Деформация

Сжатие и растяжение

Деформация растяжения связана с относительным либо абсолютным удлинением тела. В качестве примера можно привести однородный стержень, который закреплен с одного конца. При приложении вдоль оси силы, действующей в противоположном направлении, наблюдается растягивание стержня.

Сила же, прикладываемая по направлению к закрепленному концу стержня, приводит к сжатию тела. В процессе сжатия либо растяжения происходит изменение площади сечения тела.

Деформация растяжения – это изменения состояния объекта, сопровождающиеся смещением его слоев. Данный вид можно проанализировать на модели твердого тела, состоящего из параллельных пластин, которые между собой соединены пружинками. За счет горизонтальной силы осуществляется сдвиг пластин на какой-то угол, объем тела при этом не меняется. В случае упругих деформаций между силой, приложенной к телу, и углом сдвига выявлена прямо пропорциональная зависимость.

Основные понятия

Под изгибом детали понимают естественное или искусственное изменение формы. Этот процесс разделяется на две категории – плоский или косой. В первом случае ось детали сохраняет своё первоначальное положение, во втором происходит её изменение в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Основным теоретическим положением, определяющим физические процессы, протекающие в результате изгиба, является закон Гука. Согласно ему величина деформации (изгиба), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Для каждого из видов деформации разработан индивидуальный расчёт действующих характеристик.

Оценка степени влияния действующих факторов на деформацию осуществляется с помощью следующих показателей:

• площади поверхности подверженной деформации;
• длины детали;
• силы, воздействующие на конструкцию;
• модуль упругости (его абсолютный показатель);
• величина и характер изменения модуля длины в результате упругой деформации.

Одним из важных параметров считается потенциальная энергия деформации при изгибе. На основании этих параметров производят определение модуля Юнга. С его помощью рассчитывают скорость распространения продольной волны. Величина механического напряжения, при которой деформация тела всё ещё будет упругой, а сам объект способен восстановить первоначальную форму после снятия нагрузки, называется пределом упругости. При превышении допустимого значения этого параметра тело начнёт разрушаться. Этот предел называется прочностью. При оценке прочностных показателей применяют следующие предположения:

1. О постоянстве нормальных напряжений. Она определяет постоянство расстояний при возникновении напряжений изгиба.
2. Плоскости сечений. Оно называется гипотезой Бернулли. Сечения детали в спокойном положении находятся в плоском состоянии. После деформации они сохраняют первоначальную форму, но разворачиваются относительно некоторой линии. Она называется нейтральной осью.
3. Отсутствие давлений на боковые поверхности. Считается, что соседние волокна не оказывают давления друг на друга.

Перечисленные гипотезы позволяют оценить деформации сдвига и характер изгиба каждого слоя исследуемой детали. Это происходит в результате воздействия различных сил. Нагрузки вызывают деформацию изгиба в различных плоскостях. Они подразделяются на две категории:

• характеру воздействия (статические или динамические);
• степени воздействия (массовые или объёмные);
• поверхности (сосредоточенные, воздействуют на отдельные элементы поверхности и распределёнными – на всю поверхность).

К статическим относятся нагрузки, у которых место приложения и направления сил не меняется или изменяются медленно в течение определённого промежутка времени. К таким нагрузкам относится сила тяжести. В этом случае можно принять утверждение, что элементы физического объекта находятся в состоянии равновесия. У динамических нагрузок эти параметры меняются достаточно быстро или носят импульсивный характер. К ним относятся ударные нагрузки при забивании свай, обработке металла ковкой, воздействие неровностей дороги на колесо.

При сосредоточенной статической нагрузке на отдельный участок поверхности бруса происходит его деформация в сторону по направлению сил взаимодействия. Для расчёта параметров характеризующих основные показатели состояния деформированного тела применяют дифференциальные уравнения, которые позволяют выявить существующие функциональные связи. По деформации изгиба с помощью модуля Юнга можно вычислить прочность исследуемого элемента конструкции (балки, бруса, подвесной опоры и т. д.). На основании полученных областей решения можно построить графическое изображение силы упругости, которое наглядно показывает, что происходит с различными участками деформированной детали. Для каждой детали в зависимости от её геометрических размеров, материала изготовления и величины приложенных сил выведена своя формула.

Для наглядности восприятия характера протекающих процессов использует метод нанесения эпюр на поверхность объекта. Эта операция называется топология. Основной идеей является проецирование линий нагрузки на соответствующую плоскость (горизонтальную, фронтальную или профильную). В современных методах топологии применяют фрактальную геометрию.

Последствия профессиональной деформации

Последствия профессиональных изменений бывают различными: одни могут быть полезны для работника, другие же, наоборот, оказывают негативное влияние на черты характера и личностные качества человека.

Польза. В некоторых случаях деформация действительно может быть полезной. Например, медицинский работник, оказавшись поблизости с местом происшествия, знает как оказать пострадавшему экстренную помощь. Руководитель предприятия (фирмы, холдинга и пр.) способен квалифицированно подойти к организации какого-либо семейного торжества. Однако, следует помнить о разграничении работы и повседневно жизни и проявлять профессиональные качества только в случае необходимости и на короткий срок.

Среди негативных последствий деформации можно отметить следующие:

• Управленческая эрозия. Под воздействием деформирующих изменений деятельность руководителя становится неэффективной, а сам он превращается в тирана.
• Чувство административной значимости. Работник, получив даже самую мало-мальскую должность, начинает мнить себя большим начальником и смотреть на окружающих свысока.
• Снижение уровня адаптивности. Человек уверен, что знает о своей профессии практически всё и прекращает поиски чего-либо нового, неизвестного.
• Эмоциональное выгорание. Работа полностью поглощает человека, разрушая его защитный психологический барьер. В результате чего работник сгорает и не теряет смысл жизни.
• Ухудшение отношений с окружающими людьми — шаблоны рабочих взаимоотношений переносятся на повседневную жизнь.

Во избежание таких последствий деформации, необходимо постараться вовремя заметить её признаки и приступить к их устранению.

Профессиональная деформация личности сопровождается конфликтами, состоянием постоянного напряжения, кризисами, психологическим дискомфортом. Результативное и своевременное разрешение возникших профессиональных трудностей позволит каждому из вас и в дальнейшем развиваться как в профессиональном, так и в личностном плане. Помимо этого, не допустив проявления деформации, вы сможете избавиться от профессионального выгорания на рабочем месте.

Что представляет собой профессиональная деформация

Понятие профессиональной деформации личности впервые использовал социолог Питирим Сорокин еще в прошлом веке

Он обратил внимание на это явление, изучая труд учителей. С этого и началось изучение изменений, провоцируемых долгим сроком работы на одном месте

Профессиональная деформация – что это? Это перенос профессиональных навыков в обычную жизнь. В ходе ее развития происходит существенное изменение личностных качеств, развивающихся в результате продолжительного выполнения стереотипных трудовых обязанностей. Затрагиваются особенности восприятия и поведения и даже ценностные ориентиры человека.

Основные причины развития

Профессиональные деформации имеют ряд причин. Ключевой среди них является продолжительная стагнация (остановка роста). Она наступает, когда человек достигает определенных высот в трудовой деятельности и прекращает движение вперед к чему-то новому. Может развиться на любой работе, сопровождающейся повторяющимися действиями. Даже самые престижные должности не спасают от наступления стагнации. Поэтому профессиональная деформация личности руководителя – это не редкость.

Почему образуются деформации и напряжения

Деформации при сварке появляются из-за вызванных разными факторами внутренних напряжений. Причины таких нарушений условно разделяют на две большие категории: основные (неизбежные), которые всегда присутствуют при сварочных работах и сопутствующие, которые подлежат устранению.

Причины неизбежные

Группу основных составляют следующие причины возникновения напряжений и деформаций при сварке:
структурные видоизменения, провоцирующие развитие сжимающих и растягивающих напряжений. Довольно часто при охлаждении изделий, выполненных из высокоуглеродистых и легированных стальных сплавов при нарушается зернистая структура металлов и размеры самих деталей.

В результате меняется первоначальный объем металла, что собственно и поднимает внутреннее напряжение;

• неравномерный прогрев. В процессе сварки нагревается только задействованный участок металла, при этом он расширяется и оказывает влияние на менее нагретые слои. Образующаяся вследствие прерывистого прогрева высокая концентрация напряжений в сварных соединениях в основном зависит от показателей линейного расширения, степени теплопроводности и температурного режима. Чем выше эти показатели, тем меньшей является теплопроводность металла и соответственно возрастают риски неточностей сварочном шве;
• литейная усадка, когда объем металла заметно уменьшается из-за его кристаллизации. Объясняется это тем, что в расплавленном металле под влиянием усадки образуется сварочное напряжение, которое может быть одновременно поперечным и продольным.

