Déformation(eng. déformation) est un changement dans la forme et la taille d'un corps (ou d'une partie d'un corps) sous l'action de forces externes, avec des changements de température, d'humidité, des transformations de phase et d'autres influences qui provoquent un changement dans la position des particules corporelles. Avec l'augmentation du stress, la déformation peut entraîner la destruction. La capacité des matériaux à résister à la déformation et à la destruction sous l'influence de divers types de charges est caractérisée par les propriétés mécaniques de ces matériaux.
A l'apparition de ceci ou de cela type de déformation la nature des contraintes appliquées au corps a une grande influence. Seul processus de déformation sont associés à l'action prédominante de la composante tangentielle de la contrainte, d'autres - à l'action de sa composante normale.
Types de déformation
Par la nature de la charge appliquée au corps types de déformation subdivisé comme suit :
- Déformation en traction ;
- Déformation par compression ;
- Cisaillement (ou cisaillement) déformation ;
- Déformation en torsion ;
- Déformation en flexion.
À les types de déformation les plus simples comprennent : la déformation en traction, la déformation en compression, la déformation en cisaillement. On distingue également les types de déformation suivants : déformation de compression globale, torsion, flexion, qui sont diverses combinaisons des types de déformation les plus simples (cisaillement, compression, traction), puisque l'effort appliqué au corps en déformation n'est généralement pas perpendiculaire à sa surface, mais dirigée selon un angle , ce qui provoque à la fois des contraintes normales et de cisaillement. En étudiant les types de déformation engagés dans des sciences telles que la physique du solide, la science des matériaux, la cristallographie.
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Dans les solides, en particulier - les métaux, ils émettent deux principaux types de déformations- les déformations élastiques et plastiques dont la nature physique est différente.
Déformation du métal. Déformation élastique et plastique
Influence déformation élastique (réversible) sur la forme, la structure et les propriétés du corps est complètement éliminé après la cessation de l'action des forces (charges) qui l'ont provoqué, car sous l'action des forces appliquées, seul un léger déplacement d'atomes ou une rotation de blocs de cristal se produit . La résistance d'un métal à la déformation et à la rupture est appelée résistance. La force est la première exigence pour la plupart des produits.
Le module d'élasticité est une caractéristique de la résistance des matériaux à la déformation élastique. Lorsque les tensions atteignent ce que l'on appelle limite élastique(ou seuil d'élasticité) la déformation devient irréversible.
Déformation plastique qui reste après le retrait de la charge est associé au déplacement d'atomes dans les cristaux sur des distances relativement grandes et provoque des changements résiduels dans la forme, la structure et les propriétés sans perturbation macroscopique de la continuité du métal. La déformation plastique est aussi appelée permanente ou irréversible. La déformation plastique des cristaux peut être réalisée glisser et jumelage.
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Déformation plastique du métal... Les métaux présentent une plus grande résistance à la traction ou à la compression qu'au cisaillement. Par conséquent, le processus de déformation plastique d'un métal est généralement processus de glissement une partie du cristal par rapport à l'autre le long du plan cristallographique ou des plans de glissement avec un empilement d'atomes plus dense, là où la résistance au cisaillement est la plus faible. Le glissement se produit à la suite de dislocations se déplaçant dans le cristal. Du fait du glissement, la structure cristalline des pièces mobiles ne change pas.
Un autre mécanisme déformation plastique du métal est un jumelage... En déformation de macle, la contrainte de cisaillement est plus élevée qu'en glissement. Les doubles surviennent généralement lorsque le glissement est difficile pour une raison ou une autre. La déformation de jumelage est généralement observée à basse température et à des taux de charge élevés.
La plasticité est la propriété des solides, sous l'action de forces extérieures, de changer, sans s'effondrer, leur forme et leur taille et de conserver des déformations résiduelles (plastiques) après l'élimination de ces forces. L'absence ou la faible valeur de la ductilité est appelée fragilité. La plasticité des métaux est largement utilisée en ingénierie.
Préparé par A.E. Kornienko (ICM)
Lit. :
Les déformations sont divisées en réversibles (élastiques) et irréversibles (inélastiques, plastiques, fluage). Les déformations élastiques disparaissent après la fin des efforts appliqués, et il reste des déformations irréversibles. Les déformations élastiques reposent sur les déplacements réversibles des atomes du corps à partir de la position d'équilibre (autrement dit, les atomes ne dépassent pas les liaisons interatomiques) ; les irréversibles reposent sur des déplacements irréversibles d'atomes sur des distances considérables à partir des positions d'équilibre initiales (c'est-à-dire en dépassant les liaisons interatomiques, après avoir retiré la charge, réorientation vers une nouvelle position d'équilibre).
