Механика упругих тел

Содержание

Слайд 2

Деформации Все реальные тела деформируемы. Под действием приложенных сил они меняют

Деформации

Все реальные тела деформируемы. Под действием приложенных сил они меняют свою

форму или объем. Такие изменения называются деформациями.
Слайд 3

Виды деформаций В случае твердых тел различают два предельных случая: деформации

Виды деформаций

В случае твердых тел различают два предельных случая: деформации упругие

и деформации пластические. Упругими называются деформации, исчезающие после прекращения действия приложенных сил. Пластическими или остаточными деформациями называют такие деформации, которые сохраняются в теле, по крайней мере частично, и после прекращения действия внешних приложенных сил. На пластических деформациях основана холодная обработка металлов – штамповка, ковка и пр.
Слайд 4

Предел упругости Если сила не превосходит известной величины, называемой пределом упругости,

Предел упругости

Если сила не превосходит известной величины, называемой пределом упругости, то

деформация будет упругой. Если же она превосходит этот предел, то возникающая деформация будет пластической. Предел упругости имеет различные значения для разных материалов. Он является не вполне четко определенной величиной. Разделение тел на упругие и пластические в какой-то степени условно. В некоторых случаях, например, можно пренебречь остаточными деформациями, если они не превосходят 0,1% от максимальных значений, достигавшихся под действием приложенных сил. В других случаях этот предел должен быть снижен до 0,01% и т.д.
Слайд 5

Идеально упругое тело Тела мы будем считать идеально упругими. Так называются

Идеально упругое тело

Тела мы будем считать идеально упругими. Так называются идеализированные

тела, которые могут претерпевать только упругие, но не пластические деформации. Для идеально упругих тел существует однозначная зависимость между действующими силами и вызываемыми ими деформациями. В случае пластических деформаций такой однозначной связи не существует. Мы ограничимся изучением только малых деформаций. Малыми называются упругие деформации, подчиняющиеся закону Гука. Это – приближенный закон, согласно которому деформации пропорциональны силам, их вызывающим.
Слайд 6

Изотропные и анизотропные тела Твердые тела разделяются на изотропные и анизотропные.

Изотропные и анизотропные тела

Твердые тела разделяются на изотропные и анизотропные. Изотропными

называются тела, свойства которых по всем направлениям одинаковы. Анизотропными называются тела, свойства которых в разных направлениях не одинаковы. Типичными представителями анизотропных тел являются кристаллы.
В данной лекции мы ограничимся простейшим случаем, когда тела являются изотропными. Например, металлы обычно имеют поликристаллическую структуру, т.е. состоят из мельчайших беспорядочно ориентированных кристалликов. Каждый из таких кристалликов есть тело анизотропное. Но кусочек металла, содержащий множество их, ведет себя как изотропное тело, если всевозможные ориентации кристалликов представлены с одинаковой вероятностью.
Слайд 7

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 8

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 9

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 10

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 11

Роберт Гук (Hook) (1635 – 1703) К числу открытий Гука принадлежат:

Роберт Гук (Hook) (1635 – 1703)

К числу открытий Гука принадлежат:
открытие пропорциональности

между упругими растяжениями, сжатиями и изгибами, и производящими их напряжениями (закон Гука),
правильная формулировка закона всемирного тяготения (приоритет Гука оспаривался Ньютоном, но, по-видимому, не в части формулировки; кроме того, Ньютон утверждал о независимом и более раннем открытии этой формулы, которую, однако, до открытия Гуком никому не сообщал),
открытие цветов тонких пленок (то есть, в конечном итоге, явления интерференции света),
идея о волнообразном распространении света (более или менее одновременно с Гюйгенсом), экспериментальное обоснование её открытой Гуком интерференцией света, волновая теория света,
гипотеза о поперечном характере световых волн,
открытия в акустике, например, демонстрация того, что высота звука определяется частотой колебаний,
теоретическое положение о сущности теплоты как движения частиц тела,
открытие постоянства температуры таяния льда и кипения воды,
закон Бойля (каков здесь вклад Гука, Бойля и его ученика Ричарда Таунли (Richard Townley) — не до конца ясно),
живая клетка (с помощью усовершенствованного им микроскопа; Гуку же принадлежит сам термин «клетка» — англ. cell),
непосредственное доказательство вращения Земли вокруг Солнца изменением параллакса звезды γ Дракона
Слайд 12

Томас Юнг (1773 – 1829) В 1807 году в двухтомном труде

Томас Юнг (1773 – 1829)

В 1807 году в двухтомном труде «Курс

лекций по натуральной философии и механическому искусству» Юнг обобщил результаты своих теоретических и экспериментальных работ по физической оптике (термин ввёл Юнг) и изложил свои исследования по деформации сдвига, ввёл числовую характеристику упругости при растяжении и сжатии — так называемый модуль Юнга. Он впервые рассмотрел механическую работу как величину, пропорциональную энергии (сам этот термин ввёл Юнг), под которой понимал величину, пропорциональную массе и квадрату скорости тела.
Слайд 13

