение инструмент. Движение инструмента (одного или нескольких) передается деформируемому телу, с которым сопрягаются инструменты. Благодаря этому деформируемое тело может также двигаться. В процессе деформирования происходит перемещение частиц деформируемого тела относительно инструмента.

Деформация, которая устраняется после удаления причин, вызвавших ее, называют обратимой или упругой.

Деформация, которая остается после удаления причин, вызвавших ее, называется необратимой или остаточной.

Необратимую (остаточную) деформацию при отсутствии видимых (макроскопических) нарушений целостности деформируемого тела называют пластической.

Способность (свойство) деформируемого тела сохранять целостность при отсутствии видимых (макроскопических) нарушений в результате деформирования называют пластичностью. Нарушение целостности деформируемого тела называют разрушением.

В обработке металлов давлением рассматриваются тела, которые могут деформироваться пластически.

1.3. Характеристики величины деформации

О величине деформации судят по изменению размеров деформируемого тела, причем существует несколько показателей деформации. Ознакомимся с ними на простейшем примере деформации параллелепипеда (рис. 2). Пусть размеры тела до деформации следующие: длина l 0 , ширинаb 0 , толщинаh 0 , а после деформации соответственноl 1 ,b 1 ,h 1 . Допустим, что в процессе деформации толщина бруса уменьшилась, а длина и ширина увеличилась, тогда деформацию можно характеризовать следующими показателями.

Абсолютные деформации:

обжатие Δh = h 0 – h 1 ;

удлинение Δl = l 1 – l 0 ;

уширение Δb = b 1 – b 0 .

Абсолютные показатели неполно характеризуют величину деформации, так как не учитывают размеры деформируемого изделия. Более удобны относительные показатели, называемые степенью деформации:

относительное обжатие ε h = (h 0 – h 1)/h 0 = Δh/h 0 ;

относительное уширение ε b = (b 1 – b 0)/b 0 = Δb/b 0 ;

относительное удлинение ε L = (l 1 – l 0)/l 0 = Δl/l 0 .

Коэффициенты деформации. Коэффициентами деформации называют отношение размеров тела, полученных после деформации, к соответствующим размерам до деформации:

коэффициент обжатия η = h 1 /h 0 ;

коэффициент удлинения (вытяжка) λ = l 1 /l 0 ;

коэффициент уширения β = b 1 /b 0 .

Между коэффициентами деформации и соответствующей степенью деформации имеется сравнительно простая связь:

ε h =(h 0 –h 1)/h 0 =1 – η;

ε b =(b 1 –b 0)/b 0 =β – 1;

ε l =(l 1 –l о)/l о =λ – 1.

1.4. Силы в процессах обработки металлов давлением

Пластическая деформация осуществляется при совместном действии на тело двух систем сил: внешних и внутренних.

Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые - остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия(другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых - необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).

Пластические деформации - это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести - это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств - в частности, при холодном деформировании повышается прочность .

Виды деформации

Наиболее простые виды деформации тела в целом:

В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу .

Изучение деформации

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры , продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью . С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации , является теория дислокаций в кристаллах .

Сплошность

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность (то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела, без всяких пустот) является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшая элементарная деформация

Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

На практике чаще встречаются малые деформации - такие, что .

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. Наиболее распространённый метод исследования деформации - с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются тензодатчики сопротивления, 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.

Примечания

Литература

• Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1950;
• Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, т. 2-4, 2 изд., Томск, 1941-47;
• Седов Л. И., Введение в механику сплошной среды, М., 1962.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Деформация" в других словарях:

деформация - деформация: Искажение формы куска мыла по сравнению с предусмотренной в техническом документе. Источник: ГОСТ 28546 2002: Мыло туалетное твердое. Общие технические условия оригинал документа Де … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- (фр.) Уродливость; изменение формы. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ДЕФОРМАЦИЯ [лат. deformatio искажение] изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Словарь иностранных слов. Комлев … Словарь иностранных слов русского языка

Современная энциклопедия

Деформация - – изменение формы и/или размеров тела под влиянием внешних сил и разного рода воздействий (изменение температуры и влажности, осадка опор и т. д.); в сопротивлении материалов и теории упругости – количественная мера изменения размеров … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Деформация - (от латинского deformation искажение), изменение взаимного расположения частиц вещества, обусловленное какими либо внешними или внутренними причинами. Наиболее простые виды деформации твердого тела: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от лат. deformatio искажение) 1) изменение взаимного расположения точек твердого тела, при котором меняется расстояние между ними, в результате внешних воздействий. Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления воздействия, и… … Большой Энциклопедический словарь

