Виды деформации

Деформация - это смещение или нарушение связей между атомами. Она появляется, если на предмет воздействуют сторонние силы: температура, давление, конкретная нагрузка, магнитное или электрическое поле. Основные виды деформации - обратимая и необратимая. Обратимая деформация, в физике называемая упругой деформацией, означает, что нарушение связей между атомами незначительное и структура по целостности не нарушена. Имеющие такое свойство предметы называют упругими. Необратимая деформация в физике называется пластической деформацией и означает серьезное нарушение связей в атомах и, как следствие, целостности структуры. Предметы с такими свойствами называются пластичными.

Нарушение атомной связи - это не всегда плохо. К примеру, демпфирующие (гасящие колебания) детали должны иметь пластичность. Это необходимо для превращения энергии удара в энергию деформирования. Существуют следующие виды деформации твердых тел: изгиб, растяжение/сжатие, кручение и сдвиг. В зависимости от характера действующих сил на твердые тела, могут возникать соответствующие напряжения. Эти напряжения называются по характеру силы. Например, напряжение кручения, напряжения сжатия, напряжение изгиба и т.д. Говоря про деформацию, часто по умолчанию подразумевают деформацию твердых тел, т.к. изменение структуры у них наиболее выражено.

По сути, все виды деформации - это результат влияния напряжения, создаваемого действующей силой. В чистом виде деформация встречается редко. Как правило, итоговая деформация - это результат разнообразных напряжений. В итоге все они приводят к двум основным деформациям - растяжения/сжатия и изгиба.

Физически деформация - это результат, который выражается в количественном и качественном эквиваленте. Количественно данное явление выражается в числовом значении. Качественно - в характере проявления (направлении, критических моментах, таких как разрушение, предельное напряжение...). Возможная деформация предварительно просчитывается в прочностном расчете при проектировке любого устройства или механизма.

Как правило, нагрузки и результат деформации отображаются в виде графиков - эпюр напряжений. Структура такого графика: расчетная схема с приложенными нагрузками, виды напряжений и виды деформации. Распределение нагрузок дает понимание о характере нагруженности работы устройства или элемента, деформации. Результаты деформации - растяжение, сжатие, изгиб, скручивание - измеряются в единицах измерения расстояния (мм, см, м) или угловой мерой (градусы и радианы). Основная задача расчета - определить предельные деформации и напряжения во избежание нарушения работоспособности - разрыва, сдвига, перелома и прочее. Также важен характер напряжения и числовое значение, т.к. существует понятие усталостная деформация.

Усталостная деформация - это процесс изменения формы вследствие долгих нагрузок. Они со временем из некритических напряжений (постоянного незначительного нарушения межатомных связей) перерастают в серьезные последствия. Это понятие называется накопленная усталость и регламентируется таким параметром (из физических свойств материала), как усталостная прочность.

Для того, чтобы учесть влияние, которое оказывают различные виды деформации на функциональность и ресурс, проводят натурные испытания образцов материалов. Из опыта получают все прочностные характеристики для каждого материала, которые потом становятся табличными значениями. В эру компьютерной техники такой анализ проводится на мощных ПК. Но все равно свойства материала можно узнать только из натурных испытаний. Уже закладывая все характеристики и свойства в расчетную модель, прочнист получает графическую модель (иногда в динамике работы) всех напряжений и деформаций.

В машиностроении такой расчет уже заложен в программы по 3D-проектированию. Т.е. проектировщик выполняет 3D-модель всех элементов, каждую из которых сводят в модель узла. Прикладывая нагрузки в отдельном модуле программы, проектировщик получает объемную картину характера напряжений и всех видов деформации.