Не только внешние силовые воздействия способны спровоцировать напряжение при сварке. Металлическим сплавам характерны также свои собственные напряжения и деформации, которые разделяются на остаточные и временные. Первые возникают вследствие пластичной деформации и даже после охлаждения конструкции они в ней остаются. Когда появляются временные сварочные деформации? Непосредственно в процессе сваривания в прочно зафиксированном изделии.

Сопутствующие причины

Кроме основных существуют также побочные причины возникновения деформаций при сварке. К таковым относят:

• отклонение от технологических нормативов, например, использование не подходящих для конкретного случая электродов, нарушение режимов сварки, недостаточная подготовка изделия к сварочному процессу и другие;
• несоответствие конструктивных решений: частое пересечение между собой сварных соединений или недостаточное расстояние между ними, неточно подобранный тип шва и т. д.;
• отсутствие опыта и соответственных знаний у сварщика.

Что из перечисленного вызывает концентрацию напряжений в сварных соединениях? Любое неправильное действие приводит к технологическим дефектам шва, в частности к появлению трещин, пузырей, непроваров и других браков.

Измерение деформации

При проектировании и эксплуатации различных механизмов, технических объектов, зданий, мостов и других инженерных сооружений очень важно знать величину деформации материалов. Так как упругие деформации имеют маленькую величину, то измерения должны проводиться с очень высокой точностью

Для этого используют приборы, называемые тензометрами

Так как упругие деформации имеют маленькую величину, то измерения должны проводиться с очень высокой точностью. Для этого используют приборы, называемые тензометрами.

Тензометр состоит из тензометрического датчика и индикаторов. В него также может быть включено регистрирующее устройство.

В зависимости от принципа действия тензометры бывают оптические, пневматические, акустические, электрические и рентгеновские.

В основу оптических тензометров положено измерение деформации нити из оптоволокна, приклеенной к объекту исследования. Пневматические тензометры фиксируют изменение давления при деформации. В акустических тензометрах с помощью пьезоэлектрических датчиков проводятся измерения величин, на которые изменяются скорость звука и акустическое затухание при деформации. Электрические тензометры вычисляют деформацию на основе изменений электрического сопротивления. Рентгеновские определяют изменение межатомных расстояний в кристаллической решётке исследуемых металлов.

Вплоть до 80-х годов ХХ века сигналы датчиков регистрировались самописцами на обыкновенной бумажной ленте. Но когда появились компьютеры и начали бурно развиваться современные технологии, стало возможным наблюдать деформации на экранах мониторов и даже подавать управляющие сигналы, позволяющие изменить режим работы тестируемых объектов.

Вперёд >

Аморфные тела

Если связанные атомы образуют беспорядочные нагромождения, получим аморфное тело (именно такова структура полимеров, которые похожи на перепутанные и слипшиеся макароны в миске). К аморфным телам относятся стекло, смола, канифоль, сахарный леденец и др.

Следует иметь в виду, что в ряде случаев одно и то же вещество в зависимости от условий его получения может находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии. Так как аморфные тела могут самопроизвольно переходить в кристаллическое состояние, следует, что кристаллическая форма вещества более устойчива, чем аморфная.

Молекулы кварца: а) кристаллического, б) аморфного.

С точки зрения молекулярного строения аморфные тела следует отнести не к твердым телам — кристаллам, а к жидкостям с очень большой вязкостью.

Все аморфные тела изотропные, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям.

Молекулы аморфных тел движутся так, как движутся молекулы жидкостей, но их подвижность очень мала.

Простейшая элементарная деформация

Простейшей элементарной деформацией (или относительной деформацией) является относительное удлинение некоторого элемента:

ϵ=(l2−l1)l1=Δll1{\displaystyle \epsilon =(l_{2}-l_{1})/l_{1}=\Delta l/l_{1}}

где

• l2{\displaystyle l_{2}} — длина элемента после деформации;
• l1{\displaystyle l_{1}} — исходная длина этого элемента.

На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что ϵ≪1{\displaystyle \epsilon \ll 1}.

Физическая величина, равная модулю разности конечной и изначальной длины (изменения размера) деформированного тела, называется абсолютной деформацией:

ΔL=|L2−L1|{\displaystyle \Delta L=\left|L_{2}-L_{1}\right|}.

