5 марта 2017 г.

ДЕФОРМАЦИИ. Указатель физических эффектов и явлений Ю.В.Горина.

II. ДЕФОРМАЦИИ.
2-1. Общая характеристика.

В самом общем случае под деформацией понимается такое изменение положение точек тела, при котором меняются взаимные расстояния между ними. Причинами деформации, сопровождающихся изменениями формы и размеров сплошного тела могут служить механические силы, электрические, магнитные, гравитационные поля, изменения температуры, фазовые переходы и т.д.
Теория и практика деформаций и упругих свойств жидкостей хорошо изложена в книге Лоджа «Эластичные жидкости», здесь отметим лишь, что в большинстве технических устройств жидкости считаются несжимаемыми.
В теории деформаций твердых тел рассматриваются многие типы деформации-сдвига, кручения и т.д. Формальное описание их можно отыскать в любом курсе сопромата.
Если деформация исчезает после снятия нагрузки, то она называется упругой, в противном случае имеет место пластическая деформация. Для упругих деформаций справедлив закон Гука, согласно которому деформация пропорциональна механическому напряжению. Если рассматривать деформации на атомно-кристаллическом уровне, то упругая деформация характеризуется, прежде всего, практически одинаковым изменением расстояния между всеми атомами кристалла; при пластических деформациях возникают дислокации - линейные дефекты кристаллической решетки, /См. сборник «Физическое металловедение», т.1-3/.
Величина деформации любого вида определяется свойствами деформируемого тела и величиной внешнего воздействия; следовательно, имея данные о деформации, возможно судить либо о свойствах, либо о воздействиях; в некоторых случаях - и о том и о другом, а в некоторых - о степени изменении свойств деформируемого тела при том или ином внешнем воздействии.
Измерение деформаций может быть выполнено различными способами – так, при методе непосредственного измерения деформации определяется её линейные размеры; при методе тензометрии с о помощью механических, оптических, или электрических тензометров измеряют изменение параметров тензодатчиков, присоединяемых к измеряемому объекту.
Часто тензометрические измерения сочетаются с применением метода лаковых покрытий. Очень изящны и эффективны поляризационно-оптический и рентгено-структурный методы. Каждая из указанных областей накопила достаточно много информации, для предварительного ознакомления можно рекомендовать: Безухов Н.И. «Теория упругости и пластичности», М , 1953г., Перри К, Лисснер Г. «Основы тензометрирования», М, 1957г., Туригин А.М. «Электрические измерения неэлектрических величин», М-Л,1959г., Китайгородский А.И. «Рентгеноструктурный анализ», М-Л, 1950г.
Примеры: А.с. № 275483: Способ определения поперечного сужения металлических материалов при их деформации, отличающийся тем, что, с целью упрощения испытания, на металлическом материале наносят царапину, например, алмазным конусом, замеряют высоту наплава в конце царапины и глубину или ширину царапины, по замеренным параметрам определяют деформацию материала при начальном вдавливании конуса под нагрузкой и деформацию при царапании, а поперечное сужение материала определяют по сумме этих деформаций.
А.с. №271859: Способ контроля качества металлических или лакокрасочных покрытий металлических образцов путём изгибания образца вокруг цилиндрической оправы отличающийся тем, что с целью получения непрерывной зависимости характера разрушения покрытия от степени деформации, используют оправку, изготовленную из пластического материала, например, из свинца, и одновременно с изгибанием образца вокруг оправки деформируют последнюю.
A.с. № 271858: Способ испытания материала на релаксацию путем приложения растягивающей нагрузки к образцу, отличающийся тем, что, с целью проведения испытания без снятия нагрузки и воспроизведения реальных условий работы материала, падение напряжения определяют по изменению деформации устройства, воспринимающего растягивающее усилие.
А.с. № 267927: Способ определения величины износа пневматическое шин, включающий измерение высоты элемента рисунка протектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определяют величину остаточной деформации элемента, измеряя высоту его от дна рисунка, до дна углубления в беговой поверхности элемента рисунка протектора и по ревности величин уменьшения высоты элемента и остаточной деформации судят о величине износа.
А.с. № 279679: Способ механико-термической обработки стали, включающий низкотемпературное деформирование и термообработку, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности при сохранении высоких коэффициентов температурного расширения упрочняемых нестабильных аустенитных сталей, после низкотемпературного деформирования сталь подвергают дополнительной пластической деформации при нормальной температуре.
A.с. № 232571: Способ измерения опорных реакций машин и станков в эксплуатационных условиях, отличающийся тем, что, с целью определения реакций в опорах с резиновым упругим элементом, измеряют величину деформации свободной поверхности резинового упругого элемента, по которой судят о величине опорной реакции.
А.с. № 24б119: Способ контроля продольной неравномерности нагрева заготовок путем измерения локальных деформаций, вносимых на заготовку внешним механическим воздействием, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, после окончания нагрева заготовку подвергают одновременному воздействию нескольких одинаковых по величине и направлению поперечных ударных импульсов, охлаждают заготовку до нормальной температуры и измеряют локальные деформации, при этом по относительное разнице значений локальных деформаций судят о продольной не равномерности нагрева заготовок.
А.с. № 250527: Способ определения приращений пластической деформации при/ исследовании процессов обработки металлов давлением, заключающийся в том, что на поверхность физического реза заготовки, выполненного по одной из главных плоскостей, наносят координатную сетку, собранную заготовку деформируют малыми этапами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости, до соединения частей заготовке поверх координатной сетки наносят слой оптически чувствительного покрытия, а о величине приращений пластической деформации после каждого этапа деформирования судят по картинам изохром и изоклин в узлах сетки, наблюдаемых на поляризационно-оптической установке.
2-2. ЭФФЕКТ БАУШИНГЕРА.
При упругих деформациях перемена знака внешнего усилия вызывает только изменение знака деформации, без изменения ее абсолютной величины. Если же год действием внешних усилий в металле возникают дислокации, т.е. наступает режим пластической деформации, то упругие свойства металла изменяются и начинает сказываться влияние знака первоначальной деформации. Если металл подвергнуть слабой пластической деформация нагрузкой одного знака, то при перемене знака нагрузки обнаруживается понижение сопротивления начальным пластическим деформациям /эффект Баушингера/. Возникающие при первичной деформации дислокации обуславливают появление в металле остаточных напряжений, которые, складываясь с рабочими напряжениями при перемене знака нагрузки, вызывают снижение предела пропорциональности, упругости и текучести материала. С увеличением начальных пластических деформаций величина снижения механических характеристик увеличивается.
Эффект Баушингера явно проявляется при незначительном начальном наклёпе. Низкий отпуск наклепанных материалов ликвидирует все проявления Эффекта Баушингера. Эффект значительно ослабляется при многократных циклических нагружениях материала с наличием малых пластических деформаций разного знака. См. Фридман Я.Б. «Механические свойства металлов», 1952г., а также статью Ратнера С.И. и Данилова Ю.С. «Изменение пределов пропорциональности и текучести при повторном нагружении», в журнале "Заводская лаборатория», 1950г., № 4.

II-3. ЭФФЕКТ ПОЙНТИНГА
Пойнтингом было установлено, что при закручивании стальных и медных проводок они не только закручиваются, но также упруго удлиняются и увеличиваются в объеме. Удлинение проволоки примерно пропорционально квадрату угла закручивания; при заданном значении угла удлинение пропорционально квадрату радиуса. Диаметр проволоки при закручивании уменьшается, величина радиального сжатия при этом пропорциональна квадрату угла закручивания. Эффект был открыт давно, и еще Пойнтингом было доказано, что удлинение при закручивании не связано с изменениями модуля Юнга - это позволяет предполагать, что свойства материала остаются без изменений.
Малая величина эффекта позволяет указать на возможность его применения в некоторых областях измерительной техники. Калиброванные изменения радиуса - это переменный калибр толщины радиальное сжатие с одновременным удлинением - это изменение /хотя и малое, но надежно калибрование/ электросопротивления проволоки и т.д. См. Ходж Ф. «Теория идеально пластических тел», ИЛ, М.,195бг.

II-4. ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ ПРИ УДАРАХ. ЭФФЕКТ АЛЕКСАНДРОВА

Коэффициент передачи энергии от ударяющегося тела к ударяемому зависит от отношения юс масс - чем больше это отношение, тем больше передаваемая энергия. Поэтому в машинах ударного действия всегда старались учесть это соотношение, по крайней мере, до 1954 года, когда Е.В. Александровым /ЖТФ, 1954, 36, № 4/ было установлено, что с ростом соотношения масс коэффициент передачи растет лишь до определенного критического значения, определяемого свойствами и конфигурацией соударяющихся тел /удар упругий!/. При увеличении отношения масс соударяющихся тел сверх критического коэффициент передачи энергии определяется не реальным соотношением масс, а критическим значением этого отношения.
Соответственно, коэффициент восстановления определяется формой и массой соударяющихся тел и степенней рассеяния энергии.
Очевидно, этот эффект обязательно должен учитываться при проектировании машин ударного действия. Наглядная иллюстрация к тому - авторское свидетельство № 203557: Механизм для воздействия на твердое тело ударной нагрузкой, содержащий два или более соударяющихся элементов, причем один из них является рабочим, непосредственно воздействующим на твердое тело, отличающийся тем, что в нем предусмотрено средство для создания перед каждым соударением элементов дополнительного зазора в системе «соударяющиеся элементы - твердое тело» и один или несколько из соударяющихся элементов, за исключением рабочего, выполнены из материала с меньшим модулем упругости, чем материал элемента.
На основе открытия Александрова создан так называемый механический полупроводник, в котором передача энергии практически осуществляется только в одном направлении, независимо от жесткости опоры. На этой основе уже создан новый отбойный молоток, который в два раза легче серийного и обладает большей производительностью. Теоретически доказана возможность и целесообразность бурения на глубинах до 100 метров без погружения бурильной машины в скважину.