Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

где / - длина тела до растяжения; /i -длина тела после растяжения. Деформация сдвига определяется величиной относительного сдвига у у равной тангенсу угла сдвига а (фиг. При однородном сдвиге величина у во всех точках одинакова.

Сжатие подобно растяжению измеряется величиной относительного сжатия. Между величиной растяжения и сжатия существует связь. При всяком растяжении имеет место одновременно сжатие в направлении, перпендикулярном к направлению растяжения, и, наоборот, при сжатии происходит растяжение в поперечном направлении. Изменение размеров в направлении, перпендикулярном к растя Кению, измеряется относительным поперечным сжатием:

где d -поперечный размер до деформации; -после деформации.

е и Bq всегда различны по знаку. Отношение = ~ является важной характеристикой механических свойств твердых тел и носит название коэфициента поперечного сжатия или коэфи-циента Пуассона. Величина этого коэфициента не зависит от размеров тел и характеризует свойства составляющего его вещества.

Для полного описания однородных деформаций в одной плоскости (плоской деформации) достаточно знать величины е, у и коэфициент поперечного сжатия. Для характеристики деформации в трех направлениях (объемной деформации) необходимо иметь по три значения каждой из этих величин. Пока деформации других типов достаточно малы, их можно сводить к однородным деформациям и пользоваться этими же величинами, но для исчерпывающего описания более сложных деформаций их количество

2. Типы деформации. Упругие и остаточные деформации.,

Характер деформаций твердых тел, жидкостей и газов различен. Именно это различие и служит внешним признаком, позволяющим различать агрегатные состояния тел. Как известно, газы оказывают весьма малое сопротивление деформации; у твердых тел оно велико, жидкости занимают промежуточное положение, обладая значительным сопротивлением сжатию и растяжению и малым сопротивлением другим видам деформации.

Разнообразные деформации твердых тел могут быть сведены к пяти основным типам: растяжению, сжатию, сдвигу, изгибу и кручению (фиг. 1).

Деформация растяжения характеризуется величиной относительного растяжения

недостаточно. На практике ограничиваются частичным описанием деформации, выбирая показатели применительно к решаемой задаче.

Деформации тел описываются с различной полнотой. Для решения многих задач механики принимается, что твердые тела не деформируются (например, при изучении движения твердых частиц в потоке жидкости). Таким путем возникло понятие об идеально твердом недеформируемом теле.

Следующим приближением к описанию поведения реальных тел является введение предела прочности. Если внешние силы превышают внутренние, твердое тело разрушается. Прочность может оцениваться величиной критического или разрушающего напряжения. При растяжении проволоки

Окрит -

где акрит-критическое напряжение; Gmax-груз, вызывающий разрыв проволоки; Sq -первоначальная площадь сечения.

Определение предела прочности и разрушающих нагрузок имеет большое значение при изучении механических свойств строительных материалов и металлов, но для

оценки вязкости и пластичности нефтепродуктов эти характеристики не имеют большого значения. Исключение составляют битумы и асфальты, для характеристики механических свойств которых эти параметры вошли в технические нормы. В дальнейшем мы будем иметь в виду деформации без разрыва сплошности тел.

При изучении деформаций принимается в первом приближении, что они однородны и сводятся к одному из типов элементарных деформаций. Структура и свойства вещества при этом не учитываются. Такое приближение достаточно для описания малых деформаций многих тел.

Значительные деформации твердых тел, как правило, неоднородны. На фиг. 2 изображен растянутый стержень низкоплавкого церезина, на который перед деформацией была нацарапана правильная квадратная сетка. Относительное удлинение составляет 0,19. На концах стержня деформация отсутствует и почти все удлинение приходится на его среднюю часть. В этой части квадраты сетки совершенно искажены-не только растянуты, но и искривлены. В промежуточной области б сетка немного растянута, но почти не искажена; что позволяет с некоторым приближением считать эту малую деформацию однородной.

Для всех твердых тел при малых напряжениях деформацию можно считать пропорциональной напряжению. Обозначив напря-

Фиг. 2. Растянутый стержень церезина.

жение через а, и относительное удлинение попрежнему через эту зависимость можно записать в виде соотношения

= -н-. (U)

выражающего собой закон Гука.

Тело, деформация которого подчиняется этому закону, носит название Гукова тела. Сопротивление деформации характеризуется постоянной £, называемой модулем упругости или модулем Юнга. Величина Е зависит от свойств материала деформируемого тела и не зависит от его размера. Таким образом, модуль упругости представляет собой константу, характеризующую свойство вещества. Его значение для описания свойств твердых тел аналогично значению вязкости для оценки жидкости. Однако структура твердых тел не вполне постоянна, и величина Е для одних и тех же веществ колеблется в широких пределах. Размерность модуля упругости Е = ML- Т-.

Если в области подчинения закону Гука снять нагрузку с деформируемого тела, то оно точно (или почти точно) примет начальную форму. Свойство тела восстанавливать первоначальную форму при снятии деформирующей нагрузки называется упругостью, и тела, обладающие этим свойством, называются упругими. Величина деформации упругих тел не зависит от направления изменения нагрузки, т. е. от того, осуществляется ли заданная нагрузка постепенным ее увеличением или уменьшением.

Область упругой деформации обычно несколько выше гуков-ской области. Если в гуковской области величина деформации является линейной функцией напряжения, то вне этой области такая зависимость нарушается. По этой причине различают линейную и нелинейную упругость.

Наибольшее напряжение, при котором справедлив закон Гука, называют пределом линейной упругости или пределом пропорциональности, а предел, когда деформация перестает быть обратимой, называют пределом упругости. Последний является важным показателем механических свойств твердого тела.

При напряжениях, более высоких, чем предел упругости, деформация не исчезает после снятия нагрузки. При постоянной нагрузке, превышающей предел упругости, тело медленно деформируется. В этих случаях принято говорить, что тело течет.

Напряжение, обусловливающее начало текучести, называется пределом текучести, а описанная деформация -пластической. Твердые тела, обладающие заметной остаточной деформацией и текучестью, называются пластичными. Деформация многих смазок, застывших масел и некоторых других нефтепродуктов носит именно такой пластический характер.

Хрупкие твердые тела отличаются от пластичных отсутствием текучести. Разрушение тела наступает при напряжении, следующем непосредственно за напряжением, соответствующем пределу упругости.