Строительные материалы и изделия стр.13

Любую деформацию, независимо от того, происходит она при растяжении, сжатии, изгибе или кручении, можно разложить на две составляющие: изменение объема и изменение формы. При всестороннем равномерном сжатии или растяжении все материалы ведут себя одинаково — как упругие тела. Следовательно, по характеру деформации объема тела неразличимы. Изменение же формы в зависимости от нагрузки определяется тремя фундаментальными свойствами, присущими всем без исключения материалам: упругостью, пластичностью и вязкостью.

Каждое из этих свойств в отдельности описывают законом поведения некоторого идеального тела, эквивалентом которого может служить механическая модель.

Деформация формоизменения — это деформация сдвига у, которая равна отношению смещения двух точек элемента вдоль оси л: к расстоянию между ними по оси у: у=Х/ Y= tg|3 (рис. 2.9, а).

Закон упругости Гука. Закон упругости Гука — это закон прямой пропорциональности между напряжением и деформацией, характерный для идеально упругого тела, моделью которого является спиральная пружина (рис. 2.9, б, в): х = (Ту; G= tga, где С — модуль упругости при сдвиге, равный тангенсу угла наклона графика зависимости х = /(у). Модуль упругости зависит только от свойств данного материала и является одной из его характеристик.

Закон пластичности Сен-Венана —Кулона. Деформация идеально пластичного тела отсутствует (у = 0) при напряжениях сдвига меньше предела текучести (х < х_т). При достижении предела текучести (х = х_т) возникает течение материала с той или иной скоростью у/7, где / — время. Скорость деформации у/ / реальных тел при х = const зависит от их вязкости. Моделью идеально пластич-

Рис. 2.9. Деформация сдвига (а), модель идеально упругого тела Гука (б) и зависимость напряжения в теле Гука от деформации сдвига (в)

Рис. 2.9. Деформация сдвига (а), модель идеально упругого тела Гука (б) и зависимость напряжения в теле Гука от деформации сдвига (в)

ного тела является элемент трения (рис. 2.10, а). Пока сила, сдвигающая предмет, не превысит силу трения х_т, движения не происходит (рис. 2.10, б). Предел текучести является характеристикой пластичности материала.

Закон вязкости Ньютона. Представим жидкость, находящуюся в зазоре толщиной К между двумя пластинами равной площади А (рис. 2.11, а). Пусть верхняя пластина под действием силы /^дви-жется в направлении оси л: со скоростью и. В результате трения пластина увлекает за собой жидкость, которая течет ламинарно (послойно), причем слои жидкости движутся с разной скоростью и(у), зависящей от координаты у. Между слоями действуют силы трения, которые тем больше, чем сильнее различаются скорости слоев. Это различие скоростей характеризуют отношением и/ Y.

Согласно закону Ньютона в случае идеальной (ньютоновской) жидкости напряжение трения между слоями (или равное ему напряжение сдвига х - F/А) прямо пропорционально и/ Y: х = т|и/ Y. Поскольку и - X/г, то: и/ Y~ Х/t/ Y= у/Г. Таким образом, напряжение сдвига прямо пропорционально скорости сдвиговой деформации: х = цу/1.

Коэффициент пропорциональности г| называется динамическим коэффициентом, вязкости. Он зависит только от свойств жидкости и ее температуры. Из закона Ньютона следует, что единицей измерения г| в системе СИ является паскаль-секунда (Па • с). В системе СГС за единицу вязкости принят пуаз (П) (1 Па • с = = 10 Г1). Вязкость воды при 20,5 °С равна 1 сП (1 сП = 0,01 П). Для воздуха г] ~ 0,02 сП.