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 14

Растяжение и сжатие стержней

Растяжение и сжатие стержней

 

Слайд 15

Всестороннее растяжение и сжатие

Всестороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 16

Всестороннее растяжение и сжатие

Всестороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 17

Всестороннее растяжение и сжатие

Всестороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 18

Всестороннее растяжение и сжатие

Всестороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 19

Всестороннее растяжение и сжатие

Всестороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 20

Одностороннее растяжение и сжатие

Одностороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 21

Одностороннее растяжение и сжатие

Одностороннее растяжение и сжатие

 

Слайд 22

Деформация сдвига Возьмем куб из однородного изотропного вещества. Приложим к его

Деформация сдвига

Возьмем куб из однородного изотропного вещества. Приложим к его противоположным

граням AD и BC равные и противоположно направленные касательные силы. Они образуют пару сил, под действием которых куб начнет вращаться. Для устранения вращения приложим такие же касательные силы к граням AB и CD. Тогда куб не будет вращаться, а будет только деформироваться.
Слайд 23

Деформация сдвига

Деформация сдвига

 

Слайд 24

Деформация сдвига

Деформация сдвига

 

Слайд 25

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 26

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 27

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 28

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 29

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 30

Деформации кручения

Деформации кручения

 

Слайд 31

Деформации изгиба

Деформации изгиба

 

Слайд 32

Деформации изгиба

Деформации изгиба

 

Слайд 33

Деформации изгиба

Деформации изгиба

 

Слайд 34

Деформации изгиба

Деформации изгиба

 

Слайд 35

Распространение продольных упругих возмущений Если в каком-либо месте упругой среды возникла

Распространение продольных упругих возмущений
Если в каком-либо месте упругой среды возникла

деформация, то по прекращении внешних воздействий она не остается на месте, а распространяется в среде во всех направлениях. В таких случаях говорят о распространении в среде упругих возмущений или волн. Примерами могут служить звуковые волны в твердых телах, жидкостях или газах.
Слайд 36

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 37

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 38

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 39

Распространение продольных упругих возмущений Очевидно, ничто не изменится, если вместо шаров

Распространение продольных упругих возмущений

Очевидно, ничто не изменится, если вместо шаров

взять прямолинейный ряд, состоящий из упругих цилиндров, соприкасающихся между собой своими основаниями. Это замечание позволяет легко выполнить предельный переход к сплошной среде.
Слайд 40

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 41

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 42

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 43

Распространение продольных упругих возмущений

Распространение продольных упругих возмущений

 

Слайд 44

Распространение продольных возмущений в неограниченной среде Возмущения в стержне, рассмотренные в

Распространение продольных возмущений в неограниченной среде

Возмущения в стержне, рассмотренные в разделе

(10.7) мы назвали продольными. Это не совсем точно. Каждая деформация сжатия стержня сопровождается увеличением поперечных размеров его. В случае деформации растяжения поперечные размеры стержня сокращаются. Для количественного описания этих явлений был введен коэффициент Пуассона. Следовательно, частицы в стержне движутся не совсем параллельно его оси: наряду с продольной они имеют и поперечную составляющую. Чтобы сделать возмущение чисто продольным, надо лишить частицы стержня возможности перемещаться в поперечных направлениях, т.е. «закрепить» боковую поверхность стержня. Такой случай осуществляется в неограниченной среде при распространении в ней продольных возмущений. Если в такой среде мысленно вырезать произвольный «стержень» с осью, параллельной направлению распространения (которое в случае продольных возмущений параллельно смещениям частиц), то частицы, находящиеся на боковой поверхности его, не будут претерпевать никаких боковых смещений. Все смещения будут происходить только параллельно оси «стержня».
Слайд 45

Распространение продольных возмущений в неограниченной среде

Распространение продольных возмущений в неограниченной среде

 

Слайд 46

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде В неограниченной твердой среде, наряду

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде

В неограниченной твердой среде, наряду с

продольными, могут распространяться также поперечные возмущения. Так называются возмущения, в которых частицы среды смещаются перпендикулярно к направлению распространения возмущения. Скорость распространения поперечных возмущений может быть найдена совершенно так же, как и соответствующая скорость для продольных возмущений. Для этого в среде мысленно вырежем «стержень», ось которого параллельна распространению возмущения, т.е. перпендикулярна к направлениям смещения частиц
Слайд 47

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде

 

Слайд 48

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде

Распространение поперечных возмущений в неограниченной среде

 

Слайд 49

Поперечные возмущения в натянутом шнуре

Поперечные возмущения в натянутом шнуре

 

Слайд 50

Поперечные возмущения в натянутом шнуре

Поперечные возмущения в натянутом шнуре

 

Слайд 51

Поперечные возмущения в натянутом шнуре

Поперечные возмущения в натянутом шнуре