|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Упругие деформации. Дивергенция |
 |
Упругие деформации. Дивергенция
Анимация
Описание
Деформация (от лат. deformatio — искажение) — изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Деформация представляет собой результат изменения междуатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин междуатомных сил, мерой которого является упругое напряжение.
Деформации разделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.
Упругая деформация подчиняется формуле:
где σ - приложенное напряжение, E - модуль Юнга, and ε - результирующее растяжение.
Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность.
Определение
дивергенции выглядит так:
где ФF — поток векторного поля F через сферическую поверхность площадью S, ограничивающую объем V. Еще более общим, а потому удобным в применении, является это определение, когда форма области с поверхностью S и объемом V допускается любой, единственным требованием является ее нахождение внутри сферы радиусом стремящимся к нулю. Это определение, в отличие от приводимого ниже, не привязано к определенным координатам, например, к декартовым, что может представлять дополнительное удобство в определенных случаях. Например, выбирая окрестность в форме куба или параллелепипеда, легко получаются формулы для декартовых координат.
Допустим, что векторное поле дифференцируемо в некоторой области. Тогда в трёхмерном декартовом пространстве дивергенция будет определяться выражением:
.png)
Это же выражение можно записать с использованием оператора набла:

Многомерная, а также двумерная и одномерная, дивергенция определяется в декартовых координатах в пространствах соответствующей размерности совершенно аналогично (в верхней формуле меняется лишь количество слагаемых, а нижняя остается той же, подразумевая оператор набла подходящей размерности).
Ключевые слова
Разделы наук
Используется в научно-технических эффектах
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
Применение эффекта
Деформация бывает упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае полностью). Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела.
Продольное растяжение-сжатие — вид деформации бруса (стержня), возникающий в том случае, если нагрузка к нему прикладывается по его продольной оси. В поперечных сечениях бруса возникает один внутренний силовой фактор — нормальная сила. Если растягивающая или сжимающая сила параллельна продольной оси бруса, но не проходит через неё, то стержень испытывает т. н. внецентренное растяжение (сжатие). В этом случае за счёт эксцентриситета приложения нагрузки в стержне кроме растягивающих (сжимающих) напряжений возникают ещё и изгибные напряжения.
Изгиб — вид деформации, при котором происходит искривление осей прямых брусьев или изменение кривизны осей кривых брусьев. Изгиб связан с возникновением в поперечных сечениях бруса изгибающих моментов. Прямой изгиб возникает в случае, когда изгибающий момент в данном поперечном сечении бруса действует в плоскости, проходящей через одну из главных центральных осей инерции этого сечения. В случае, когда плоскость действия изгибающего момента в данном поперечном сечении бруса не проходит ни через одну из главных осей инерции этого сечения, называется косым.
Если при прямом или косом изгибе в поперечном сечении бруса действует только изгибающий момент, то соответственно имеется чистый прямой или чистый косой изгиб. Если в поперечном сечение действует также и поперечная сила, то имеется поперечный прямой или поперечный косой изгиб.
Часто термин «прямой» в названии прямого чистого и прямого поперечного изгиба не употребляют и их называют соответственно чистым изгибом и поперечным изгибом.
Кручение — деформация образеца с одним закрепленным концом под действием пары сил,плоскость действия которых перпендикулярна оси образца.Момент этой пары называется крутящим моментом. Кручение состоит в относительном повороте паралельных друг другу сечений, расположенных перпендикулярно к оси образца.
С точки зрения физики, дивергенция векторного поля является показателем того, в какой степени данная точка пространства является источником или стоком этого поля:
div >0 — точка поля является источником;
div <0 — точка поля является стоком;
div =0 — стоков и источников нет, либо они компенсируют друг друга.
Например, если в качестве векторного поля взять совокупность направлений наискорейшего спуска на земной поверхности, то дивергенция покажет местоположение вершин и впадин, причём на вершинах дивергенция будет положительна (направления спуска расходятся от вершин), а на впадинах отрицательная (ко впадинам направления спуска сходятся).
Ещё одним, быть может, несколько схематическим, примером может служить озеро (для простоты — постоянной единичной глубины со всюду горизонтальной скоростью течения воды, не зависящей от глубины, давая, таким образом двумерное векторное поле на двумерном пространстве). Если угодно иметь более реалистическую картину, то можно рассмотреть горизонтальную проекцию скорости, проинтегрированную по вертикальной пространственной координате, что даст ту же картину двумерного векторного поля на двумерном пространстве, причём картина качественно будет для наших целей не сильно отличаться от упрощённой первой, количественно же являться её обобщением (весьма реалистическим). В такой модели (и в первом, и во втором варианте) родники, бьющие из дна озера будут давать положительную дивергенцию поля скоростей течения, а подводные стоки (пещеры, куда вода утекает) — отрицательную дивергенцию.
Реализации эффекта
Находящееся в воздушном потоке со скоростью v∞ под углом атаки крыло создает подъемную силу Ya=CαYaα(ρV2∞/2)S, под действием которой крыло изгибается и закручивается. Если центр давления крыла находится перед центром жесткости, то создаваемый подъемной силой момент Ma=Yaa закручивает крыло, увеличивая угол атаки на величину ∆α, что в свою очередь приводит к появлению дополнительной подъемной силы ∆Ya, увеличивающей момент Ma. Закручивание крыла будет происходить до тех пор, пока момент аэродинамических сил Ma не уравновесится моментом сил упругости Мупр конструкции крыла. С увеличением скорости полета и, соответственно, силы и момента Ma наступает такое состояние, когда приращение за счет ∆α момента Ma внешних сил начинает превышать приращение препятствующего закручиванию момента упругих сил Мупр конструкции, в результате чего ∆α непрерывно возрастает.
Явление дивергенции
Рис.1
Скорость полета самолета, при которой Ма = Мупр, называется критической скоростью дивергенции. При превышении этой скорости происходит разрушение крыла.
Проблема борьбы с дивергенцией особенно остро стоит для крыльев обратной стреловидности.
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.