变形和流动

变形和流,在物理,变更在物体的形状或大小的影响下机械部队。流是一个变形的变化,只要仍在继续力应用。

下面是一个简单的治疗变形和流动。完整的治疗,看到力学。

日常物质通常分为固体液体或气体,在正常情况下,气体和液体流量相对自由和固体变形时受到的力量。最初大多数固体变形有弹性地;也就是说,他们回到原来的形状,当负载。刚性材料,如金属、混凝土或岩石维持而发生小变形,但如果足够大部队应用,材料不能维持他们单靠弹性变形。然后会发生什么取决于材料的内部结构。作为更大的和更大的力量应用于脆弱的物质,如一块岩石或混凝土,将达到一个点的内部结构可以不再维持应用负载仅靠弹性变形。于是,标本很突然骨折。这种行为是脆性材料的特点:从一个过渡积分标本一个破碎的发生几乎瞬间,在很少或没有预警。

塑性材料,如低碳钢或铝、弹性变形初始阶段后,同样关键的标本的弹性deformability-is达到极限。然而,在这种情况下,材料,而不是压裂,适应本身的应用部队重新排列它的内部结构。结果是塑性变形,这将继续应用只要部队。流动的物质给人的印象在应用负载的情况下,这个流是塑料,因为,如果删除负载,标本保留它的变形。最终,塑性流动将结束:变形最终往往集中在一个领域,这将打破。

这种能力负荷下延性材料的塑性流动是其效用的基础工程。因此,塑性流动的理解是至关重要的技术,特别是在生产大量的对象在各种复杂的形状。塑性流动也试图理解的一个重要因素运动岩石和流动条件下的高温度和压力,让他们像韧性材料。这些过程塑造了地球表面,虽然时间尺度(数百万年)非常不同于普通工程师感兴趣。

简单的分类材料的固体、液体或气体现在可以,相关的亚微观结构与力学性能的基础上,扩展到更复杂的结构类型,如下:

气体随机移动的分子,不互相吸引,谁的速度是依赖于气体温度,好像他们是弹性碰撞球体的体积可以忽略不计。这些假设的基础气体分子运动论预测,压强和体积的乘积除以绝对温度是一个常数。大多数气体符合很好,这种关系在一个非常广泛的条件。

液体分子联系,但能够在彼此毫不费力地滑动。没有剪切应力可以存在于这样一个“完美的液体。”(剪应力涉及能源消散,相邻飞机的分子在另一个幻灯片,在卡球员的行动蔓延在桌上一堆卡片。)水,最常见液体所有的属性非常接近的理想流体。

粘性液体由分子,如理想流体,彼此接触,但彼此施加力量这液体中的剪切运动抵制。这些内部剪切力产生液体的特征行为如糖蜜、重油或熔融的塑料。这运动特点,称为剪切流,是一个energy-dissipative过程。相比较而言,粘度甘油(粘性流体)在室温下15风度(粘度的单位),而0.01对水和1.8×10⁻⁴为空气。(看到流体力学)。

线性弹性固体有分子设想被锁在一起,象春天的弹性力。对于小变形,变形的函数的图形应用负载是一条直线。这种类型的形变储能过程,是一个例证压缩的春天。(看到弹性;胡克定律)。下更大的变形,弹性固体展览脆性(内部弹性力量分解)延性(某些内部机制允许剪切位移发生在原子结构)。材料的晶体结构,这些剪切位移通常与晶格中的缺陷。这些缺陷被称为混乱,他们给一个晶体结构保持塑料变形不破裂的能力。在材料科学一项研究的作用,塑性流动的混乱构成一个主要的研究活动。

粘弹性固体有分子的载荷变形关系是时间。如果一个负载突然应用这种材料然后保持不变,由此产生的变形并不是立即实现。相反,固体逐渐变形,达到了其稳态变形后相当一段时间。这种行为被称为蠕变。相反,固定的突然应用变形产生初始应力,这种材料可以非常大;这些压力然后慢慢放松到稳态值作为材料适应应用的变形。这样一个过程被称为应力松弛试验。这种行为过于复杂的物理原因解释为任何简单的分子模型。这种行为的特点是玻璃、橡胶、塑料,和一些金属。

塑料固体的材料,如铅,弹性行为的程度分钟或者是不存在的。在这种材料,任何变形诱导是永久的。

上述类别涵盖大多数工程和天然材料的行为,尽管它可能有时很难给定物质在任何一个类别。另外,材料分配一个类别在室温和另一个在更高的温度。时间尺度也相关材料的分类。例如,岩石,这可能是有效的特征作为正常的弹性固体工程目的,必须重新归类为粘弹性固体地质研究的时间尺度可能是数百万年。

最后,有越来越多的非常奇怪,合成物质表现出非凡的属性不符合任何上述类别。