Deformacije se dijele na reverzibilne (elastične) i nepovratne (neelastične, plastične, puzeće). Elastične deformacije nestaju nakon završetka primijenjenih sila, ali ostaju nepovratne deformacije. Elastične deformacije se zasnivaju na reverzibilnim pomeranjima atoma tela iz ravnotežnog položaja (drugim rečima, atomi ne prelaze granice međuatomskih veza); Ireverzibilne se zasnivaju na nepovratnim kretanjima atoma na značajne udaljenosti od početnih ravnotežnih položaja (tj. prelazak preko granica međuatomskih veza, nakon uklanjanja opterećenja, preorijentacija na novi ravnotežni položaj).
Plastične deformacije su nepovratne deformacije uzrokovane promjenama naprezanja. Deformacije puzanja su nepovratne deformacije koje se javljaju tokom vremena. Sposobnost tvari da se plastično deformiraju naziva se plastičnost. Tijekom plastične deformacije metala, istovremeno s promjenom oblika, mijenjaju se brojna svojstva - posebno, tijekom hladne deformacije, čvrstoća se povećava.
Enciklopedijski YouTube
1 / 3
✪ Lekcija 208. Deformacija čvrstih tijela. Klasifikacija vrsta deformacija
✪ Deformacije i elastične sile. Hookeov zakon | Fizika 10. razred #14 | Info lekcija
✪ Deformacija
Titlovi
Vrste deformacija
Najjednostavniji tipovi deformacije tijela u cjelini:
U većini praktičnih slučajeva, uočena deformacija je kombinacija nekoliko istovremenih jednostavnih deformacija. U konačnici, svaka deformacija se može svesti na dvije najjednostavnije: napetost (ili kompresiju) i smicanje.
Studija deformacije
Priroda plastične deformacije može varirati ovisno o temperaturi, trajanju opterećenja ili brzini deformacije. Uz konstantno opterećenje na tijelo, deformacija se mijenja s vremenom; ovaj fenomen se naziva puzanje. Kako temperatura raste, brzina puzanja se povećava. Posebni slučajevi puzanja su opuštanje i elastični efekat. Jedna od teorija koja objašnjava mehanizam plastične deformacije je teorija dislokacija u kristalima.
Kontinuitet
U teoriji elastičnosti i plastičnosti, tijela se smatraju "čvrstim". Kontinuitet (tj. sposobnost da se popuni cijeli volumen koji zauzima materijal tijela, bez ikakvih praznina) jedno je od glavnih svojstava koja se pripisuju stvarnim tijelima. Koncept kontinuiteta se također odnosi na elementarne volumene na koje se tijelo može mentalno podijeliti. Promjena udaljenosti između centara svake dvije susjedne beskonačno male zapremine u tijelu koje ne doživljava diskontinuitete trebala bi biti mala u odnosu na početnu vrijednost ove udaljenosti.
Najjednostavnija elementarna deformacija
Najjednostavnija elementarna deformacija(ili relativna deformacija) je relativno izduženje nekog elementa:
ϵ = (l 2 − l 1) / l 1 = Δ l / l 1 (\displaystyle \epsilon =(l_(2)-l_(1))/l_(1)=\Delta l/l_(1))U praksi su češće male deformacije - takve da ϵ ≪ 1 (\displaystyle \epsilon \ll 1).
Čestice koje čine čvrste materije (amorfne i kristalne) konstantno prolaze kroz termalne vibracije oko ravnotežnih položaja. U takvim položajima energija njihove interakcije je minimalna. Ako se razmak između čestica smanji, počinju djelovati odbojne sile, a ako se povećaju, tada počinju djelovati privlačne sile. Ove dvije sile određuju sva mehanička svojstva koja imaju čvrste tvari.
Definicija 1
Ako se čvrsto tijelo mijenja pod utjecajem vanjskih sila, tada čestice od kojih se sastoji mijenjaju svoj unutrašnji položaj. Ova promjena se zove deformacija.
Postoji nekoliko vrsta deformacija. Slika prikazuje neke od njih.
Slika 3. 7. 1 . Neke vrste deformacija čvrstih tijela: 1 – vlačna deformacija; 2 – posmična deformacija; 3 – deformacija svestrane kompresije.
Prvi tip - napetost ili kompresija - je najjednostavniji tip deformacije. U ovom slučaju, promjene koje se dešavaju na tijelu mogu se opisati korištenjem apsolutnog elongacije Δ l, koje nastaje pod utjecajem sila označenih F →. Odnos koji postoji između sila i izduženja određen je geometrijskim dimenzijama tijela (prvenstveno debljinom i dužinom), kao i mehaničkim svojstvima tvari.
Definicija 2
Ako vrijednost apsolutnog izduženja podijelimo sa početnom dužinom tijela, dobićemo vrijednost njegovog relativnog izduženja (relativne deformacije).
