形变

✍ dations ◷ 2025-08-29 22:07:35 #形变

在机械工程学里，形变定义为由于外力作用而造成的形状改变，这外力可能是拉力、推力、剪力、弯力或扭力等。形变时常是用应变来描述。如右图可见，压缩负载造成了圆筒的形变，原本的形状（虚线）已经改变（形变），圆筒的侧面凸出。圆筒虽然没有裂开或败坏，但其强度并不足以在负载下保持形状不变，因此侧面凸涨出来。形变可能是暂时性的，就像放松的弹簧会回到原来的长度；形变也可能是永久性的，当物体不可逆地弯曲时便为永久形变。若过了一定的限度则不能恢复原状，这样的形变叫做塑性形变，此限度称作弹性限度。根据不同的材质、大小和施加的外力，可能会对其物体造成尺寸型态的变化。在拉伸应力下的塑性变形，其特征在于应变硬化区和颈缩区域，最后破裂。过程中，应变硬化材料通过原子位错移动变得更强。颈缩阶段是表示，由试样的横截面面积减少。达到强度极限后，开始缩口。颈缩过程中，该材料可以不再承受最大应力和试样中的应变急剧增大。这种类型变形是不可逆的。然而，在塑性变形范围内的对象将首先发生弹性变形，这是可逆的，因此该对象将返回到原来的形状的一部分的方式。软的热塑性塑料有一个相当大的塑性变形范围韧性金属，如铜，银，黄金，钢铁，钛，但不是铸铁。硬热固性塑料，橡胶，水晶，陶瓷具有最小的塑性变形范围。金属疲劳，尤其是在飞机出现故障的一个重要原因，如德哈维兰彗星事故的过程中得到很好的了解。有两种方法来确定何时一部分是金属疲劳的危险;预测会发生故障时，由于材料/力/形状/迭代组合，并取代脆弱的材料，在此之前发生，或者进行检查，以检测微观裂缝和进行更换，一旦他们发生。材料不是在产品寿命的金属疲劳可能遭受的选择是最好的解决方案，但并不总是可能的。通过减少应力集中，避免带尖角的形状限制了金属疲劳，但并不能消除它。物体受外力变形，如果在弹性限度以内，则外力去除后，就会恢复原状。这种类型的变形是可逆的。一旦力不再作用，该对象将返回到原始的形状。形状记忆金属（如镍钛诺、橡胶）表现出大的弹性变形范围内。然而，在这些材料是非线性的弹性。普通的金属，陶瓷和大多数晶体为线性的弹性和一个较小的弹性范围内。胡克定律是一个物理原理指出的力量F需要扩展或压缩弹簧一段距离，x是距离成正比，k是一个常数，F/x。即， F = kx线性弹性变形可参考胡克定律

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