См … Словарь синонимов

- (от лат. deformatio искажение), изменение конфигурации к. л. объекта, возникающее в результате внеш. воздействий или внутр. сил. Д. могут испытывать тв. тела (крист., аморфные, органич. происхождения), жидкости, газы, поля физические, живые… … Физическая энциклопедия

деформация - и, ж. déformation f. <лат. deformatio искажение. 1. Изменение размеров, формы твердого тела под воздействие внешних сил (обычно без изменения его массы). БАС 1. || В изобразительных искусствах отступление от воспринимаемой глазом натуральной… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

деформация - деформация, деформированный. Произносится [деформация], [деформированный] и устаревающее [дэформация], [дэформированный] … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

Горных пород (от лат. deformatio изменение формы, искажение * a. rock deformafion; н. Deformation von Gesteinen; ф. deformation des roches; и. deformacion de las rocas) изменение относительного положения частиц пород, вызывающее изменение … Геологическая энциклопедия

Книги

• Пластическая деформация металлов , Р. Хоникомб , Для инженерно-технических и научных работников заводов и научно-исследовательских институтов, преподавателей ВУЗов, аспирантов и студентов старших курсов. Воспроизведено в оригинальной… Категория:

Что такое деформация?

Материалы и готовые изделия при действии нагрузок деформируются. Деформация - это изменение формы материала или изделия под действием нагрузок. Этот процесс зависит от величины и вида нагрузки, внутреннего строения, формы и характера расположения частиц.

Деформация происходит за счет изменений в строении и расположении молекул, их сближения и удаления, что сопровождается изменением сил притяжения и отталкивания. При действии на материал нагрузок им противодействуют внутренние силы, называемые силами упругости. От соотношения внешних сил и сил упругости зависит величина и характер деформации материала.

Деформацию различают:

• - обратимая;
• - необратимая;

Обратимая деформация - деформация, при которой тело после снятия нагрузки полностью восстанавливается.

Если тело после снятия нагрузки не возвращается в свое первоначальное положение, то эта деформация называется необратимой (пластическая).

Обратимая деформация может быть упругой и эластической. Упругая деформация - когда размеры и форма тела после снятия нагрузки восстанавливается мгновенно, со скоростью звука, т.е. она проявляется за короткий промежуток времени. Она характеризуется упругими изменениями кристаллической решетки.

Эластическая деформация - когда размеры и формы тела после снятия нагрузки восстанавливаются в течение длительного периода. Понятие эластической деформации применимо в основном к высокомолекулярным органическим соединениям, входящим в состав кожи, каучука, состоящим из данных молекул с большим числом звеньев. Она сопровождается обычно тепловыми явлениями, поглощением или выделением тепла, что связано с явлениями трения между молекулами и их комплексом. Эластическая деформация больше упругой.

Эластические деформации имеют значение при использовании одежды, особенно спортивной, с этим связано сминание и распрямление тканей. Ткани, проявляющие эластическую деформацию, характеризуются повышенной носкостью.

Необратимая деформация сопровождается новым расположением элементарных частиц за счет сдвигов или скольжений, смещения одних частиц.

Замер каждого вида деформации производится через определенное время после снятия нагрузки, например, упругую замеряют через 2 мин., эластическую через 20 мин. и т.д. Эти значения будут соответствовать условно упругой, условно эластической и условно пластической деформациям.

Показатели деформации.

Основными показателями деформации являются: абсолютное и относительное удлинение и сужение, предел пропорциональности, предел текучести, модуль упругости, разрывная длина, релаксация.

Абсолютное и относительное удлинение:

где Дl - абсолютное удлинение (м); l и l0 - конечная и начальная длина тела (м).

• - предел пропорциональности: характеризует прочность материала в пределах упругости;
• - предел текучести: свойство материала деформироваться при постоянной нагрузке называется текучестью.

Предел текучести - это когда текучесть материала не явно выражена, т.е. когда он получает остаточное удлинение 0,2 %.

• - релаксация - снижение напряжения в деформируемом теле, связанное с самопроизвольным переходом частиц в равновесное состояние.
• - разрывная длина - минимальная длина, при которой материал разрушается под действием своего собственного веса.