Označimo ovaj indikator ε i napišemo sljedeću formulu:
Definicija 3
Relativna deformacija tijela se povećava kada se istegne i shodno tome smanjuje kada se stisne.
Ako uzmemo u obzir smjer u kojem vanjska sila djeluje na tijelo, onda možemo napisati da će F biti veći od nule u napetosti i manji od nule u kompresiji.
Definicija 4Mehanički napon čvrste materijeσ je pokazatelj jednak omjeru modula vanjske sile i površine poprečnog presjeka čvrstog tijela.
Veličina mehaničkog naprezanja obično se izražava u paskalima (P a) i mjeri u jedinicama pritiska.
Važno je razumjeti tačno kako su mehanički stres i relativno naprezanje povezani. Ako grafički prikažemo njihove odnose, dobijamo takozvani dijagram rastezanja. U ovom slučaju, potrebno je izmjeriti relativnu deformaciju duž x ose i mehaničko naprezanje duž y ose. Slika ispod prikazuje dijagram naprezanja i deformacije tipičan za bakar, meko željezo i neke druge metale.
Slika 3. 7. 2. Tipični dijagram naprezanja i deformacije za duktilni materijal. Plava traka je područje elastičnih deformacija.
U slučajevima kada je deformacija čvrstog tijela manja od 1% (mala deformacija), odnos između relativnog izduženja i mehaničkog naprezanja postaje linearan. Ovo je prikazano na grafikonu u dijelu O a. Ako se napetost ukloni, deformacija će nestati.
Definicija 5
Deformacija koja nestaje kada se naprezanje ukloni naziva se elastična.
Linearna priroda veze se održava do određene granice. Na grafikonu je to označeno tačkom a.
Definicija 6
Granica proporcionalnosti– ovo je najveća vrijednost σ = σ p r, pri kojoj se održava linearni odnos između indikatora σ i ε.
Hookeov zakon će biti ispunjen u ovom dijelu:
Formula sadrži takozvani Youngov modul, označen slovom E.
Ako nastavimo povećavati naprezanje čvrstog tijela, linearna priroda veze će biti poremećena. Ovo se može vidjeti u dijelu a b. Nakon ublažavanja napetosti, vidjet ćemo i gotovo potpuni nestanak deformacije, odnosno vraćanje oblika i veličine tijela.
Granica elastičnosti
Definicija 7Granica elastičnosti– maksimalna napetost, nakon koje će tijelo vratiti svoj oblik i veličinu.
Nakon prelaska ove granice, vraćanje originalnih parametara tijela više ne dolazi. Kada otklonimo stres, tijelu ostaje takozvana rezidualna (plastična) deformacija.
Definicija 8
Obratite pažnju na dio dijagrama b c gdje se napon praktički ne povećava, ali se deformacija nastavlja. Ovo svojstvo se zove fluidnost materijala.
Zatezna čvrstoća
Definicija 9Zatezna čvrstoća– maksimalni napon koji čvrsta masa može izdržati bez loma.
U tački e materijal je uništen.
Definicija 10
Ako dijagram naprezanja materijala ima oblik koji odgovara onome što je prikazano na grafikonu, onda se takav materijal naziva plastika. Obično imaju deformaciju pri kojoj dolazi do razaranja koja je primjetno veća od površine elastične deformacije. Većina metala su duktilni materijali.
Definicija 11
Ako materijal pokvari pod deformacijom koja malo prelazi područje elastične deformacije, onda se naziva fragile. Takvi materijali su liveno gvožđe, porcelan, staklo itd.
Posmična deformacija ima slične obrasce i svojstva. Njegova karakteristična karakteristika je smjer vektora sile: usmjeren je tangencijalno u odnosu na površinu tijela. Da bismo pronašli vrijednost relativne deformacije, potrebno je pronaći vrijednost Δ x l, a naprezanje - F S (ovdje slovo S označava silu koja djeluje na jediničnu površinu tijela). Za male deformacije vrijedi sljedeća formula:
∆ x l = 1 G F S
Slovo G u formuli označava koeficijent proporcionalnosti, koji se naziva i modul smicanja. Tipično za čvrsti materijal je oko 2 - 3 puta manji od Youngovog modula. Dakle, za bakar E = 1,1 10 11 N/m2, G = 0,42 10 11 N/m2.
Kada imamo posla s tekućim i plinovitim tvarima, važno je zapamtiti da je njihov modul smicanja 0.
