Потенциальная энергия деформации при растяжении
Внешние силы в процессе деформации тела производят работу. Часть затраченной на деформацию энергии поглощается телом и накапливается в нем в виде потенциальной энергии, называемой потенциальной энергией деформации. Остальная часть расходуется на необратимые процессы - нагрев тела, изменение его электромагнитных свойств и т. д. Соотношение между этими двумя слагаемыми энергии внешних сил изменяется в процессе нагружения тела.
В пределах упругих деформаций затрата энергии на необратимые процессы весьма незначительна, и поэтому можно считать, что в пределах упругости работа внешних сил полностью переходит в потенциальную энергию деформации. Таким образом, упругое тело является как бы аккумулятором энергии.
За пределами упругости большая часть работы внешних сил затрачивается на необратимые процессы, а при разгрузке выделяется лишь часть энергии, связанная с упругими деформациями тела.
При разгрузке идеально упругого тела накопленная в нем потенциальная энергия полностью расходуется на восстановление его первоначальной формы и размеров, причем эту работу производят внутренние силы. Следовательно, потенциальная энергия деформации равна работе внутренних сил упругости на перемещениях точек их приложения, и поэтому всегда может быть выражена через эти силы. Формула (3.44) дает возможность определить удельную потенциальную энергию деформации в общем случае объемного напряженного состояния. В частном случае линейного растяжения, имеем:
 .
| (4.14) |
Потенциальная энергия деформации U определится из уравнения (4.15) путем интегрирования по объему:
 .
| (4.15) |
Например, в брусе постоянного сечения при действии постоянной по длине силы P, имеем
 .
| (4.16) |
Концентрация напряжений
Вблизи различного рода отверстий, надрезов, выточек и, вообще,(мест резкого изменения поперечных размеров распределение напряжений становится существенно неравномерным, и возникают зоны повышенных напряжений. Например, при одноосном равномерном растяжении напряжениями σ тонкой пластинки шириной Н с небольшим (d<Н/5) круглым отверстием распределение напряжений по поперечному сечению, проходящему через центр отверстия, оказывается существенно неравномерным с пиками напряжений в точках А и В контура отверстия (4.21). Точное решение показывает, что нормальные напряжения в радиальных сечениях на контуре отверстия изменяются по закону σθ=σ(1-2cos2θ) и в точках А и В при θ=π/2 достигают величины σmax=3σ, а при θ=0, т. е. в сечении, параллельном линии действия нагрузки, действуют сжимающие напряжения σθ=σ, равные по величине приложенным к пластинке напряжениям.
исунок 4.21. Концентрация напряжений в пластине с отверстием
Неравномерность распределения напряжений по поперечному сечению имеет место и при центральном растяжении ступенчатого бруса (4.22), причем максимальные напряжения быстро увеличиваются по мере уменьшения радиуса закругления переходной части (галтели). Большие местные напряжения возникают также в зоне контакта деталей (контактные напряжения).
Явление возникновения значительных местных напряжений называется концентрацией напряжений, а причина, вызвавшая концентрацию - концентратором напряжений. Концентрация напряжений характеризуется коэффициентом концентрации α. Величину α также называют теоретическим коэффициентом концентрации. Коэффициентом концентрации α называется отношение действительного напряжения σmax в наиболее напряженной точке к номинальному напряжению σn в той же точке, т. е.
или 
.
Номинальными называются напряжения, вычисленные по формулам сопротивления материалов, не учитывающим явление концентрации напряжений. В тех случаях, когда возникают трудности в вычислении номинальных напряжений в сечении с концентратором напряжений, за номинальные принимают напряжения в неослабленном сечении детали.
В настоящее время методами теории упругости и экспериментальными методами (обычно путем испытания образцов из оптически активного материала в поляризованном свете) определены величины коэффициентов концентрации для многих практически важных случаев. асчетные формулы, таблицы и графики для определения коэффициентов концентрации приводятся в справочной литературе.
На исунок 4.22 представлен характер зависимости коэффициента концентрации от отношения радиуса галтели ρ к диаметру d в случае осевого растяжения ступенчатого бруса.
исунок 4.22. Концентрация напряжений для галтельного соединения
:
- Анализ напряженного состояния при сдвиге
- Напряженное состояние при кручении
- Механические свойства при сжатии
- асчеты на прочность и жесткость при кручении
- асчеты на прочность при поперечном изгибе
- Определение механических свойств материала при растяжении
- Статически неопределимые задачи при кручении
- Потенциальная энергия деформации при кручении
- Потенциальная энергия деформации при чистом сдвиге
- Внутренние силовые факторы при кручении
| <== | | | ==> |
| Пример 4.3 | | | Пример 4.4 |
|
? google: |
© studopedia.com.ua '. |