Методы противодействия сварочным деформациям и напряжениям

Намного проще предотвратить проблему, нежели ее устранять. Касается это также сварочных работ

Чтобы не столкнуться с устранением брака, а также избежать лишних финансовых затрат следует обратить внимание на некоторые меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями

Сопроводительный и предварительный подогрев

Выполнение таких видов подогрева улучшает качественные характеристики шва и прилегающих к нему участков. Также метод способствует уменьшению остаточного напряжения и пластических деформаций. Применяют подогрев для склонных к возникновению кристаллизационных трещин и закалке сталей.

Наложение швов в обратно ступенчатом порядке

Если длина шва превышает 1000 миллиметров, то следует разбить его на отдельные участки протяжностью 100-150 мм каждый и вести их нужно противоположно к направлению сварки. Применение такого способа позволяет достичь равномерного нагревания металла и существенно понизить деформацию, что нельзя отнести к случаю последовательного наложения.

Проковка швов

Как холодный, так и нагретый металл можно проковывать. Металл от силы удара разжимается в разные стороны, понижая таким образом растягивающее напряжение. Если конструкция создана из склонного к появлению закалочных структур металла, то на таких изделиях проковка не выполняется.

Выравнивание деформаций

Сущность способа состоит в подборе порядка выполнения швов. При этом каждое последующий шов должен создавать противодействующую деформацию предыдущему соединению. Очень актуально это при сваривании двусторонних соединений.

Жесткое крепление деталей

В течение всего процесса сварки обрабатываемые детали необходимо жестко и прочно закреплять в кондукторах. Вынимать можно только после полного охлаждения

Следует обратить внимание, что у такого метода есть один недостаток — повышенные риски появления внутренних напряжений

Термическая обработка

Улучшает механические характеристики шва и расположенных вблизи участков, выравнивает структуру соединения, понижает внутренние напряжения. Термическая обработка состоит из разных операций: отпуск, отжиг (полный или низкотемпературный), нормализация.

Наилучшим способом обработки для сварных изделий считается нормализация, особенно хорошо подходит метод для изделий из низкоуглеродистых сталей.

Деформация тела

Код ОГЭ 1.12. Деформация тела. Упругие и неупругие деформации. Закон упругой деформации (закон Гука).

Деформация – изменение формы или объёма тела под действием внешних сил. Деформация может быть упругая или неупругая.

Упругая деформация – деформация, при которой после прекращения действия силы размеры и форма тела полностью восстанавливаются.

Изменение длины тела Δl = l – l, где l– начальная длина недеформированного тела, l – длина деформированного тела, принято называть величиной деформации.

Величина деформации – это скалярная физическая величина, которая может быть и положительной (тело растягивается), и отрицательной (тело сжимается).

Сила упругости направлена против смещения частей тела при деформации, возникает в деформируемом теле, но приложена к тому объекту, действием которого вызвана деформация.

Закон Гука: Для малых деформаций модуль силы упругости прямо пропорционален величине деформации: F_упр = k |Δl|, где коэффициент пропорциональности k называется жёсткостью.

Единица измерения жёсткости в системе СИ: Н/м. Жёсткость зависит от материала, формы и размеров деформируемого тела.

Внимание! Если тело отсчёта выбранной ИСО расположить у свободного конца деформируемого тела, то при его деформации координата этого конца тела равна величине деформации. Тогда формула закона Гука, записанного для проекции силы упругости, принимает вид: Fупр.x = –kх

Знак «минус» в этом случае указывает на то, что сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частей тела при деформации.

Величины деформаций, для которых справедлив закон Гука, определяются экспериментально для каждого деформируемого тела.

Внимание! Линейная зависимость между модулем силы упругости и удлинением пружины (закон Гука) лежит в основе способа измерения силы с помощью динамометра. При этом модуль измеряемой силы равен силе упругости пружины, которая, в свою очередь, рассчитывается по величине деформации

Для правильного измерения силы, растягивающей пружину динамометра, необходимо, чтобы во время измерения динамометр находился в покое или двигался прямолинейно и равномерно! Только в этом случае модуль измеряемой силы и модуль силы упругости равны друг другу

При этом модуль измеряемой силы равен силе упругости пружины, которая, в свою очередь, рассчитывается по величине деформации. Для правильного измерения силы, растягивающей пружину динамометра, необходимо, чтобы во время измерения динамометр находился в покое или двигался прямолинейно и равномерно! Только в этом случае модуль измеряемой силы и модуль силы упругости равны друг другу.