Kada se čvrsto tijelo uronjeno u tekućinu podvrgne ravnomjernoj kompresijskoj deformaciji, mehanički napon će se poklopiti s pritiskom tekućine (p). Da bismo izračunali relativnu deformaciju, moramo pronaći omjer promjene volumena ΔV prema originalnom volumenu V tijela. Za male deformacije
Slovo B označava koeficijent proporcionalnosti koji se naziva bulk modul. Takvoj kompresiji mogu biti podvrgnuti ne samo čvrsto tijelo, već i tekućina i plin. Dakle, za vodu B = 2,2 10 9 N/m2, za čelik B = 1,6 10 11 N/m2. U Tihom okeanu na dubini od 4 km pritisak iznosi 4·10 7 N/m2, au odnosu na promjenu zapremine vode iznosi 1,8%. Za čvrsti materijal od čelika vrijednost ovog parametra je 0,025%, odnosno 70 puta je manja. To potvrđuje da čvrste materije, zbog svoje krute kristalne rešetke, imaju mnogo manju stišljivost u odnosu na tečnosti, u kojima atomi i molekuli nisu tako čvrsto povezani. Gasovi se mogu komprimirati čak bolje od tijela i tekućina.
Brzina kojom se zvuk širi u datoj tvari ovisi o vrijednosti modula ujednačene kompresije.
Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter
Može se ispostaviti da slike koje smo mi zapravo posmatrali tačno odgovaraju slikama algebre. Ova okolnost će pojednostaviti analizu. Brojne slične situacije će biti razmotrene u Dijelu III (vidi Dodatak).
Međutim, treba napomenuti da u većini slučajeva možemo promatrati samo iskrivljene verzije idealnih slika, kao rezultat toga suočeni smo s fundamentalnim problemom – kako nastaju takve deformacije. Potpuna sinteza slike zahtijeva određivanje mehanizma deformacije. Takođe je neophodno u fazi analize.
Označimo preslikavanjem algebre slika u skup slika koji se mogu promatrati. Elementi
nazvaćemo ih deformisanim slikama.
Obično je broj transformacija velik i ne zna se unaprijed koja će stupiti na snagu. Simbol F se koristi za označavanje skupa svih transformacija.
Do sada nismo rekli ništa o prirodi deformisanih slika. Najjednostavniji slučaj je kada su slike istog tipa kao idealne slike algebre slike.U ovom slučaju ćemo govoriti o automorfnim deformacijama koje algebru slika preslikavaju u samu sebe.
Inače, za heteromorfne deformacije, skup može uključivati više različitih tipova, kao što ćemo vidjeti u ovom poglavlju. Može se ispostaviti da ima i strukturu algebre slika, iako različitu od. Treba naglasiti da se čak i u ovom slučaju ove strukture mogu oštro razlikovati i stoga postoji suštinska razlika između njih. Vrlo često ćemo se susresti sa slučajem u kojem su idealne (nedeformisane) slike privatne
slučajevi deformisanih. Obično uništava strukturu i stoga će biti manje strukturiran od
U slučaju kada će se domen definicije često proširiti od do i raspon vrijednosti će ostati jednak . U ovom slučaju, niz se može više puta primjenjivati i, prirodno, generalizirati na polugrupu transformacija.
U mnogim slučajevima, također će biti moguće proširiti opseg definicije transformacija sličnosti na Sve gore navedeno može se kombinirati u obliku uvjeta, koji će u nastavku biti zadovoljen u većini slučajeva. U ovom dijelu ćemo pretpostaviti da formira grupu.
Definicija 4.1.1. Mehanizam deformacije se naziva regularnim ako
Automorfne deformacije su vrlo poseban slučaj regularnog skupa F. Obje vrste transformacija će biti definirane na istom skupu. Njihove uloge su, međutim, potpuno različite. Transformacije sličnosti obično menjaju sliku sistematski, a ove promene su intuitivne. U slučajevima kada postoji grupa, transformacije ne dovode do gubitka informacija, jer inverzna transformacija vraća originalnu sliku. Deformacije, s druge strane, mogu izobličiti sliku do te mjere da ju je nemoguće precizno rekonstruirati. Deformacije dovode do gubitka informacija.
Interakcija transformacija sličnosti i deformacija igra značajnu ulogu, te ćemo s tim u vezi uvesti dva svojstva čija implementacija značajno pojednostavljuje analizu slika.
Definicija 4.1.2. Razmotrimo regularni mehanizam deformacije na algebri slika. Hajde da ga pozovemo
Treba napomenuti da su ovo strogi uslovi i da se ne ispunjavaju često. Naravno, deformacije su jasno kovarijantne ako je Φ komutativna polugrupa i Drugi jednostavan slučaj se javlja kada vektorski prostor formiraju linearni operatori definisani na njemu; pod takvim uslovima deformacije su homomorfne.
Neka je metrički prostor s udaljenosti koja zadovoljava sljedeće uvjete:
Međutim, ako je distanca za sobom povučena, ova pretpostavka neće uvijek biti uvedena.
Prirodno je zahtijevati da metrika odgovara odnosima sličnosti u i to će se osigurati na dva načina.
Definicija 4.1.3. Nazvat ćemo udaljenost definiranu na regularnom
Na osnovu zadate udaljenosti određujemo
U ovom slučaju, lako je provjeriti da je udaljenost invarijantna, a udaljenost potpuno nepromjenjiva.
