Упругость и эластичность

Механические свойства проявляются как способность материала сопротивляться всем видам внешних механических воздействий.

Механические воздействия характеризуют по направлению, длительностии области действия. По направлению механические воздействия можно рассматривать как линейные (растяжение и сжатие) и угловые (изгиб и кручение).

По длительности их разделяют на статические и динамические воздействия.

По области действия – на объемные и поверхностные воздействия.

Механические свойства определяют изменение формы, размеров и сплошности веществ и материалов при механических воздействиях, а следовательно,и результат практически любого механического воздействия на вещества и материалы, возникающего при их производстве и эксплуатации (использовании).

К основным механическим свойствам веществ и материалов относятся упругость, жесткость, эластичность, пластичность, прочность, хрупкость,вязкость и твердость.

Упругость – свойство материалов самопроизвольно восстанавливать своиформу и объем (твердые вещества) или только объем (жидкости и газы) припрекращении внешних воздействий. Упругость обусловлена взаимодействиеммежду атомами (молекулами) вещества и их тепловым движением.

Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материалов, т.е. его способность сопротивляться упругому изменению формы и размеров при приложении к нему внешних сил. Модуль упругостиЕсвязывает упругую относительную деформацию ε и одноосное напряжение σ соотношением,выражающим закон Гука:

Существует прямая зависимость модуля упругости от вида и энергии химических связей, действующих между атомами и молекулами, данного материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей характеризуется и

большим модулем упругости.

В качестве меры способности материалов или изделии изменять размеры иформу при заданном типе нагрузки используются понятия эластичность и жесткость.

Эластичность – способность материала или изделия претерпевать значительные изменения размеров и формы без разрушения при сравнительно небольшой действующей силе.

Жесткость – способность материала или изделия к меньшему изменениюразмеров и формы при заданном типе нагрузки: чем больше жесткость, темменьше изменения.

Пластичность – способность твердых материалов сохранять измененными форму и объем без микроскопических нарушений сплошности после снятиямеханических нагрузок, которые вызвали эти изменения. Пластическая деформация связана с разрывом некоторых межатомных связей и образованием новых.

Пластичность проявляется в деталях конструкций и сооружений, заготовках при обработке давлением (прокатке, штамповке и др.), в пластах земной коры. Пластичность определяет возможность технологических операций обработки материалов давлением. Учет пластичности позволяет определять запасыпрочности, деформируемости и устойчивости, расширяет возможности создания конструкций минимального веса.

Механическая прочность твердых веществ – свойство сопротивлятьсяразрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формыпри механических воздействиях. Прочность твердых веществ обусловлена, вконечном счете, силами взаимодействия между составляющими их структурными единицами (атомами, ионами и др.)

Хрупкость – свойство твердых веществ разрушаться при механическихвоздействиях без существенных предварительных изменений формы и объема.

Хрупкость материалов следует рассматривать в связи с условиями их использования. Например, достаточно упругий материал – мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного трехосного сжатияведет себя как пластичный материал.

Вязкость (внутреннее трение) – способность материалов сопротивлятьсядействию внешних сил, вызывающему:

– в твердых веществах – распространение уже имеющейся острой трещины(разрушение);

– в жидкостях и газах – течение.

Внутреннее трение в твердых телах, проявляется как способность необ-

ратимо поглощать энергию, полученную телом в результате внешнего воз-

действия, например, превращать в теплоту, сообщаемую механическую энер-

Вязкость жидкостей зависит от химического состава и строения молекул(макромолекул) и возрастает с увеличением молекулярной массы. Воз-

никновение в дисперсных системах или растворах полимеров пространст-

венных структур, образующихся при сцеплении частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение вязкости.

Вязкость газов не зависит от их плотности (давления). Для очень раз-

реженных газов понятие вязкости теряет смысл.

Твердость – свойство материалов оказывать сопротивление в поверхностном слое контактному воздействию (вдавливанию или царапанью). Особенность этого свойства заключается в том, что оно реализуется только в небольшом объеме вещества. Твердость – сложное свойство материала, отражающееодновременно его прочность и пластичность.

Читайте также:  Одноместная палатка самая легкая

При оценке механических свойств материалов их различают по группам,характеризующим условия испытаний:

1 – стандартные механические свойства, определяемые стандартнымииспытаниями стандартных (гладких) образцов вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия;

2 – критерии конструктивной прочности (работоспособности в условияхэксплуатации) материала, определяемые стандартными испытаниями гладкихили с острыми трещинами образцов;

3 – критерии конструкционной прочности изделия в целом, определяемыепри стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях.

Предел прочности (временное сопротивление) σв– величина напряжения, соответствующего наибольшей нагрузке, приводящей к разрушению образца. Значение предела прочности, вообще говоря, зависит от характера и параметров деформации, а также от температуры, давления, наличия химическиагрессивной среды. Однако для практики важно, что существует почти постоянное предельное значение напряжения σв, выше которого образец разрушаетсяпрактически мгновенно.

