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压缩负载造成了圆筒的形变。

机械工程学里,形变定义为由于外作用而造成的形状改变,这外力可能是拉力推力剪力、弯力或扭力等。形变时常是用应变来描述。

如右图可见,压缩负载造成了圆筒的形变,原本的形状(虚线)已经改变(形变),圆筒的侧面凸出。圆筒虽然没有裂开或败坏,但其强度并不足以在负载下保持形状不变,因此侧面凸涨出来。

形变可能是暂时性的,就像放松的弹簧会回到原来的长度;形变也可能是永久性的,当物体不可逆地弯曲时便为永久形变。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。

种类变形

根据不同的材质、大小和施加的外力,可能会对其物体造成尺寸型态的变化。

塑性变形

在拉伸应力下的塑性变形,其特征在于应变硬化区和颈缩区域,最后破裂。过程中,应变硬化材料通过原子位错移动变得更强。颈缩阶段是表示,由试样的横截面面积减少。达到强度极限后,开始缩口。颈缩过程中,该材料可以不再承受最大应力和试样中的应变急剧增大。 这种类型变形是不可逆的。然而,在塑性变形范围内的对象将首先发生弹性变形,这是可逆的,因此该对象将返回到原来的形状的一部分的方式。软的热塑性塑料有一个相当大的塑​性变形范围韧性金属,如黄金钢铁,但不是铸铁。硬热固性塑料,橡胶水晶陶瓷具有最小的塑性变形范围。

金属疲劳

金属疲劳,尤其是在飞机出现故障的一个重要原因,如德哈维兰彗星事故的过程中得到很好的了解。有两种方法来确定何时一部分是金属疲劳的危险;预测会发生故障时,由于材料/力/形状/迭代组合,并取代脆弱的材料,在此之前发生,或者进行检查,以检测微观裂缝和进行更换,一旦他们发生。材料不是在产品寿命的金属疲劳可能遭受的选择是最好的解决方案,但并不总是可能的。通过减少应力集中,避免带尖角的形状限制了金属疲劳,但并不能消除它。

弹性变形

物体受外力变形,如果在弹性限度以内,则外力去除后,就会恢复原状。 这种类型的变形是可逆的。一旦力不再作用,该对象将返回到原始的形状。形状记忆金属(如镍钛诺、橡胶)表现出大的弹性变形范围内。 然而,在这些材料是非线性的弹性。普通的金属,陶瓷和大多数晶体为线性的弹性和一个较小的弹性范围内。

胡克定律是一个物理原理指出的力量F需要扩展或压缩弹簧一段距离,x是距离成正比,k是一个常数,F/x。即, F = kx

线性弹性变形可参考胡克定律


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