Ponekad će se deformacija temeljiti na nekom fizičkom mehanizmu, čija implementacija uključuje utrošak snage, energije ili neke slične fizičke veličine potrebne za transformaciju idealne slike u oblik koji se može vidjeti. Koristićemo neutralniji izraz i govoriti o potrebnom trudu,
Definicija 4.1.4. Razmotrimo nenegativnu funkciju na regularnom deformacijskom prostoru koja ima sljedeća svojstva:
funkcija se naziva invarijantna funkcija napora. Ako su uslov i uslov ispunjeni
Ako je 3.5 kovarijanta, tada je uslov automatski zadovoljen. Kao rezultat, dolazimo do sljedeće teoreme:
Teorema 4.1.1. Neka je funkcija napora potpuno invarijantna i jednakost
U ovom slučaju, to je potpuno nepromjenjiva udaljenost.
Komentar. Prešutno smo implicirali da relacija koja se razmatra kao jednačina u odnosu na uvijek ima barem jedno rješenje. Ako to nije slučaj, tada odgovarajuću vrijednost treba zamijeniti sa i možda će biti potrebno pretpostaviti vrijednost za rezultirajuću udaljenost. Ova okolnost će samo u neznatnoj mjeri uticati na dokaze.
Dokaz. Funkcija je simetrična u odnosu na svoja dva argumenta, a da bismo dokazali nejednakost trokuta smatramo fiksnom ako postoji takva da
zatim, označavajući dobijamo
Odavde, na osnovu svojstva Definicije 4.1.4, slijedi da
što pak to implicira
Konačno, potpuna invarijantnost se dobija iz svojstva definicije 4.1.4, jer to implicira, tj. To znači da je udaljenost potpuno invarijantna.
Ako bismo radili s funkcijom napora koja ima samo invarijantnost, onda bismo mogli samo tvrditi da je rezultujuća udaljenost nepromjenjiva.
Hajde da uvedemo mjeru vjerovatnoće P na nekoj -algebri podskupova. To znači da ćemo o nekim deformitetima govoriti kao vjerovatnijima od drugih. Također će nam trebati -algebre i na T i, respektivno, takve da je za bilo koji podskup E u i za koji je uvjet i zadovoljen, respektivno, istina
Za određeni deformisani analog će imati mjeru vjerovatnoće
Hajde da sada predstavimo opštiju i zanimljiviju verziju kovarijantnih deformacija.
Definicija 4.1.5. Regularne deformacije sa mjerom vjerovatnoće P nazivaju se kovarijantne vjerovatnoće ako za bilo koju transformaciju sličnosti transformacije imaju istu distribuciju vjerovatnoće.
U slučajevima kada deformacija sužava sliku korespondencije na slučajni podskup E (ali ne i njegove vrijednosti), kovarijansu vjerovatnoće ćemo tumačiti kao jednakost distribucije vjerovatnoće na skupu sa distribucijom vjerovatnoće na slučajnom skupu E.
Koristeći ovu definiciju, za bilo koju fiksnu možemo to napisati
S druge strane, ako je relacija (4.1.12) zadovoljena za bilo koji i E, tada su deformacije kovarijantne po vjerovatnoći.
Važna posljedica kovarijanse u vjerovatnoći utvrđena je sljedećom teoremom:
Teorema 4.1.2. Neka su deformacije kovarijantne po vjerovatnoći i slika koja se sastoji od klasa ekvivalencije po modulu
U ovom slučaju, ako je E -invarijantan skup, tada su uvjetne vjerovatnoće dobro definirane: ne zavise od ako .
Dokaz. Razmotrite uslovnu vjerovatnoću
gdje je neki prototip (vidi (3.1.14)). U ovom slučaju
zbog činjenice da postoji kovarijansa u vjerovatnoći. Na drugoj strani,
pošto je E -invarijantno. Dakle, ona je konstanta, tako da je uslovna vjerovatnoća zaista sasvim određena, jer ne zavisi od toga koja slika služi kao početna pri razmatranju slike.
Inače bi bilo nemoguće govoriti o tome osim ako, naravno, ne uvedemo i mjeru vjerovatnoće na algebru idealnih slika
Treba dodati diskusiji u ovom odeljku da je poželjno izabrati algebarske, topološke i probabilističke strukture na takav način da omogućavaju prirodno međusobno slaganje. Čitalac koji zanima kako se to može učiniti u okviru standardne algebarsko-topološke formulacije može pogledati autorovu monografiju (1963).
Prilikom odabira određene vrste P nailazimo na veće poteškoće od onih koje su povezane s teorijskim
aspekte mjere. Izbor se mora izvršiti u svakom slučaju posebno na način da se, korištenjem dostupnih informacija iz relevantne predmetne oblasti, osigura postizanje prirodnog kompromisa: model mora pružiti dovoljno tačnu aproksimaciju fenomena koji se proučavaju i istovremeno vrijeme dopušta mogućnost analitičkog ili numeričkog rješenja. Ipak, može se formulirati nekoliko općih principa koji mogu biti korisni u konstruiranju modela deformacije.
Prvo, treba da pokušamo da dekomponujemo , koji može biti prilično složen prostor, na jednostavne faktore.Proizvod može biti konačan, prebrojiv ili nebrojiv, kao što ćemo videti u nastavku. Ponekad se takva particija specificira direktno, kao, na primjer, u slučaju kada se deformacije svode na topološku transformaciju referentnog prostora, nakon čega slijedi deformacija maske. Određena korist se također može izvući iz načina na koji se algebre slike konstruiraju od elementarnih objekata. Ako razmatramo slike čije konfiguracije uključuju generatore, a svi su oni prepoznatljivi, onda možemo pokušati koristiti reprezentaciju
računajući na činjenicu da će svojstva faktora biti prilično zgodna. Ova metoda će, međutim, raditi samo ako su generatori jedinstveno određeni slikom. Umjesto toga, može se pokušati koristiti odgovarajuća particija primijenjena na kanonske konfiguracije čiji su generatori definirani u algebri slika koja se razmatra.
Nakon podjele na prilično jednostavne faktore, potrebno je odlučiti koju mjeru vjerovatnoće treba uvesti, pri čemu je bitna stvar u odabiru metode faktorizacije deformacija u kojoj se pojedinačni faktori pokazuju kao nezavisni jedan od drugog. Nemoguće je u potpunosti specificirati P bez empirijskih informacija, a da bi se dobile procjene sa zadovoljavajućom tačnošću, aksiomatski model mora biti dovoljno strukturiran. Ovo je kritična tačka u određivanju P i zahteva razumevanje mehanizma deformacije koji će sprečiti da bude pogrešno predstavljen u kasnijim analizama. Ako smo zaista uspjeli izvršiti podjelu na takav način da su faktori nezavisni u vjerojatnosnom smislu, ostaje da riješimo problem
definicije bezuslovnih distribucija na njima. Kao primjer, razmotrite idealne generatore generirane mehanizmom tipa gdje se mogu smatrati operatorom razlike, a deformirani generatori su definirani izrazom. Prva stvar koju treba pokušati je pretpostaviti neovisnost vrijednosti razni argumenti). Ako se ovo ne može prihvatiti kao adekvatna aproksimacija, vrijedilo bi pokušati eliminirati ovisnost radeći ne sa, već s nekom njenom transformacijom (na primjer, linearnom). Drugim riječima, može se izabrati model na takav način da deformacije poprime jednostavan vjerojatnosni oblik. Imajte na umu, kao još jedan primjer, da kada se radi sa slikama korespondencije (pogledajte odjeljak 3.5) i diskretnim referentnim prostorom X, može se pokušati modelirati P na osnovu pretpostavke da se različite točke X mapiraju na referentni prostor nezavisno i da odgovarajuće distribucije su različiti.
Da bismo suzili izbor bezuslovnih distribucija, razmatramo ulogu transformacija sličnosti. Ako je, kao što je gore, odabrano uspješno, onda možemo očekivati da će P imati odgovarajuću invarijantnost. Dakle, ako postoje slične idealne slike, onda prije svega trebate saznati da li imaju istu distribuciju vjerojatnosti. Možemo koristiti i drugi pristup: isprobati model koji postulira jednakost distribucije vjerovatnoće; ovaj put nas vodi do kovarijanse u vjerovatnoći.
Koristeći ove metode možemo odrediti analitički oblik P i empirijski dobiti procjene slobodnih parametara.
Mehanizmi deformacije će biti klasifikovani na osnovu dva kriterijuma: nivoa i tipa.
Pod nivoom mehanizma deformacije podrazumevaćemo onu fazu sinteze slika slike na kojoj se određuje najviši nivo, nivo slike, koji odgovara slučaju kada je
Plastična deformacija je efikasan alat za formiranje strukture različitih materijala. Tehnologije obrade pod pritiskom, davanje posebnih svojstava materijalima i stvaranje nanomaterijala zasnivaju se na njegovim karakteristikama.
Koncept deformacije
Izraz "deformacija" odnosi se na sve promjene u strukturi, obliku i veličini tijela. Nastaje pod utjecajem naprezanja - sila koje djeluju na jedinicu površine poprečnog presjeka izratka ili dijelova. Deformacija metala je uzrokovana:
- vanjske sile;
- skupljanje;
- strukturne transformacije;
- unutrašnji fizički i mehanički procesi.
Primjeri opterećenja primijenjenog na tijelo:
- kompresija - opterećenje se primjenjuje koaksijalno prema tijelu;
- istezanje – nastaje kada se opterećenje primjenjuje uzdužno od tijela (koaksijalno ili paralelno s ravninom u kojoj se nalaze pričvrsne točke tijela);
- savijanje - kršenje ravnosti glavne ose tijela;
- torzija – nastaje kada se na telo primeni obrtni moment.