Les déformations plastiques sont des déformations irréversibles causées par des changements de contraintes. Les déformations de fluage sont des déformations irréversibles qui se produisent dans le temps. La capacité des substances à se déformer plastiquement est appelée plasticité. Avec la déformation plastique du métal, un certain nombre de propriétés changent simultanément avec le changement de forme - en particulier, avec la déformation à froid, la résistance augmente.
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Leçon 208. Déformation des solides. Classification des types de déformation
✪ Déformation et forces élastiques. loi de Hooke | Physique 10e année # 14 | Leçon d'informations
Déformation
Les sous-titres
Types de déformation
Les types les plus simples de déformation du corps en général :
Dans la plupart des cas pratiques, la déformation observée est la combinaison de plusieurs déformations simples simultanées. En fin de compte, toute déformation peut être réduite à deux des plus simples : la traction (ou la compression) et le cisaillement.
Etude de déformation
La nature de la déformation plastique peut être différente selon la température, la durée de la charge ou la vitesse de déformation. Avec une charge constante appliquée au corps, la déformation change avec le temps ; ce phénomène est appelé fluage. Avec l'augmentation de la température, la vitesse de fluage augmente. La relaxation et la séquelle élastique sont des cas particuliers de fluage. L'une des théories expliquant le mécanisme de la déformation plastique est la théorie des dislocations dans les cristaux.
Continuité
Dans la théorie de l'élasticité et de la plasticité, les corps sont considérés comme "solides". La continuité (c'est-à-dire la capacité de remplir tout le volume occupé par la matière du corps, sans aucun vide) est l'une des principales propriétés attribuées aux corps réels. La notion de continuité renvoie également aux volumes élémentaires dans lesquels le corps peut être mentalement décomposé. La variation de la distance entre les centres de deux volumes infinitésimaux adjacents pour un corps qui ne connaît pas de discontinuités devrait être faible par rapport à la valeur initiale de cette distance.
La déformation élémentaire la plus simple
La déformation élémentaire la plus simple(ou déformation relative) est l'allongement relatif d'un élément :
ϵ = (l 2 - l 1) / l 1 = Δ l / l 1 (\ displaystyle \ epsilon = (l_ (2) -l_ (1)) / l_ (1) = \ Delta l / l_ (1))En pratique, les petites déformations sont plus courantes - telles que ≪ 1 (\ displaystyle \ epsilon \ ll 1).
DÉFINITION
Déformation en physique, ils appellent le changement de taille, de volume et souvent de forme d'un corps si une charge externe est appliquée au corps, par exemple, lors de l'étirement, de la compression et/ou lorsque sa température change.
La déformation se produit lorsque différentes parties du corps effectuent des mouvements différents. Ainsi, par exemple, si un cordon en caoutchouc est tiré par les extrémités, ses différentes parties se déplaceront les unes par rapport aux autres et le cordon se déformera (étiré, allongé). Au cours de la déformation, les distances entre les atomes ou les molécules des corps changent, donc des forces élastiques apparaissent.
Types de déformation d'un solide
Les déformations peuvent être divisées en élastiques et inélastiques. La déformation élastique est appelée déformation, qui disparaît lorsque l'action déformante s'arrête. Avec ce type de déformation, les particules reviennent des nouvelles positions d'équilibre dans le réseau cristallin aux anciennes.
Les déformations inélastiques d'un solide sont appelées plastiques. Lors de la déformation plastique, un réarrangement irréversible du réseau cristallin se produit.
De plus, on distingue les types de déformation suivants : tension (compression) ; décalage, torsion.
L'étirement unilatéral consiste à augmenter la longueur du corps, lorsqu'il est exposé à une force de traction. La mesure de ce type de déformation est la valeur de l'allongement relatif ().
La déformation de l'étirement général (compression) se manifeste par une modification (augmentation ou diminution) du volume du corps. Dans ce cas, la forme du corps ne change pas. Les forces d'étirement (compression) sont uniformément réparties sur toute la surface du corps. Une caractéristique de ce type de déformation est la variation relative du volume du corps ().