Деформация

Изучая механику твердого тела, мы использовали понятие абсолютно твердого тела. Но в природе не существует абсолютно твердых тел, т.к. все реальные тела под действием сил изменяют свою форму и размеры, т. е. деформируются . Деформация называется упругой , если после того, как на тело перестали действовать внешние силы тело восстанавливает первоначальные размеры и форму. Деформации, сохраняющиеся в теле после прекращения действия внешних сил, называютсяпластическими (или остаточными ). На практике деформации тела всегда пластические, поскольку они после прекращения действия внешних сил никогда полностью не исчезают. Но если остаточные деформации малы, то ими можно пренебречь и считать данные деформации упругими деформации, что мы далее и будем делать. В теории упругости доказывается, что все виды деформаций (растяжение или сжатие, изгиб, сдвиг, кручение) могут быть сведены к композиции (одновременному действию) деформаций растяжения или сжатия и сдвига. Рассмотрим однородный стержень длиной l и площадью поперечного сечения S (рис. 1), к концам которого приложены направленные вдоль его оси силы F 1 и F 2 (F 1 =F 2 =F), из-за чего длина стержня изменяется на величину Δl .

Рис.1

Естественно, что при растяжении Δl положительно, а при сжатии отрицательно. Сила, действующая на единицу площади поперечного сечения, называется напряжением : (1) Если сила направлена по нормали к поверхности, напряжение называется нормальным , если же по касательной к поверхности -тангенциальным . Количественной мерой, которая характеризует степень деформации, испытываемой телом, есть его относительная деформация . Так, относительное изменение длины стержня (продольная деформация) (2) относительное поперечное растяжение (сжатие) где d - диаметр стержня. Деформации ε и ε" всегда имеют разные знаки (при растяжении Δl положительно, a Δd отрицательно, при сжатии Δl отрицательно, a Δd положительно). Из опыта известна взаимосвязь ε и ε": где μ - положительный коэффициент, зависящий от свойств материала и называемый коэффициентом Пуассона . Английский физик Р. Гук (1635-1703) экспериментально установил, что для малых деформаций относительное удлинение ε и напряжение σ прямо пропорциональны друг другу: (3) где коэффициент пропорциональности Е называется модулем Юнга . Из формулы (3) замечаем, что модуль Юнга определяется напряжением, действие которого делает относительное удлинение, равное единице. Из формул (2), (3) и (1) следует, что или (4) где k - коэффициент упругости . Выражение (4) также выражает закон Гука для одномерного случая, согласно которому удлинение стержня при упругой деформации пропорционально действующей на стержень силе . Деформации твердых тел подчиняются закону Гука до известного предела, определяемого опытным путем. Связь между деформацией и напряжением представляется в виде диаграммы напряжений, которую мы рассмотрим для конкретного примера - металлического образца (рис. 3).

Рис.2

Из рисунка заметно, что линейная зависимость σ(ε), установленная Гуком, выполняется лишь в очень узких пределах до так называемого предела пропорциональности (σ П). При дальнейшем увеличении напряжения деформация еще упругая (хотя зависимость σ(ε) уже становится нелинейной) и до предела упругости (σ y) остаточные деформации не возникают. За пределом упругости в теле наблюдаются остаточные деформации и график, описывающий возвращение тела в первоначальное состояние после прекращения действия силы, изобразится не кривой ВО, а параллельной ей - CF. ] Напряжение, при котором появляется заметная остаточная деформация (≈0,2%), называется пределом текучести (σ T) - точка С на кривой. В области CD деформация возрастает без увеличения напряжения, т. е. тело как бы <течет>. Эта область называется областью текучести (или областью пластических деформаций). Материалы, для которых область текучести значительна в сравнении с другими областями деформаций, называются вязкими , для которых же область практически отсутствует - хрупкими . При дальнейшем растяжении (за точку D) происходит разрушение тела. Максимальное напряжение, возникающее в теле до разрушения, называется пределом прочности (σ р). Диаграмма зависимости напряжений от деформаций для реальных твердых тел зависит от различных факторов. Одно и то же твердое тело может при кратковременном действии сил проявлять себя как хрупкое, а при достаточно продолжительных, но малых силах быть текучим. Вычислим потенциальную энергию упругорастянутого (сжатого) стержня, которая равна работе, совершаемой внешними силами при деформации: где х - абсолютное удлинение стержня, изменяющееся в процессе деформации от 0 до Δl . Согласно закону Гука (21.4), F=kx=ESx/l. Поэтому т. е. потенциальная энергия упругорастянутого стержня пропорциональна квадрату деформации (Δl) 2 . Деформацию сдвига проще всего осуществить, беря брусок, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, и прилагая к нему силу F τ , (рис. 3), касательную к его поверхности (нижняя часть бруска закреплена). Относительная деформация сдвига находится из формулы где Δs - абсолютный сдвиг параллельных слоев тела относительно друг друга; h - расстояние между слоями (для малых углов tgα≈α).