Mehanizam i vrste deformacija proučavaju se u nauci o materijalima, fizici čvrstog stanja i kristalografiji.
Čvrsta tijela su podložna dvije vrste deformacija:
- elastična;
- plastika.
U tabeli su prikazane komparativne karakteristike ovih pojava.
| Kriterijum poređenja | Vrste | |
| Elastično | Plastika (preostala, nepovratna) | |
| Ponašanje atoma kristalne rešetke pod opterećenjem | · pomicanje za intervale manje od međuatomske udaljenosti; · kristalni blokovi se lagano rotiraju | · kretati se na udaljenostima većim od međuatomskih; · nastaju zaostale promjene u strukturi; · nema makroskopskih povreda kontinuiteta metala |
| Deformacija oblika i strukture nakon prestanka opterećenja | se u potpunosti eliminira | nije eliminisan |
| Uzrok stresa | · normalno; niske tangente | glavne tangente |
| Indikatori otpora | modul elastičnosti | teorijska snaga |
| Rezultat razvoja | ireverzibilnost se javlja kada naprezanja dostignu granicu elastičnosti; elastičnost se pretvara u plastiku. | mogućnost duktilnog loma smicanjem. |
Plastična deformacija dovodi do modifikacija u strukturama metala i njihovih legura, a samim tim i do promjena u njihovim svojstvima.
Mehanizam nastanka
Pojavu plastične deformacije uzrokuju procesi kristalografske prirode: klizanje; bratimljenje; intergranularno kretanje.
Slip
Nastaje pod uticajem tangencijalnih napona. Manifestira se u obliku kretanja jednog dijela kristala u odnosu na drugi. Ovaj proces, unutar kristala, naziva se linearna dislokacija. Kada linearna dislokacija napusti kristal, na njegovoj površini se pojavljuje korak jednak jednom periodu rešetke. Povećanje napona dovodi do kretanja novih atomskih ravnina. Na površini kristala formiraju se novi koraci pojedinačnih pomaka. Da bi dislokacija napredovala, nije potrebno prekinuti sve atomske veze u ravni klizanja. Interatomska veza je prekinuta samo u rubnoj zoni dislokacije.
Moderna teorija se zasniva na sljedećim principima:
- redoslijed prostiranja klizanja u smičnoj ravni;
- Mjesto na kojem dolazi do klizanja je područje gdje je kristalna rešetka poremećena, što nastaje kada se kristal optereti.
Jedno od svojstava metala je teorijska čvrstoća. Koristi se za karakterizaciju otpornosti na plastičnu deformaciju. Određena je silama međuatomskih veza u kristalnim rešetkama i znatno premašuje stvarnu. Dakle, za snagu gvožđa:
- 30 kg/mm - stvarno;
- 1340 kg/mm - teoretski.
Razlika je uzrokovana činjenicom da se za kretanje dislokacije uništavaju samo veze između atoma koji se nalaze na rubu dislokacije, a ne sve atomske veze. Ovo zahtijeva manje napora.
Twinning
Ovo je proces formiranja u kristalu regiona sa redovno promenjenom orijentacijom kristalne strukture. Bratimljenjem se postiže mali stepen deformacije.
Twin formacije nastaju jednim od dva mehanizma:
- su zrcalna preorijentacija strukture matrice (matičnog kristala) u određenoj ravni;
- rotacijom matrice pod određenim uglom oko kristalografske ose.
Bratimljenje je karakteristično za kristale koji imaju rešetke:
- heksagonalni (magnezijum, cink, titan, kadmijum);
- centrirano na tijelo (gvožđe, volfram, vanadijum, molibden).
Osjetljivost na njega raste s povećanjem brzine deformacije i snižavanjem temperature.
Bratimljenje u metalima s kubičnom rešetkom usmjerenom na lice (aluminij, bakar) rezultat je žarenja radnog komada koji je prošao plastičnu deformaciju.
Intergranularno kretanje
Ova promjena u strukturi materijala nastaje pod utjecajem vlačne sile. Proces prvenstveno počinje u zrnu, pri čemu se smjer lakog klizanja poklapa sa smjerom opterećenja. Ovo zrno će se rastegnuti. U tom slučaju će se susjedna zrna odvijati do trenutka kada se smjer lakog klizanja u njima također poklopi sa smjerom sile. Nakon toga će se početi deformirati.
Rezultat intergranularnog kretanja je vlaknasta struktura materijala. Njegova mehanička svojstva nisu ista u različitim smjerovima:
- plastičnost je veća u smjeru paralelnom sa vlačnom silom nego u okomitom smjeru;
- čvrstoća ima visoke pokazatelje preko primjene sile, u uzdužnom smjeru - indikatori su niži.
Ova razlika u svojstvima naziva se anizotropija
Vrste plastičnih deformacija
Ovisno o temperaturi i brzini procesa, razlikuju se sljedeće vrste plastične deformacije:
- Hladno.
- Hot.
U proizvodnji valjanja, ova vrsta deformacije se koristi za obradu tlačnim duktilnim metalima i izradacima malog poprečnog presjeka. Metode kao što su štancanje i crtanje mogu postići potrebnu završnu obradu površine i osigurati točnost dimenzija.
Promjene u strukturi koje nastaju tijekom hladne deformacije mogu se eliminirati toplinskom obradom (žarenjem).
Tokom žarenja povećava se mobilnost atoma. U metalu iz više centara rastu nova zrna koja zamjenjuju izdužene, deformirane. Karakteriziraju ih iste dimenzije u svim smjerovima. Ovaj efekat se naziva rekristalizacija.
Vruća deformacija
Vruća deformacija ima sljedeće karakteristične karakteristike:
- Temperatura iznad t rijeke.
- Materijal dobija ekviaksijalnu (rekristalizovanu) strukturu.
- Otpornost materijala na deformacije je deset puta manja nego kada je hladna.
- Nema stvrdnjavanja.
- Svojstva plastičnosti su veća nego kada su hladne.
Zbog ovih okolnosti, tehnologije vruće deformacije koriste se u tlačnoj obradi velikih izradaka, niskoplastičnih i teško deformirajućih materijala, te livenih izradaka. U ovom slučaju se koristi oprema manje snage nego za hladnu deformaciju.
Nedostatak postupka je pojava kamenca na površini obratka. To smanjuje pokazatelje kvaliteta i mogućnost pružanja potrebnih dimenzija.
Procesi nakon kojih je struktura uzoraka djelomično prekristalizirana sa znakovima stvrdnjavanja nazivaju se nepotpuna vruća deformacija. To uzrokuje heterogenost u metalnoj strukturi i smanjene mehaničke i plastične karakteristike. Podešavanjem brzine deformacije i rekristalizacije moguće je postići uslove pod kojima će se rekristalizacija širiti po celoj zapremini radnog komada koji se obrađuje.
Rekristalizacija počinje nakon završetka deformacije. Pri značajnim temperaturama opisani fenomeni se javljaju za nekoliko sekundi.
Dakle, karakteristike hladne deformacije se koriste za poboljšanje performansi proizvoda. Kombinacija toplih i hladnih načina deformacije i toplinske obrade može utjecati na promjenu ovih svojstava u potrebnim granicama.
Metalni nanomaterijali bez poroznosti mogu se dobiti korištenjem tehnologije teške plastične deformacije (SPD). Njihova suština leži u deformaciji metalnih praznina:
- na relativno niskim temperaturama;
- sa visokim krvnim pritiskom;
- sa visokim stepenom deformacije.
Ovo osigurava formiranje homogene nanostrukture sa visokim uglovima granica zrna. Uprkos intenzivnom udaru, uzorci ne bi trebalo da pretrpe mehanička oštećenja ili kolaps.
IPD tehnologije:
- torzija (IPDC);
- višekanalno kutno presovanje;
- svestrano kovanje;
- multiaksijalna deformacija;
- naizmjenično savijanje;
- nagomilano valjanje.
Prvi rad na stvaranju nanomaterijala obavljen je 80-ih-90-ih godina dvadesetog stoljeća korištenjem torzijskih i višekanalnih metoda presovanja. Prva metoda je primjenjiva za male uzorke - dobivaju se ploče promjera 10...20 mm i debljine do 0,5 mm. Da bi se dobile masivne nanostrukture, koristi se druga metoda koja se zasniva na posmičnoj deformaciji.
Metode plastične deformacije omogućuju dobivanje radnih komada od čelika, obojenih legura i drugih materijala (guma, keramika, plastika).
Visoko su produktivni, omogućavaju da se dobije potreban kvalitet dobijenih proizvoda i poboljšaju njihova mehanička svojstva.
Osoba počinje da se susreće s procesom deformacije od prvih dana svog života. Omogućava nam da osjetimo dodir. Upečatljiv primjer deformacije iz djetinjstva je plastelin. Postoje različite vrste deformacija. Fizika ispituje i proučava svaku od njih. Najprije uvedemo definiciju samog procesa, a zatim postupno razmotrimo moguće klasifikacije i vrste deformacija koje se mogu pojaviti u čvrstim objektima.
Definicija
Deformacija je proces pomicanja čestica i elemenata tijela u odnosu na njihovu relativnu lokaciju u tijelu. Jednostavno rečeno, to je fizička promjena u vanjskim oblicima objekta. Postoje sljedeće vrste deformacija:
- pomak;
- torzija;
- bend;
Kao i svaka druga fizička veličina, deformacija se može mjeriti. U najjednostavnijem slučaju koristi se sljedeća formula:
e=(p 2 -p 1)/p 1,
gdje je e najjednostavnija elementarna deformacija (povećanje ili smanjenje dužine tijela); p 2 i p 1 su dužina tijela nakon i prije deformacije, respektivno.