Le cisaillement est un type de déformation dans lequel les couches plates d'un solide sont déplacées parallèlement les unes aux autres. Avec ce type de déformation, les couches ne changent pas de forme et de taille. La mesure de cette déformation est l'angle de cisaillement.
La déformation en torsion consiste en la rotation relative de sections parallèles les unes aux autres et perpendiculaires à l'axe de l'échantillon.
Dans la théorie de l'élasticité, il a été prouvé que tous les types de déformations élastiques peuvent être réduits à des déformations de traction ou de compression qui se produisent en même temps.
la loi de Hooke
Considérons une barre homogène avec une longueur l et une section transversale S. Deux forces égales en grandeur F sont appliquées aux extrémités de la barre, dirigées le long de l'axe de la barre, mais dans des directions opposées. Dans ce cas, la longueur de la tige a changé par.
Le scientifique anglais R. Hooke a trouvé empiriquement que pour les petites déformations, l'allongement () est directement proportionnel à la contrainte () :
où E est le module de Young ; - la force qui agit sur la section unitaire du conducteur. Sinon, la loi de Hooke s'écrit :
où k est le coefficient d'élasticité. Pour la force élastique apparaissant dans la tige, la loi de Hooke a la forme :
La relation linéaire entre et s'effectue dans des limites étroites, à faibles charges. Au fur et à mesure que la charge augmente, la dépendance devient non linéaire, puis la déformation élastique se transforme en déformation plastique.
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
| Exercer | Quelle est l'énergie potentielle d'une tige élastique étirée, si son allongement absolu est, le coefficient d'élasticité est k ? Considérez que la loi de Hooke est remplie dans ce cas. |
| Solution | L'énergie potentielle () d'une barre élastique étirée est égale au travail (A) effectué par des forces extérieures, provoquant une déformation :
où x est l'allongement absolu de la barre, qui, lors de la déformation, passe de 0 à. D'après la loi de Hooke, on a :
En remplaçant l'expression (1.2) dans la formule (1.1), on a : |
Les déformations sont divisées en réversibles (élastiques) et irréversibles (plastique, fluage). Les déformations élastiques disparaissent après la fin des efforts appliqués, et il reste des déformations irréversibles. Les déformations élastiques sont basées sur des déplacements réversibles d'atomes métalliques à partir de la position d'équilibre (en d'autres termes, les atomes ne vont pas au-delà des liaisons interatomiques) ; les irréversibles sont basés sur des déplacements irréversibles d'atomes sur des distances considérables à partir des positions d'équilibre initiales (c'est-à-dire en dépassant les liaisons interatomiques, après avoir retiré la charge, réorientation vers une nouvelle position d'équilibre).
Les déformations plastiques sont des déformations irréversibles causées par des changements de contraintes. Les déformations de fluage sont des déformations irréversibles qui se produisent dans le temps. La capacité des substances à se déformer plastiquement est appelée plasticité. Avec la déformation plastique du métal, un certain nombre de propriétés changent simultanément avec le changement de forme - en particulier, avec la déformation à froid, la résistance augmente.
Types de déformation
Les types les plus simples de déformation du corps en général :
Dans la plupart des cas pratiques, la déformation observée est la combinaison de plusieurs déformations simples simultanées. En définitive, cependant, toute déformation peut être réduite aux deux plus simples : traction (ou compression) et cisaillement.
Etude de déformation
La nature de la déformation plastique peut être différente selon la température, la durée de la charge ou la vitesse de déformation. Avec une charge constante appliquée au corps, la déformation change avec le temps ; ce phénomène est appelé fluage. Avec l'augmentation de la température, la vitesse de fluage augmente. La relaxation et la séquelle élastique sont des cas particuliers de fluage. L'une des théories expliquant le mécanisme de la déformation plastique est la théorie des dislocations dans les cristaux.
Continuité
Dans la théorie de l'élasticité et de la plasticité, les corps sont considérés comme "solides". La continuité (c'est-à-dire la capacité de remplir tout le volume occupé par la matière du corps, sans aucun vide) est l'une des principales propriétés attribuées aux corps réels. La notion de continuité renvoie également aux volumes élémentaires dans lesquels le corps peut être mentalement décomposé. La variation de la distance entre les centres de deux volumes infinitésimaux adjacents pour un corps qui ne connaît pas de discontinuités devrait être faible par rapport à la valeur initiale de cette distance.
La déformation élémentaire la plus simple
La déformation élémentaire la plus simple est l'allongement relatif d'un élément :
En pratique, les petites déformations sont plus courantes - telles que.
Mesure de contrainte
La mesure des déformations s'effectue soit dans le cadre d'essais de matériaux afin de déterminer leurs propriétés mécaniques, soit dans l'étude d'une structure dans la nature ou sur des modèles pour juger de l'amplitude des contraintes. Les déformations élastiques sont très faibles et leur mesure nécessite une grande précision. La méthode la plus courante pour examiner la déformation est celle des jauges de contrainte. De plus, les jauges de contrainte à résistance, la méthode de recherche de polarisation-tension optique et l'analyse structurelle aux rayons X sont largement utilisées. Pour juger des déformations plastiques locales, on utilise un moletage à la surface du produit en treillis, un revêtement de la surface avec un vernis qui se fissure facilement ou des joints cassants, etc.
Remarques (modifier)
Littérature
- Yu. N. Rabotnov, Résistance des matériaux, M., 1950 ;
- Kuznetsov V.D., Solid State Physics, volumes 2-4, 2e éd., Tomsk, 1941-47;
- Sedov L.I., Introduction à la mécanique d'un milieu continu, Moscou, 1962.
voir également
Liens
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Synonymes:Voyez ce qu'est "Déformation" dans d'autres dictionnaires :
déformation- déformation : Déformation de la forme du pain de savon par rapport à ce qui est stipulé dans le document technique. Source : GOST 28546 2002 : Savon de toilette solide. Spécifications générales document original De ... Dictionnaire-ouvrage de référence des termes de la documentation normative et technique
- (fr.) Laideur ; changement de forme. Dictionnaire de mots étrangers inclus dans la langue russe. Chudinov AN, 1910. DEFORMATION [lat. deformatio distorsion] modification de la forme et de la taille du corps sous l'influence de forces externes. Dictionnaire de mots étrangers. Komlev ... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe
Encyclopédie moderne
Déformation- - une modification de la forme et/ou de la taille du corps sous l'influence de forces extérieures et de divers types d'influences (variations de température et d'humidité, sédimentation des supports, etc.) ; dans la résistance des matériaux et la théorie de l'élasticité - une mesure quantitative du changement de dimensions ... Encyclopédie des termes, définitions et explications des matériaux de construction
Déformation- (du latin déformation, distorsion), un changement dans l'arrangement mutuel des particules d'une substance, dû à des raisons externes ou internes. Les types de déformation les plus simples d'un solide : traction, compression, cisaillement, flexion, torsion. ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré
- (à partir de Lat. deformatio distorsion) 1) un changement dans la position relative des points d'un corps rigide, à laquelle la distance entre eux change, en raison d'influences externes. La déformation est dite élastique si elle disparaît après suppression de l'impact, et ... ... Grand dictionnaire encyclopédique
Cm … Dictionnaire de synonymes
- (à partir de la distorsion deformatio Lat.), changer la configuration en .l. objet résultant de l'ext. influences ou int. les forces. D. peut tester la télévision. corps (cristallin, amorphe, organique. origine), liquides, gaz, domaines physiques, vivants... ... Encyclopédie physique
La déformation en traction est un type de déformation dans laquelle une charge est appliquée longitudinalement à partir du corps, c'est-à-dire coaxiale ou parallèle aux points d'attache du corps. La façon la plus simple d'envisager l'étirement est sur un câble de remorquage automobile. Le câble a deux points d'attache au remorqueur et à l'objet remorqué, lorsque le câble commence à bouger, le câble se redresse et commence à tirer l'objet remorqué. A l'état tendu, le câble subit une déformation de traction, si la charge est inférieure aux valeurs limites qu'il peut supporter, puis après avoir retiré la charge, le câble retrouvera sa forme.
La déformation en traction est l'une des principales études de laboratoire sur les propriétés physiques des matériaux. Lors de l'application de contraintes de traction, les valeurs sont déterminées pour lesquelles le matériau est capable de :
1. prendre des charges avec une restauration supplémentaire de l'état d'origine (déformation élastique)
2. Prendre des charges sans restaurer l'état d'origine (déformation plastique)
3.Effondrement à la force ultime
Ces tests sont les principaux pour toutes les cordes et cordes utilisées pour l'élingage, l'arrimage des charges et l'alpinisme. L'étirement est également important dans la construction de systèmes de suspension complexes avec des éléments de travail libres.
Déformation par compression
La déformation par compression est un type de déformation similaire à l'étirement, avec une différence dans la manière dont la charge est appliquée, elle est appliquée coaxialement, mais vers le corps. La compression d'un objet des deux côtés entraîne une diminution de sa longueur et un durcissement simultané, l'application de charges importantes forme des épaississements de type "tonneau" dans le corps du matériau.
La déformation par compression est largement utilisée dans les processus métallurgiques pour le forgeage du métal. Au cours du processus, le métal acquiert une résistance accrue et soude les défauts structurels. La compression est également importante dans la construction de bâtiments, tous les éléments structurels de la fondation, des pieux et des murs sont soumis à des charges de pression. Un calcul correct des structures de support du bâtiment vous permet de réduire la consommation de matériaux sans perdre en résistance.
Déformation par cisaillement
La déformation par cisaillement est un type de déformation dans laquelle une charge est appliquée parallèlement à la base du corps. Au cours de la déformation par cisaillement, un plan du corps se déplace dans l'espace par rapport à l'autre. Toutes les fixations - boulons, vis, clous - sont testées pour les charges de cisaillement ultimes. L'exemple le plus simple de déformation par cisaillement est une chaise bancale, où le sol peut être pris comme base et le siège peut être pris comme plan d'application de la charge.
Déformation en flexion
La déformation en flexion est un type de déformation dans lequel la rectitude de l'axe principal du corps est violée. Tous les corps suspendus sur un ou plusieurs supports sont soumis à des déformations de flexion. Chaque matériau est capable de percevoir un certain niveau de charge ; dans la plupart des cas, les solides sont capables de supporter non seulement leur propre poids, mais également une charge donnée. Selon le mode d'application de la charge de flexion, une distinction est faite entre flexion pure et flexion oblique.
La valeur de déformation en flexion est importante pour la conception de corps élastiques, tels qu'un pont supporté, une barre de gymnastique, une barre horizontale, un essieu de voiture et autres.
Déformation en torsion
La déformation de torsion est un type de déformation dans laquelle un couple est appliqué au corps causé par une paire de forces agissant dans le plan perpendiculaire à l'axe du corps. Les arbres des machines, les vis des appareils de forage et les ressorts travaillent en torsion.
La loi de Hooke- l'équation de la théorie de l'élasticité, liant la contrainte et la déformation du milieu élastique. Découvert en 1660 par le scientifique anglais Robert Hooke. Puisque la loi de Hooke est écrite pour de faibles contraintes et déformations, elle a la forme d'une simple proportionnalité.
Sous forme verbale, la loi se lit comme suit :
La force élastique apparaissant dans le corps lors de sa déformation est directement proportionnelle à l'amplitude de cette déformation
Pour une tige de traction mince, la loi de Hooke a la forme :
Voici la force avec laquelle la tige est étirée (comprimée), est l'allongement absolu (compression) de la tige, et - coefficient d'élasticité(ou dureté).
Le coefficient d'élasticité dépend à la fois des propriétés du matériau et des dimensions de la barre. La dépendance vis-à-vis des dimensions de la barre (section transversale et longueur) peut être distinguée explicitement en écrivant le coefficient d'élasticité sous la forme
La quantité est appelée module d'élasticité du premier type ou module d'Young et est la caractéristique mécanique du matériau.
Si on introduit l'allongement relatif
et la contrainte normale dans la section transversale
alors la loi de Hooke en unités relatives s'écrira
Sous cette forme, elle est valable pour tout petit volume de matière.
De plus, lors du calcul des tiges droites, l'enregistrement de la loi de Hooke sous forme relative est utilisé
Module d'Young(module d'élasticité) est une grandeur physique qui caractérise les propriétés d'un matériau à résister à la traction/compression lors de la déformation élastique. Nommé d'après le physicien anglais du XIXe siècle Thomas Young. Dans les problèmes dynamiques de la mécanique, le module de Young est considéré dans un sens plus général - comme une fonctionnelle de l'environnement et du processus. Dans le Système international d'unités (SI), il se mesure en newtons par mètre carré ou en pascals.
Le module de Young est calculé comme suit :
· E- module d'élasticité,
· F- Puissance,
· S- la surface sur laquelle se répartit l'action de la force,
· je- la longueur de la barre déformable,
· X est le module de variation de la longueur de la barre résultant de la déformation élastique (mesuré dans les mêmes unités que la longueur je).
En utilisant le module de Young, la vitesse de propagation d'une onde longitudinale dans une tige mince est calculée :
où - la densité de la substance.
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