Величина механических характеристик существенно зависит от таких

внешних и внутренних факторов, как химический состав материала, вид предшествующих воздействий (например, деформация), состояние поверхности,температура, наличие химически агрессивной среды и др. Так, при повышениитемпературы прочностные характеристики сильно снижаются, и предел текучести при температуре плавления стремится к нулю; чем ниже температура плавления сплава, тем при более низких температурах наступает резкое падениепрочности. Понижение температуры обусловливает переход от вязкого разрушения к хрупкому.

Вязкость (или внутреннее трение) – свойство газов, жидкостей и твердых тел, обусловливающее сопротивление относительному перемещению слоев (течению под действием внешних сил). Для твердых тел – это сопротивление развитию остаточных деформаций.

Упругость – способность тел сопротивляться изменению их объема и формы под действием внешних сил, т. е. способность тела восстанавливать свою форму после снятия нагрузки.

Эластичность – способность материала при незначительных усилиях испытывать более или менее значительные упругие обратимые деформации без разрушения его структуры. Различие эластичности и упругости состоит в том, что упругость проявляется мгновенно, а эластичность – во времени.

Прочность – способность тела сопротивляться разрушению.

Наряду с указанными терминами используют также понятия: пластичность – свойство тел необратимо деформироваться под воздействием нагрузки и ползучесть – частный случай пластической деформации под действием постоянной нагрузки.Псевдопластичность— свойство, при котором вязкость жидкости уменьшается при увеличении напряжений сдвига.

Все законы реологии разработаны для идеальных тел.

Известны три основные модели идеальных тел: идеально упругое тело; идеально пластичное тело; идеально вязкая, или ньютоновская, жидкость.

У реальных тел не существует мгновенных деформаций. Установление равновесия между внешними и внутренними силами занимает некоторое, иногда большое, время.

В литературе пользуются термином мгновенные деформации, но это лишь означает, что они занимают весьма малое время. Время является не менее существенным фактором деформации, чем величина напряжения. Исследование кинетики деформации имеет большое значение. Представляет интерес рассмотреть следующие три элемента временной зависимости деформаций: влияние времени действия нагрузки, изменение тела во времени после снятия нагрузки и влияние скоростинагружения.

1. Зависимость деформации от времени действия нагрузки.

Основные виды зависимости деформации от времени действия деформирующей силы можно свести к пяти типам, представленным на фиг. 13. У ньютоновской жидкости деформации представляют собой линейные функции времени. Это положение является прямым следствием закона вязкости Ньютона.

В противоположность ньютоновской жидкости деформация идеально упругого тела (тела Гука) не зависит от времени (кривая 5). Между этими крайними видами зависимости располагаются кривые неньютоновских жидкостей и неидеально пластичных и упругих тел.

У псевдопластичных жидкостей деформация Е является нелинейной функцией времени (кривая 2). В частности, расход жидкости через трубу или капилляр не пропорционален времени. Этим объясняется плохаявоспроизводимость измерений аномальной вязкости.

Читайте также:  Как сделать рельеф в домашних условиях

Упруго-пластичные тела дают кривые 3 или 4. Часть их деформации, связанная с упругим компонентом, не зависит от времени действия деформирующей силы, другая же часть, связанная с вязкостью, является функцией времени. Если вязкость нормальная, то последняя часть деформации пропорциональна времени (кривая 3). При аномальной вязкости зависимость деформации от времени носит более сложный характер (кривая 4).

Однако ни один из реальных пищевых материалов не может быть полностью уподоблен ни одному из указанных идеальных тел.

Чаще всего пищевые материалы соответствуют сложным моделям, представляющим собой комбинацию простых, т. е. являются или упругопластичными, или упруговязкими, или вязкопластичными телами. Причем в зависимости от условий (температуры, влажности, давления, способа и скорости приложения нагрузки) то одни, то другие свойства проявляются в большей или меньшей степени. Поэтому при изучении реологических свойств обязательно должны быть четко указаны условия испытаний, в противном случае полученные результаты будут несопоставимы.

Многие пищевые массы, помимо твердого и жидкого состояний, образуют структуры, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белковыеиуглеводные студни, суспензии разной концентрации (вплоть до паст), эмульсии и пены.

Наличие внутренней структуры придает таким системам определенные механические свойства – упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют ихконсистенцию. Механические свойства зависят от природы входящих веществ и их соотношения, а также от сил взаимодействия между ними.

При изучении структурно-механических свойств пищевых материалов исследуется развитие деформаций во времени. В основном изучают два вида деформации – сжатие (растяжение) и сдвиг. В первом случае напряжение действует перпендикулярно поверхности образца, во втором – по касательной (тангенциально).

Результаты исследования структурно-механических свойств обычно выражают графически в виде кривых кинетики деформации.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Крепостью шерсти называется сопpотивлeниe шерстяных волокон разрывающим усилиям, приложенным к волокну или пучку волокон. Та нагрузка, которая вызывает обрыв волокон, называется разрывной нагрузкой, или абсолютной крепостью шерсти, выражаемой в граммах или килограммах. Если абсолютную крепость отнести к площади поперечного сечения волокна, то это будет относительная крепость шеpсти (в г/мм 2 ).

