形變

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壓縮負載造成了圓筒的形變。

機械工程學裏,形變定義為由於外作用而造成的形狀改變,這外力可能是拉力推力剪力彎力扭力等。形變時常是用應變來描述。

如右圖可見,壓縮負載造成了圓筒的形變,原本的形狀(虛線)已經改變(形變),圓筒的側面凸出。圓筒雖然沒有裂開或敗壞,但其強度並不足以在負載下保持形狀不變,因此側面凸漲出來。

形變可能是暫時性的,就像放鬆的彈簧會回到原來的長度;形變也可能是永久性的,當物體不可逆地彎曲時便為永久形變。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。

種類變形[编辑]

根據不同的材質、大小和施加的外力,可能會對其物體造成尺寸型態的變化。

塑性變形[编辑]

在拉伸應力下的塑性變形,其特徵在於應變硬化區和頸縮區域,最後破裂。過程中,應變硬化材料通過原子位錯移動變得更強。頸縮階段是表示,由試樣的橫截面面積減少。達到強度極限後,開始縮口。頸縮過程中,該材料可以不再承受最大應力和試樣中的應變急劇增大。 這種類型變形是不可逆的。然而,在塑性變形範圍內的對象將首先發生彈性變形,這是可逆的,因此該對象將返回到原來的形狀的一部分的方式。軟的熱塑性塑料有一個相當大的塑​性變形範圍韌性金屬,如黃金鋼鐵,但不是鑄鐵。硬熱固性塑料,橡膠水晶陶瓷具有最小的塑性變形範圍。

金屬疲勞[编辑]

金屬疲勞,尤其是在飛機出現故障的一個重要原因,如德哈維蘭彗星事故的過程中得到很好的了解。有兩種方法來確定何時一部分是金屬疲勞的危險;預測會發生故障時,由於材料/力/形狀/迭代組合,並取代脆弱的材料,在此之前發生,或者進行檢查,以檢測微觀裂縫和進行更換,一旦他們發生。材料不是在產品壽命的金屬疲勞可能遭受的選擇是最好的解決方案,但並不總是可能的。通過減少應力集中,避免帶尖角的形狀限制了金屬疲勞,但並不能消除它。

彈性變形[编辑]

物體受外力變形,如果在彈性限度以內,則外力去除後,就會恢復原狀。 這種類型的變形是可逆的。一旦力不再適用,該對象將返回到原來的形狀。形狀記憶金屬(如鎳鈦諾)表現出大的彈性變形範圍內,橡膠。 然而,在這些材料是非線性的彈性。普通的金屬,陶瓷和大多數晶體為線性的彈性和一個較小的彈性範圍內。

胡克定律是一個物理原理指出的力量F需要擴展或壓縮彈簧一段距離,X是距離成正比,Ķ是一個常數。即, F = KX

線性彈性變形可參考胡克定律