 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Деформация (strain)
Удлинение-изменение размеров тела, подвергнутого действию внешних сил или деформации. Свойство упругости. Упругий – материал, который деформируется под действием приложенной к нему силы, но принимает исходную форму после того, как снимается нагрузка (т.е. молекулы возвращаются к исходному положению). (Слайд 2-1)Первый шаг в изучении этого явления сделал Роберт Гук (1678).Подвешивая к проволоке с исходной длиной l 0 и площадью поперечного сечения А0 различные гири весом W и измеряя растяжение проволоки l ‘, он обнаружил, что в широком диапазоне нагрузок растяжение пропорциональновесу гири. Позднее Томас Юнг (1773-1829) уточнил формулировку этого закона (названного ныне законом Гука) к материалам с различной площадью поперечного сечения. Было найдено, что у длинение на единицу длины ε = l’/l0 пропорционально натяжению T в проволке, деленное на начальную площадь сечения А0. T/A0 = Е · ε (2-1)
где Е -коэффициент пропорциональности или модуль Юнга и измеряется также в Н/м2. Чтобы определить натяжение Т в проволке, мысленно разобьем ее сечением С на две части. Суммарная направленная вниз сила, с которой часть проволки, расположенной ниже сечения, действует на часть проволоки, расположенной выше С, и равна весу груза F и собственного веса нижней части проволоки (которым в первом приближении можно пренебречь). Согласно третьему закону Ньютона, направленная вверх сила, с которой верхняя часть проволоки действует на ее нижнюю часть, по абсолютной величине также равна Т. Причем этот результат остается справедливым при любом положении сечения С. Таким образом, натяжение Т одинаково во всех точках по длине проволки. А сама величина Т/А0 – есть не что иное, как нормальное напряжение. А модуль Юнга представляет собой жесткость твердого тела, и может количественно оцениваться, как наклон кривой напряжение - удлинение. Его также называют модулем упругости или упругостью материала. Как видно из кривой, первая часть кривой до точки А линейна, пока прикладываемое напряжение не превышает Sa, и закон Гука остается справедливым. Кроме того, при уменьшении или снятии напряжения-деформация уменьшается до нуля В этом диапазоне напряжений материал называется линейно-упругим. Когда же напряжение превышает некоторую величину Sa, кривая становится нелинейной. При уменьшении напряжения до нуля наблюдается необратимая остаточная деформация. Это напряжение называют предел текучести, а само течение материала -. пластической деформацией. Эти деформации необратимы и сопровождаются частичной разрушением структуры молекулярной решетки. При дальнейшем увеличении напряжения пластическая деформация продолжается вплоть до разрушения материала – точка С. Напряжение,при котором происходит разрушение материала, называется прочность на разрыв (strength). Данная характеристика не связана с модулем Юнга, и материал может быть достаточно жесткий (большой модуль Юнга, может иметь незначительную прочность на разрыв и наоборот). (Пример с хирургическими нитками.) (Слайд 2-2) Коэффициент Пуассона Еще одно из известных свойств твердых материаловявляется сжимаемость (Compressibility) или способность материала изменяться в объеме при воздействии внешних сил и деформации. Другими словами, сжимаемость есть свойство материала сжиматься или расширяться во всех направлениях одновременно. Коэффициент Пуассона позволяет нам определить количественно сжимаемость материала. Например, при осевом растяжении материал при удлинении в этом же направлении может одновременно сжиматься в другом, поперечном направлении. Например, если после удлинения проволоки ее начальная длина ℓ 0 увеличилась на величину ℓ ‘ и стала равной (ℓ 0 -ℓ ‘), а ее начальный радиус ro изменился на величину r’ и стал равен (ro – r’), то коэффициент Пуассона есть отношение между относительной деформацией в поперечном направлении (ε r) к относительной деформации в продольном направлении (ε ℓ). Таким образом, если материал не сжимается в поперечном направлении при удлинении в продольном, то коэффициент Пуассона равен нулю и материал считается абсолютно сжимаемым. Однако, если материал сжимается в поперечном направлении так, что объем материала остается без изменения,то коэффициент Пуассона равен 0.5 и материал называется абсолютно несжимаемым. Поэтому коэффициент Пуассона варьирует между 0 и 0.5. Для большинства простых материалов поперечная деформация пропорциональна продольной:
γ = - ε r / ε l, (2-2) где γ - коэффициент Пуассона.
Отметим, почти все биологические материалы и сосуды не изменяются в объеме при растяжении или сжатии и поэтому считают несжимаемыми. Еще одно свойство материалов называется анизотропией (anisotropy), т.е. это свойство материалов к различному поведению в различных направлениях. Многие инженерные материалы, например сталь, имеют наоборот одни свойства в разных направлениях – эти свойства называются изотропными (isotropy). В то время как большинство биологических материалов анизотропные. Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 467 | Нарушение авторских прав |