Напряжение и деформация

12 Апреля в 9:44 10399 0


Для того чтобы представить себе наглядно напряжение и деформацию, следует рассмотреть натяжение стержня, изготовленного из конкретного материала. Предположим, что на стержень будет действовать сила растяжения, или растягивающая нагрузка. Под воздействием этой нагрузки стержень растянется.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.7.1.jpg

Рис. 1.7.1. Образец материала в виде стержня растягивается в направлении продольной оси

 

Понятно, что если нагрузка будет слишком высокой, то стержень может разрушиться (то есть, разорваться или деформироваться). Нагрузка, при которой произойдет разрушение стержня, является мерой прочности стержня, однако не любого, а того, который имеет определенный размер и изготовлен из конкретного материала. Нагрузка, воздействие которой стержень может выдержать без разрушения, возрастет при увеличении диаметра стержня, и понизится при уменьшении его диаметра.

 

Длина, на которую вытянется стержень к моменту разрушения, зависит от начальной длины стержня: чем длиннее стержень до начала испытания, тем больше он вытянется. Таким образом, сила и удлинение не являются идеальными способами оценки механических свойств материала. Для того, чтобы преодолеть зависимость результата испытания от размеров испытываемого стержня, были введены такие характеристические параметры, как напряжение s, и деформация е, и им даются следующие определения: Напряжение — это сила, действующая на единицу площади поперечного сечения материала. Деформация — это изменение размера единицы длины, вызванное приложением силы.

 

Таким образом, если мы будем растягивать стержень, то есть, приложим к нему силу F вдоль его длины, то напряжение а может быть описано формулой:

 

о = F/A,

 

где А — площадь поперечного сечения стержня. Единицами измерения напряжения являются ньютоны на кв. метр = Н/м2 = Паскаль = Па.

 

В то же самое время, при воздействии на стержень силы F, длина стержня изменится от исходной длины до длины растянутого стержня. Возникшую в результате этого деформацию (относительную) можно описать формулой:

 

е = (L, - L0)/L0

 

Этот параметр будет безразмерным, поскольку при его подсчете длину делят на длину.

 

Существует возможность практически для любого материала измерить растяжение стержня под действием сил разной величины, и построить кривую зависимости относительной деформации от напряжения. Имея такую информацию, можно предсказать величину растяжения в зависимости от приложенной силы (нагрузки) для стержней любой длины и с любой площадью поперечного сечения. Более того, можно сравнить реакцию разных материалов на приложение одинаковых по величине растягивающих нагрузок.

 

Напряжение и деформация не являются свойствами материала, но они позволяют определить ряд механических свойств, которые без этих характеристических параметров невозможно было бы оценить. На выше приведенном примере напряжение возникло под воздействием продольной нагрузки (то есть, нагрузки, действующей вдоль длины стержня), однако на практике направление действия нагрузки может быть любым, и в большинстве случаев на объект будет воздействовать не одна, а несколько разных по величине нагрузок. Эти нагрузки вызывают возникновение сложных напряжений в образце.

 

Существует три принципиально разных типа напряжений: напряжения растяжения, сжатия и сдвига. Эти типы напряжений схематически изображены на Рис.1.7.2.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.7.2.jpg

Рис. 1.7.2. Три основные вида напряжений: (а) растяжения; (Ь) сжатия; (с) сдвига

 

Клиническое значение

 

Нагрузка на восстановленный зуб передается через пломбу, что приводит к появлению в восстановительном материале напряжений и деформаций. Если величины этих напряжений и деформаций превышают предельные значения, которые может выдержать данный материал, то в результате может произойти его разрушение.

 

Определения некоторых механических свойств

 

Типичная кривая напряжение — деформация для металла, подобного латуни (сплаву меди с цинком), представлена на Рис. 1.7.3. Эта кривая может быть использована для оценки некоторых свойств материала.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.7.3.jpg

Рис. 1.7.3. Кривая напряжение-деформация для пластичного (ковкого) металла (о - предел прочности при растяжении; о - прочность при разрушении; от - предел текучести; а - предел пропорциональности)

 

 

Предел упругости и пластическая деформация

 

Важнейшей особенностью механического поведения материалов является соотношение между напряжением и деформацией. Из Рис. 1.7.3 следует, что у латуни прямолинейная зависимость между напряжением и деформацией не сохраняется на протяжении всей кривой.

 

Участок кривой, где зависимость между напряжением и деформацией является линейной, известна под названием области линейной упругости. В этой об ласти наблюдается упругая деформация. При снятии напряжения в этой области, материал возвращается к своей первоначальной форме.

 

Место, где кривая начала отклоняться от линей ной, является точкой, в которой материал перешел через свой предел упругости, и при снятии напряжения останется деформированным, то есть не сохранит свою исходную форму. Это явление называется пластической деформацией, а область на графике — областью пластической деформации.


Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