Напружений і деформований стани твердих тіл

1.

Курс “Управління структурою і
властивостями напівпровідникових
матеріалів і приладів”

2. Механічні властивості твердих тіл

Напружений і деформований стани
твердих тіл
Механічні властивості твердого тіла відображають
його реакцію на вплив зовнішніх факторів.
Крім механічних існують теплові, магнітні,
електричні, оптичні та інші властивості твердих
тіл.
У найпростішому випадку такими зовнішніми
факторами є механічні впливи: стиск, розтяг,
згин, удар, кручення.

3. Механічні властивості твердих тіл

Напружений і деформований
стани твердих тіл
Механічні властивості
визначають сили зв'язку,
діючі між атомами або молекулами,
складовими твердого тіла.

4. Механічні властивості твердих тіл

Сучасна наука і техніка безперервно
пред'являють
підвищені
вимоги
до
механічних властивостей твердих тіл.
Наприклад, широке використання металів
у всіх галузях народного господарства
пов'язано з тим, що вони мають цілий
комплекс механічних властивостей:
висока міцність, твердість і пружність
поєднуються з хорошою пластичністю і
в'язкістю.

5. Механічні властивості твердих тіл

Сьогодні отримані металеві сплави, які
можуть працювати:
в умовах глибокого холоду,
при дуже високих температурах,
володіючи при цьому хорошими
характеристиками міцності, що слабо
змінюються на протязі тривалого часу.

6. Механічні властивості твердих тіл

Рівень досягнень у галузі отримання
твердих матеріалів з покращеними
властивостями зараз високий.
Однак ці досягнення були б неможливі
без науково обґрунтованого підходу до
проблеми
покращення
механічних
властивостей.

7. Механічні властивості твердих тіл

Можливості
для
покращення
механічних
властивостей з'явилися з розвитком фізичних методів
дослідження твердих тіл і насамперед структурних:
рентгенівського,
електронографічного,
нейтроно-графічного,
електронно-мікроскопічного тощо.
Висновок: більшість властивостей твердих
тіл залежать від особливостей їх атомної
структури.

8. Механічні властивості твердих тіл

Великим кроком у розвитку фізичної теорії
міцності твердих тіл є теорія недосконалостей
і, в першу чергу, теорія дислокацій.
Виявилося, що механічна міцність твердих тіл
залежить, в основному, від дислокацій.
І що невеликі порушення в розташуванні атомів
кристалічної решітки приводять до різкої зміни
такої структурно чутливої властивості, як опір
пластичної деформації.

9. Механічні властивості твердих тіл

Незважаючи на успіхи
в галузі теорії та практики дослідження
і зміни механічних властивостей
в потрібному напрямку,
в цій області
ще багато належить зробити.

10. Механічні властивості твердих тіл

Механічні напруження
Якщо тіло знаходиться під дією зовнішніх сил, то в
кожній його точці виникають механічні напруження. У
цьому випадку говорять, що тіло знаходиться в
напруженому стані.
Якщо в такому тілі виділити якийсь елемент об'єму, то на
нього діють два типи сил:
об'ємні сили (наприклад, сила тяжіння), що діють на
всі елементи тіла; їх значення пропорційні об’єму
елемента;
поверхневі сили, що діють на поверхню елемента зі
сторони оточуючих його частин тіла. Ці сили
пропорційні площі поверхні елемента. Таку силу,
віднесену
до
одиниці
площі,
називають
напруженням.

11. Механічні напруження

Наприклад, при осьовому розтязі ізотропного
циліндричного стержня (рис. 1) в умовах
статичної рівноваги зовнішня сила F
врівноважується внутрішньою силою опору ʃ dS,
де напруження, нормальне до площини перетину,
а S - площа поперечного перерізу стержня.
Отже F= ʃ dS
Якщо напруження розподілені по перерізу
стержня рівномірно, то
F= ʃ dS = S, звідси:
=F/S
(1)
Підставивши в формулу F =1 Н, S = 1 м2,
отримаємо:
1 одиниця напруження = 1 Н / м2=1 Па, тобто
напруження виражається в тих же одиницях, що і
тиск.
Рис. 1. До
визначення поняття
механічне напруження

12. Істинні та умовні напруження

Однак, слід відрізняти істинні напруження від
умовних.
Істинні напруження визначають, відносячи
силу, прикладену до зразка, до фактичного
значення площі перерізу, що змінюється при
напруженнях, здатних викликати достатню
деформацію.
Наприклад, при розтягу зразка в результаті
великих деформацій поступово утворюється
«шийка», як це показано на рис. 2.
Рис. 2. Утворення
«шийки» при розтягу
відносячициліндричного
зразка
Умовні напруження визначають,
силу до площі первісного перерізу зразка, у
всьому інтервалі деформацій, аж до
руйнування зразка.

13.

Дякую за увагу!