Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Деформация сжатия-растяжения
Упругая деформация сжатия-растяжения твердых тел

Анимация

Описание

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости.
При деформации происходят смещения частиц находящиеся в узлах кристолической решетки твёрдого тела, из первоночальных положений разносятся в новые.Этому препятствуют силы взаимодействия между частицами, вследствии чего в деформированном теле возникают внутренние упругие силы, которые уровновешивают внешние силы, приложенные к телу. Если деформация исчезазает сразу после прекращения действия силы,то такую деформацию называют упругой.Простейшим видом такой деформации является деформация растяжения или сжатия. При малых деформациях  сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:
Fупр = –kx.
Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела.
Односторонние растяжение(сжатие) состоит в увеличении(уменьшении) длины тела под действием растягивающих(сжимающих) сил. Если приложить такие силы к концам стержня длиной L, то под действием этих сил, то его длина получит либо положительное(при растяжении), либо отрицательное(при сжатии) приращение ΔL. Мерой деформации является относительное удлинение(сжатие):
ε=ΔL / L .
По закону Гука напряжение ς=F / S пропорционально относительному удлинению ς=EΔL / L. В этом случае k = E является модулем продольной упругости и называется модулем Юнга.
Деформация продольного растяжения сопровождается уменьшением поперечного размера образца, а деформация сжатия - увеличением поперечного размера. Изменение поперечных размеров тела при его разжатии или сжатии характеризуется относительным поперечным сжатием(разжатием) Δd/d, где d - поперечный размер тела до деформации.
Отношение относительного поперечного сжатия к соответствующему относительному продольному удленению, называется коэффициентом Пуассона или модулем поперечного сжатия:
μ = Δd/d : ΔL/L.
Модуль Юнга и коэффициент Пуассона являются механическими характеристиками материала.
Деформация(перемещение) проявляются в том, что все точки нагруженного участка тела перемещаются параллельно друг другу вдоль и поперек оси приложения сил. Поперечные сечения деформируемого участка при перемещении остаются параллельными.
Упругая деформация возможна при на прижениях непривышающих определенного предела:
0≤ς≤ςупр
где величина ςупр называется пределом упругости. Если в процессе нагружения тела уровень нагрузок такой, что ς>ςупр ,то диформированное тело после снятия нагрузок уже не полностью востанавливает  свою форму.

 

Ключевые слова

 

Применение эффекта

Деформация растяжения и сжатия проявляется на многих деталях машин и механизмов(тяги, стержн, опоры, оболочки, цепи и т.д.), строительных конструкций(колонны зданий, сооружений, состовные части мостовых конструкций, каркасов и т.д.)
Во многих случаях эффект упругой деформации оказывает вредное воздействие на функционирование объекта техники. В этом случае принимаются конструктивные меры для уменьшения его проявления. На рисунке 1 изображена прорезная пружина, которая относится к классу жестких пружин, изготавливается из цилиндрической стальной трубы фрезерованием сквозных прорезей.
Прорезная пружина
Рис.1
Эта пружина как бы состоит из плоских колец соединенных симетрично смещенными перемычками. На концах она имеет винтовую резьбу с помощью которой закрепляется. Такие пружины могут служить как пружинами сжатия, так и пружинами разжатия и находят применение, в часности, в точных приборах различного вида,поскольку при осевом нагружении их торцы в отличии от торцов винтовых пружин растяжения-сжатия перемещаются строго поступательно, что для точных приборов весьма существенно.
На рисунке 2 изображен проволочный датчик, воспринемающий незначительные деформации:
Проволочный датчик

Рис.2
Он выполнен ввиде стержня из упругого материалла, засверленного с торца. Стержень сверху заизолирован тонким слоем бумаги или лака и обмотан тензочувствительной проволкой. Обмотка образует плечи мостовой схемы, питаемой напряжением U1. Под действием давления р стенки трубки и нанесенная на ней часть обмотки R1 растягиваются. Вторая часть обмотки R2 служит для температурной компенсации.

Реализации эффекта

На рисунке 1 изображена реализация растяжения или сжатия стержня, где показано, что при х > 0 происходит деформация растяжения,а при x<0 деформация сжатия.
Деформация растяжения или сжатия стержня:

Рис.1
На рисунке 2 показно, что при растяжении или сжатии пружины возникают упругие силы, которые подчиняются закону Гука. В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром. Следует иметь в виду, что при растяжении или сжатии пружины в ее витках возникают сложные деформации кручения и изгиба.
 
Деформация растяжения или сжатия пружины:
 

Рис.2

 

Литература

1.Физические эффекты в машиностроении.Справочник В.А.Лукьянец1993 г.

2.Основы физики. том 1.Б.М. Яворский, А.А.Пинский.1974 г.

3. Геометрические методы математической физики Шутц Б.1995 г.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина