Ελαστική συμπεριφορά

Όταν η σφεντόνα τεντώνεται, παραμορφώνεται λόγω της ασκούμενης δύναμης και όταν σταματήσει η δύναμη που ονομάζεται ελαστικότητα, επιστρέφει στο αρχικό της σχήμα. Δηλαδή, όταν στρεσάρεται, το σώμα αντιστέκεται στις μόνιμες αλλαγές.

Το σώμα επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος όταν αφαιρεθεί η ασκούμενη πίεση. Ας υποθέσουμε ότι έχετε μια λεπτή ράβδο από χάλυβα που μπορεί να λυγίσει. Μην ασκείτε δύναμη εάν λυγίσει λίγο. Η ράβδος δεν επιστρέφει στο αρχικό της σχήμα. Μπορείτε να αναγνωρίσετε διαφορετικές συμπεριφορές ενός υλικού με βάση τις ελαστικές και πλαστικές του ιδιότητες.

Η ικανότητα ενός αντικειμένου να αντέχει μόνιμες αλλαγές υπό φορτίο είναι γνωστή ως ελαστικότητα. Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετική ελαστική συμπεριφορά.

Εφαρμογή ελαστικής συμπεριφοράς υλικών

 Η θεωρία της ελαστικότητας χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό ασφαλών και σταθερών τεχνητών κατασκευών, όπως ουρανοξύστες και γέφυρες, για να κάνουν τη ζωή άνετη. Ο γερανός ανύψωσης χρησιμοποιεί σχοινιά σχεδιασμένα έτσι ώστε τα μέγιστα φορτία φορτίου να μην υπερβαίνουν την τάση θραύσης.

Βρέθηκε επίσης ότι η συσσώρευση λεπτών νημάτων σύρματος, όταν συμπιέζεται, καθιστά το σχοινί ισχυρότερο από ένα συμπαγές σχοινί της ίδιας διατομής. Για το λόγο αυτό, τα σχοινιά γερανού είναι κατασκευασμένα από πολλαπλούς κλώνους και όχι από ένα μόνο σκέλος.

Οι κατασκευές όπως οι γέφυρες και οι ουρανοξύστες που πρέπει να υποστηρίζουν στατικά ή δυναμικά φορτία κατασκευάζονται συνήθως με κολώνες και δοκούς για τη στήριξη τους. Οι δοκοί που χρησιμοποιούνται σε κτίρια και γέφυρες πρέπει να είναι προσεκτικά κατασκευασμένες έτσι ώστε να μην λυγίζουν υπερβολικά ή σπάνε υπό πίεση.

Οι δοκοί και οι κολώνες έχουν σχεδιαστεί για να είναι σταθεροί και ασφαλείς εντός της σχεδιασμένης μέγιστης χωρητικότητας φορτίου.

Ελαστική συμπεριφορά στερεών

Η ακόλουθη παράγραφος περιγράφει την ελαστική συμπεριφορά των στερεών:

Όταν ένα στερεό εκτίθεται σε εξωτερική δύναμη, το αντικείμενο παραμορφώνεται και τα άτομα και τα μόρια που το κάνουν να αποκλίνει από τις αρχικές του θέσεις και να βρίσκεται εκτός ισορροπίας. Η μετατόπιση αλλάζει το σταθερό σημείο, αλλάζοντας τόσο τις διατομικές όσο και τις ενδομοριακές αποστάσεις. Επομένως, η παραμόρφωση μπορεί να ονομαστεί μια αλλαγή στη δομή ενός αντικειμένου λόγω της επίδρασης της δύναμης που ασκεί το αντικείμενο. Η δύναμη που κινεί αυτά τα σωματίδια ονομάζεται δύναμη παραμόρφωσης.

Επειδή γνωρίζουμε ότι όλες οι δυνάμεις έχουν ίσες και αντίθετες δυνάμεις, η δύναμη παραμόρφωσης αντιτίθεται στη δύναμη επαναφοράς που ενεργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, αυτή η δύναμη σπρώχνει το σώμα πίσω στην αρχική του θέση όταν αφαιρεθεί η δύναμη παραμόρφωσης. Το σύστημα ελατηριωτών σφαιρών περιέχει μπάλες που αντιπροσωπεύουν άτομα και ελατήρια που αντιπροσωπεύουν τις δυνάμεις που δρουν μεταξύ τους.

Γραμμική ελαστική συμπεριφορά

Μόνο δύο παράμετροι υλικού, ο συντελεστής του Young (E) και ο αριθμός Poisson (ν) πρέπει να προσδιοριστούν πειραματικά. Το μέτρο ελαστικότητας μπορεί να ληφθεί απευθείας από μια μονοαξονική δοκιμή εφελκυσμού ή συμπίεσης.

Η γραμμική ελαστική συμπεριφορά οραματίζεται την εξιδανίκευση της γραμμικής ελαστικότητας και το πρόβλημα της ρωγμής σε πολύ χαμηλές αντοχές διαρροής. Αυτό απαιτεί να εφαρμόζεται ο νόμος του Hooke χωρίς να περιορίζεται το μέγεθος της τάσης ή της καταπόνησης.

Το πεδίο τάσης-παραμόρφωσης κοντά στο άκρο της ρωγμής καθορίζεται μοναδικά για κάθε λειτουργία από τον παράγοντα έντασης τάσης. Εδώ, η εύρεση αυτού του παράγοντα είναι ο κύριος στόχος, αλλά και άλλα χαρακτηριστικά πεδίου, όπως ανοίγματα ρωγμών, διερευνώνται επίσης κατά καιρούς.

 Ο όρος "μικρή απόδοση" χρησιμοποιείται στην τρέχουσα εργασία με δύο ελαφρώς διαφορετικές έννοιες, ανάλογα με το πώς εξιδανικεύεται η πραγματική περίπτωση της μικρής απόδοσης. Κατά μία έννοια, η διασκορπισμένη περιοχή θεωρείται απείρως μικρή και το μήκος της ρωγμής θεωρείται πεπερασμένο. Κατά μια άλλη έννοια, η περιοχή που διασκορπίζεται θεωρείται πεπερασμένη και το μήκος της ρωγμής θεωρείται άπειρο.

Οι πρώτες εξιδανικεύσεις που χρησιμοποιούνται σε αυτό το κεφάλαιο είναι κατάλληλες για τη διερεύνηση πεδίων ελαστικής τάσης-παραμόρφωσης σε ραγισμένα αντικείμενα. Η τελευταία εξιδανίκευση είναι κατάλληλη για τη διερεύνηση της πλαστικής περιοχής του άκρου της ρωγμής.

Μια σύντομη ανασκόπηση υποδηλώνει την αντίθετη έμφαση. Τα προβλήματα ρωγμής στα οποία μπορούν να επιτεθούν οι αναλυτικές τεχνικές αποτελούν ένα πολύ περιορισμένο υποσύνολο του τεράστιου αριθμού σημαντικών προβλημάτων στη μηχανική, τη γεωφυσική και συναφείς κλάδους.

Ωστόσο, η εμπειρία έχει δείξει ότι οι αριθμητικές μέθοδοι δεν μπορούν να έχουν νόημα χωρίς τη βαθιά γνώση των αναλυτικών μεθόδων και αποτελεσμάτων. Αυτά χρησιμοποιούνται συχνά για τον έλεγχο της ακρίβειας των αριθμητικών μεθόδων. Επιπλέον, οι αναλυτικές τεχνικές συχνά οδηγούν σε καλύτερες γνώσεις για τα γενικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη φαινομένου.

Συμπέρασμα

Όταν εκτίθενται σε εξωτερικές δυνάμεις, όλα τα άκαμπτα σώματα στο σύμπαν αλλάζουν τον φυσικό προσανατολισμό και τη δομή τους. Ένα άκαμπτο σώμα αλλάζει το μήκος, τον όγκο ή το σχήμα του όταν ασκείται μια δύναμη προς τα έξω.

Το σώμα διατηρεί το αρχικό του σχήμα και μέγεθος ακόμα και όταν δεν υπάρχει εξωτερική δύναμη. Επομένως, η ελαστικότητα είναι ένα χαρακτηριστικό του σώματος που επιστρέφει τον καθένα στο αρχικό του σχήμα (ή μέγεθος) όταν αφαιρεθεί η εξωτερική δύναμη. Δείχνει αντίσταση στην αλλαγή. Παράδειγμα:Ένα λαστιχάκι.