В связи с крепостью рассматривают тесно связанные с ней свойства упругости, эластичности и пластичности шерсти.

Упругостью шерсти называется сила, с которой она восстанавливает свои первоначальные размеры и форму после прекращения действия на шерсть тех или иных механических воздействий. Под механическими воздействиями понимают не только разрывные, но и растягивающие усилия, силы сжатия, сгибания, устранение извитости. Эластичностью шерсти называется скорость, быстрота, с которой шерсть восстанавливает свою первоначальную форму.

Упругость и эластичность экспертным путем определяются сжатием в руке пучка шерсти. Для этого пучок шерсти плотно сжимают в горсти, а затем, разжав руку, смотрят, на сколько полно восстанавливает шерсть свои первоначальные размеры (упругость) и с какой быстротой (эластичность). Более крепкая шерсть обладает и лучшей упругостью и лучшей эластичностью.

Пластичностью шерсти называется свойство легко изменять и сохранять измененную форму после того, как устранены те воздействия, которые вызвали это изменение формы.

Читайте также:  Маникюр глубокий зеленый

Пластичность увеличивается при увлажнении шерсти, особенно при повышенной температуре и последующем высушивании. На этом основана утюжка одежды, декатировка тканей, завивка шерсти на овчинах во время выделки и др.

Так как шерстяное волокно обладает большой способностью к растягиванию под влиянием механических усилий, то растяжимость (или удлинение) обычно измеряется разницей между разрывной длиной (наибольшей длиной, предшествующей обрыву) и истинной (распрямленной) длиной волокна, которую оно имело перед растягиванием. Если эту разницу в длине вычислить в процентах к истинной длине, то получим так называемое полное удлинение волокна.

Таким образом, растяжимость — это свойство шерстяных волокон, расправленных от извитков, растягиваться (увеличиваться в длине) под действием нагрузки. Длина, на которую волокно при этом увеличилось, и называется удлинением. Удлинение бывает полное, упругое, а также остаточное. Полное удлинение — это удлинение в момент обрыва волокна; упругое удлинение — удлинение, которое исчезает после снятия нагрузки, а остаточное — удлинение, которое остается после снятия нагрузки.

Явления упругих и остаточных удлинений наблюдаются в повседневной практике использования шерстяных изделий. В новых изделиях, пока они не подвергались сильным растяжениям, действуют преимущественно упругие удлинения. После прекращения растяжения упругие удлинения полностью исчезают, и одежда сохраняет свой первоначальный вид. По мере усиления растягивающих усилий, неблагоприятных внешних воздействий (носки) в шерстяных волокнах все больше и больше накапливается остаточных удлинений и в различных местах одежды появляются растянутые участки («мешки» на локтях, коленях).

На крепость шерсти, а равно упругость, эластичность, влияют многие причины. Видовые различия шерсти резко сказываются на крепости волокон Так, если сравнить крепость овечьей курдючной и верблюжьей шерсти одной и той же тонины, то разрывная нагрузка в граммах верблюжьей шерсти будет значительно превосходить абсолютную крепость курдючной шерсти.

На крепость влияние оказывает и гистологическое строение. Сердцевинный слой волокна ввиду рыхлости и пористости не обладает сопротивлением разрыву подобно плотной ткани коркового слоя. Поэтому волокна с сильно развитой сердцевиной (сухой, мертвый волос) имеют меньшую абсолютную крепость, чем той же толщины волокна с менее развитой сердцевиной.

Хотя крепость волокна в сильной степени зависит от его тонины, т. е. по мере увеличения толщины волокон при прочих равных условиях их абсолютная крепость увеличивается, гистологическое строение, и в частности степень развития сердцевинного слоя, является более сильным фактором, влияющим на крепость волокон.

Породные и индивидуальные особенности овец сказываются на крепости, упругости и эластичности шерсти. Например, из различных видов однородной овечьей шерсти наиболее крепкой на разрыв считается цигайская шерсть, характеризующаяся и высокой упругостью и эластичностью. Шерсть кроссбредных овец отличается также хорошей крепостью. Вследствие этого цигайская и кроссбредная шерсть используются не только для трикотажа и ковров, но и для технических изделий, например для производства мокропрессовых сукон в бумагоделательной промышленности.

Возрастные, половые особенности, а также кормление и содержание овец также влияют на крепость волокон шерсти. Два волокна будут иметь разную крепость, если одно из них во время роста или хранения после стрижки подвергалось сильным разрушающим воздействиям. Влага, температура, химические вещества мочи и кала вызывают разрушение шерстяных волокон. Вода при длительном действии способствует выделению азота из шерсти. Плохое кормление ведет к переследам и голодной тонине.

Во время неправильного складского хранения и транспортирования шерсти может произойти сильное понижение ее крепости, растяжимости и упругости, особенно если шерсть была запрессована с повышенной влажностью. К вредному действию последней присоединяется разрушение кератина шерсти от плесневых грибков и бактерий.

Шерсть с резко пониженной крепостью представляет собой сырье низкого качества.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector