Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Нысанның пішіні мен мөлшеріне қатысты өзгерістер, физикада қолданылуы
Change in the shape or size of an object
usage in physics
Инженерлік саласында деформация – нысанның мөлшері мен пішінінің өзгеруі. Орын ауыстыру – нысанның кез келген нүктесінің абсолюттік қозғалысы. Дефлекция – нысанға түсетін сыртқы жүктемелердің салыстырмалы өзгеруі. Деформация – материалдың өте кішкентай текшесінің пішініндегі салыстырмалы ішкі өзгеріс, оны текшенің ұзындығының немесе бұрылысының өлшемсіз өзгеруі ретінде көрсетуге болады. Деформациялар, материалға әсер ететін күштермен – яғни, кернеумен, кернеу-деформация қисығы арқылы байланысты. Кернеу мен деформация арасындағы қатынас, әдетте, сызықтық және иілгіш нүктеге дейін қайтымды болады, ал деформация серпімді болады. Материалдың серпімділігі, егер түсірілген кернеу молекулалық байланыстарды бұзуға қажетті энергиядан аспаса, материалдың кері деформациялануына және кернеу алынғаннан кейін бастапқы пішініне оралуына мүмкіндік береді. Материалдың сызықтық қатынасы – Янг модулі деп аталады. Иілгіш нүктеден жоғары, жүктеме алынғаннан кейін белгілі бір деңгейде тұрақты деформация қалады, ол пластикалық деформация деп аталады. Қатты нысан ішіндегі кернеу мен деформацияны анықтау материалдардың кезеңдік шегі арқылы, ал конструкция үшін – конструкциялық талдау арқылы жүзеге асырылады. Инженерлік кернеу және инженерлік деформация – сыртқы күштер мен нысанның деформациясынан анықталатын ішкі күйдің жуықтама шамалары, егер мөлшерде елеулі өзгеріс болмаса. Егер мөлшерде айтарлықтай өзгеріс болса, нақты кернеу мен нақты деформация нысанның сәттегі мөлшерінен есептелуі мүмкін. Суретте қысымдық жүктеме (жебемен көрсетілген) цилиндрдің деформациясына әкелгені көрінеді, нәтижесінде бастапқы пішін (көтеріңкі сызықтар) өзгеріп (деформацияланып), бүйірлері дөңгеленген нысанға айналған. Бүйірлердің дөңгеленуіне себеп – материалдың жарылу немесе басқа да зақымдануға төтеп беруге жеткілікті күшті болғанымен, жүктемені өзгеріссіз ұстауға жеткілікті емес болуы. Соның салдарынан материал сыртқа қарай итеріледі. Ішкі күштер (бұл жағдайда деформацияға перпендикуляр) түсірілген жүктемеге қарсы тұрады. Егер деформация мардымсыз болса, қатаң дене тұжырымын қолдануға болады.
In engineering, deformation refers to the change in size or shape of an object. Displacements are the absolute change in position of a point on the object. Deflection is the relative change in external displacements on an object. Strain is the relative internal change in shape of an infinitesimal cube of material and can be expressed as a non dimensional change in length or angle of distortion of the cube. Strains are related to the forces acting on the cube, which are known as stress, by a stress strain curve. The relationship between stress and strain is generally linear and reversible up until the yield point and the deformation is elastic. Elasticity in materials occurs when applied stress does not surpass the energy required to break molecular bonds, allowing the material to deform reversibly and return to its original shape once the stress is removed. The linear relationship for a material is known as Young's modulus. Above the yield point, some degree of permanent distortion remains after unloading and is termed plastic deformation. The determination of the stress and strain throughout a solid object is given by the field of strength of materials and for a structure by structural analysis. Engineering stress and engineering strain are approximations to the internal state that may be determined from the external forces and deformations of an object, provided that there is no significant change in size. When there is a significant change in size, the true stress and true strain can be derived from the instantaneous size of the object. In the figure it can be seen that the compressive loading (indicated by the arrow) has caused deformation in the cylinder so that the original shape (dashed lines) has changed (deformed) into one with bulging sides. The sides bulge because the material, although strong enough to not crack or otherwise fail, is not strong enough to support the load without change. As a result, the material is forced out laterally. Internal forces (in this case at right angles to the deformation) resist the applied load. The concept of a rigid body can be applied if the deformation is negligible.
Деформацияның түрлері
Материалдың түріне, нысанның мөлшері мен геометриясына және қолданылатын күштерге байланысты әртүрлі деформация түрлері пайда болуы мүмкін. Оң жақтағы суретте болат сияқты жалғызды материал үшін инженерлік кернеу мен деформация диаграммасы көрсетілген. Әр түрлі жағдайларда әртүрлі деформация режимдері туындауы мүмкін, бұл деформация механизмі картасы арқылы бейнеленеді. Тұрақты деформация қайтымсыз болып табылады; қолданылған күштер алынғаннан кейін деформация сақталады, ал уақытша деформация қалпына келтіріледі, себебі қолданылған күштер алынғаннан кейін жоғалады. Уақытша деформация эластикалық деформация деп те аталады, ал тұрақты деформация пластикалық деформация деп аталады.
Depending on the type of material, size and geometry of the object, and the forces applied, various types of deformation may result. The image to the right shows the engineering stress vs. strain diagram for a typical ductile material such as steel. Different deformation modes may occur under different conditions, as can be depicted using a deformation mechanism map. Permanent deformation is irreversible; the deformation stays even after removal of the applied forces, while the temporary deformation is recoverable as it disappears after the removal of applied forces. Temporary deformation is also called elastic deformation, while the permanent deformation is called plastic deformation.
Пластикалық деформация
Бұл түрдегі деформация қолданылған күшті алып тастау арқылы ғана жойылмайды. Дегенмен, пластикалық деформация аймағындағы объект алдымен серпімді деформацияға ұшырайды, ол қолданылған күшті алып тастау арқылы толығымен жойылады, сондықтан объект бастапқы пішініне жартылай қайта оралады. Жұмсақ термопластиктерде, мыс, күміс және алтын сияқты майлы металдарда пластикалық деформацияның кең диапазоны бар. Болатта да бар, бірақ шойын болмайды. Қатты термооңайлы пластиктер, резеңке, кристалдар және керамикада пластикалық деформация диапазоны минимал. Үлкен пластикалық деформация диапазонына ие материалдың мысалы – ылғалды шайнама жем, оны бастапқы ұзындығынан ондаған есе созуға болады. Тартылу күші әсер ететін жағдайда пластикалық деформация кернеу қатаю аймағымен, мойын аймағымен және соңында сынумен (немесе жұтылумен) сипатталады. Кернеу қатаю кезінде материал атомдық бұрылыстардың қозғалысы арқылы күшейеді. Мойын пайда болу фазасы үлгінің көлденең қимасының азаюымен анықталады. Мойын пайда болу ең жоғары күшке жеткеннен кейін басталады. Мойын пайда болу кезінде материал ең жоғары кернеуге төтеп бере алмайды және үлгідегі деформация жылдам өседі. Пластикалық деформация материалдың сынуымен аяқталады.
This type of deformation is not undone simply by removing the applied force. An object in the plastic deformation range, however, will first have undergone elastic deformation, which is undone simply be removing the applied force, so the object will return part way to its original shape. Soft thermoplastics have a rather large plastic deformation range as do ductile metals such as copper, silver, and gold. Steel does, too, but not cast iron. Hard thermosetting plastics, rubber, crystals, and ceramics have minimal plastic deformation ranges. An example of a material with a large plastic deformation range is wet chewing gum, which can be stretched to dozens of times its original length. Under tensile stress, plastic deformation is characterized by a strain hardening region and a necking region and finally, fracture (also called rupture). During strain hardening the material becomes stronger through the movement of atomic dislocations. The necking phase is indicated by a reduction in cross sectional area of the specimen. Necking begins after the ultimate strength is reached. During necking, the material can no longer withstand the maximum stress and the strain in the specimen rapidly increases. Plastic deformation ends with the fracture of the material.
Сығымдалу бұзылуы
Көбінесе, арқалықтар, бағаналар сияқты элементтерге сығу кернеуі қолданылғанда олар қысқарады. Құрылымдық элементті немесе сынаманы жүктеу сығу кернеуін оның сығуға төзімділігіне дейін арттырады. Материалдың қасиеттеріне байланысты, бұзу түрлері серпімді мінез-құлыққа ие материалдар үшін (көптеген металдар, кейбір топырақтар және пластиктер) – деформациялану, ал қатаң мінез-құлыққа ие материалдар үшін (геоматериалдар, шойын, шыны және т.б.) – жарылу болып табылады. Ұзын, жіңішке құрылымдық элементтерде – мысалы, бағаналарда немесе фермалық арқалықтарда – сығу күшінің F артуы, сығуға төзімділігінен төменгі кернеуде иіліп бүгуге байланысты құрылымдық бұзуға әкеледі.
Usually, compressive stress applied to bars, columns, etc. leads to shortening. Loading a structural element or specimen will increase the compressive stress until it reaches its compressive strength. According to the properties of the material, failure modes are yielding for materials with ductile behavior (most metals, some soils and plastics) or rupturing for brittle behavior (geomaterials, cast iron, glass, etc.). In long, slender structural elements — such as columns or truss bars — an increase of compressive force F leads to structural failure due to buckling at lower stress than the compressive strength.
Сынған жер
Деформацияның бұл түрі де қайтымсыз болып табылады. Материал серпімді, содан кейін пластикалық деформацияның шегіне жеткеннен кейін жұлыну орын алады. Осы кезде күш жинақталып, сынауға жеткілікті деңгейге жетеді. Қолданылған күш жеткілікті болса, кез келген материал ақырында сынып қалады.
This type of deformation is also irreversible. A break occurs after the material has reached the end of the elastic, and then plastic, deformation ranges. At this point forces accumulate until they are sufficient to cause a fracture. All materials will eventually fracture, if sufficient forces are applied.
Қате түсініктер
Көпшілік арасында кең таралған жаңылыс пікір: иілгіш материалдар "әлсіз", ал иілмейтін материалдар "күшті" деп саналады. Шындығында, үлкен серпімді және пластикалық деформацияға түсетін көптеген материалдар, мысалы, болат, әйнек сияқты жұмсақ материалдарды, пластикалық деформация диапазоны аз болғандықтан, сындыратын күштерді сіңіре алады.
A popular misconception is that all materials that bend are "weak" and those that do not are "strong". In reality, many materials that undergo large elastic and plastic deformations, such as steel, are able to absorb stresses that would cause brittle materials, such as glass, with minimal plastic deformation ranges, to break.