Klasifikacija
Općenito, mogu se razlikovati sljedeće vrste deformacija: elastične i neelastične. Elastične, ili reverzibilne, deformacije nestaju nakon nestanka sile koja djeluje na njih. Osnova ovog zakona fizike se koristi u opremi za trening snage, na primjer, u ekspanderu. Ako govorimo o fizičkoj komponenti, onda se ona temelji na reverzibilnom pomicanju atoma - oni ne izlaze izvan granica interakcije i okvira međuatomskih veza.
Neelastične (nepovratne) deformacije, kao što razumijete, su suprotan proces. Svaka sila primijenjena na tijelo ostavlja tragove/deformacije. Ova vrsta udara uključuje i deformaciju metala. Sa ovom vrstom promjene oblika, često se mogu promijeniti i druga svojstva materijala. Na primjer, deformacija uzrokovana hlađenjem može povećati čvrstoću proizvoda.
Shift
Kao što je već spomenuto, postoje različite vrste deformacija. Dijele se prema prirodi promjene oblika tijela. U mehanici, smicanje je promjena oblika u kojoj je donji dio grede nepomično fiksiran, a sila se primjenjuje tangencijalno na gornju površinu. Relativna posmična deformacija određena je sljedećom formulom:
gdje je X 12 apsolutni pomak slojeva tijela (tj. udaljenost za koju se sloj pomaknuo); B je udaljenost između fiksne baze i paralelnog posmičnog sloja.
Torzija
Kada bi se tipovi mehaničkih deformacija podijelili prema složenosti proračuna, onda bi ova zauzela prvo mjesto. Ova vrsta promjene oblika tijela nastaje kada na njega djeluju dvije sile. U ovom slučaju, pomicanje bilo koje točke tijela događa se okomito na os djelujućih sila. Govoreći o ovoj vrsti deformacije, treba spomenuti sljedeće veličine koje treba izračunati:
- F je ugao uvrtanja cilindrične šipke.
- T je trenutak akcije.
- L je dužina štapa.
- G - moment inercije.
- F - modul smicanja.
Formula izgleda ovako:
F=(T*L)/(G*F).
Još jedna veličina koju je potrebno izračunati je relativni ugao uvijanja:
Q=F/L (vrijednosti su preuzete iz prethodne formule).
Bend
Ovo je vrsta deformacije koja se javlja kada se promijeni položaj i oblik osi grede. Također se dijeli na dvije vrste - kosi i ravni. Direktno savijanje je vrsta deformacije kod koje djelujuća sila pada direktno na os dotične grede; u svakom drugom slučaju govorimo o kosom savijanju.
Napon-kompresija
Različite vrste deformacija, čija je fizika prilično dobro proučena, rijetko se koriste za rješavanje različitih problema. Međutim, prilikom nastave u školi jedan od njih se često koristi za određivanje nivoa znanja učenika. Pored ovog naziva, ova vrsta deformacije ima još jedan, koji zvuči ovako: linearno naponsko stanje.
Napon (kompresija) nastaje kada sila koja djeluje na predmet prođe kroz njegovo središte mase. Ako govorimo o vizualnom primjeru, istezanje dovodi do povećanja duljine šipke (ponekad do ruptura), a kompresija dovodi do smanjenja duljine i pojave uzdužnih savijanja. Naprezanje uzrokovano ovom vrstom deformacije direktno je proporcionalno sili koja djeluje na tijelo i obrnuto proporcionalno površini poprečnog presjeka grede.
Hookeov zakon
Osnovni zakon koji se smatra pri deformisanju tela. Prema njegovim riječima, deformacija koja se javlja u tijelu direktno je proporcionalna sili koja djeluje. Jedino upozorenje je da je primjenjiv samo za male vrijednosti deformacije, jer pri velikim vrijednostima i prekoračenju granice proporcionalnosti, ovaj odnos postaje nelinearan. U najjednostavnijem slučaju (za tanku vlačnu šipku), Hookeov zakon ima sljedeći oblik:
gdje je F primijenjena sila; k - koeficijent elastičnosti; L je promjena dužine grede.
Ako je s dvije veličine sve jasno, onda koeficijent (k) ovisi o nekoliko faktora, kao što su materijal proizvoda i njegove dimenzije. Njegova vrijednost se također može izračunati korištenjem sljedeće formule:
gdje je E Youngov modul; C - površina poprečnog presjeka; L je dužina grede.
zaključci
Zapravo postoji mnogo načina da se izračuna deformacija objekta. Različite vrste deformacija koriste različite koeficijente. Vrste deformacija razlikuju se ne samo po obliku rezultata, već i po silama koje djeluju na objekt, a za proračune će vam trebati znatan trud i znanje iz područja fizike. Nadamo se da će vam ovaj članak pomoći da shvatite osnovne zakone fizike, a također će vam omogućiti da krenete malo dalje u proučavanju ovoga