Частные случаи силы упругости:

1. Сила реакции опоры N: возникает при деформации опоры, приложена к телу, деформирующему опору, и направлена перпендикулярно поверхности опоры.
2. Сила натяжения (нити, сцепки) Т: возникает в нити, приложена к телу, действие которого вызывает деформацию нити, и направлена вдоль нити в сторону, противоположную деформации.

Внимание! При решении задач часто используется физическая модель «невесомая нерастяжимая нить». Если нить невесома, то она не рассматривается в качестве отдельного тела, для неё не пишется уравнение движения

Условие невесомости приводит также к тому, что силы упругости, возникающие в нити и приложенные к двум связанным телам, равны по модулю (исключение могут составлять задачи, в которых нить перекинута через весомый блок). Нерастяжимость нити приводит к тому, что связанные ею тела движутся с одинаковым по модулю ускорением.

Конспект урока «Деформация тела».

Следующая тема: «Всемирное тяготение».

Профессиональная реабилитация

Существует несколько возможных вариантов реабилитации, среди которых можно выделить следующие:

• прохождение тренингов квалификационного и личностного роста;
• повышение уровня аутокомпетентности и социально-психологической компетентности;
• прохождение курсов повышения квалификации и перевод на новую должность;
• диагностика профессиональных изменений личности и разработка индивидуальных схем их исправления;
• изучение способов и приёмов самокоррекции профессиональных изменений и саморегуляции эмоционально-волевых качеств;
• профилактические меры по профессиональной дезадаптации неопытного специалиста;
• разработка альтернативных методов дальнейшего профессионального и личностного роста.

Поперечный изгиб

Поперечный изгиб — деформация, вызванная совместным действием изгибающего момента и поперечной силы.
 

Поперечный изгиб называется чистым изгибом, если равны нулю перерезывающие силы.
 

Поперечный изгиб контролируется четырьмя пальцами 7 по вертикальному ребру поковки.
 

Поперечный изгиб шатуна происходит в плоскости движения под действием массы самого шатуна.
 

Ударный поперечный изгиб отличается от статического характером действия силы. Изучение ударной нагрузки начато сравнительно недавно, хотя этот случай действия сил в практике встречается очень часто. Для испытаний на ударный изгиб по ОСТ служит образец той же формы и размеров, что и при статич. Боек маятника и опоры закруглены, как и при статич. Испытания производятся на особой машине, маятниковом копре, позволяющем определить работу А в кгм, затраченную на излом образца.
 

Поперечный изгиб сторон профиля не должен превышать: 0 5 мм для значений а и ft от 10 до 50 мм; 0 75 мм для значении от 55 до 75 мм; 1 0 мм для значений от 80 до 120 мм.
 

Поперечному изгибу обычно подвергаются элементы конструкций, называемые балками. Балка — это стержень, работающий на изгиб. Здесь силы Рь Р2 и Р3 выступают как активные, а силы Ri и Ra — как реактивные. Поперечный изгиб хорошо иллюстрируем i. На рис. 10.1.2, а и б показана балка прямоугольного сечения в ненагруженном состоянии.
 

Поперечным изгибом называется такой вид деформирования бруса, при котором внешние нагрузки ( сосредоточенные силы, расппеделпнные нагоузки, пары сил) действуют перпендикулярно к его продольной оси. Деформация изгиба заключается в искривлении оси бруса. Брус с прямой осью-работающий на изгиб, называется балкой. В ятом случае ось балки искривляется в плоскости действия сил и является плоской кривой.
 

Рассмотрим поперечный изгиб свободно опертых по четырем кромкам жестких прямоугольных пластин ( рас.
 

Когда поперечный изгиб происходит под действием сосредоточенных сил, эпюра изгибающих моментов имеет точки перелома, в которых не существует производной. Поэтому, строго говоря, уравнение (5.26) справедливо только в пределах участков, лежащих между соседними точками перелома эпюры. При определении упругой линии и в этом случае используется уравнение (5.28), однако аналитическое выражение его решения на каждом из участков стержня различно. Вследствие непрерывности упругой линии поворот сечения ср и прогиб w в конце предыдущего и в начале последующего участков, очевидно, одинаковы. Это позволяет выразить постоянные р0, w0 для последующего участка через постоянные для предыдущего. При этом можно либо совмещать начало отсчета координаты z для каждого участка с началом этого участка, либо сохранять начало отсчета координаты г неизменным для всех участков.
 

Рассмотрим поперечный изгиб несимметричного по толщине трехслойного стержня.
 

На поперечный изгиб испытывают целые трубы или отрезки длиной 2200 мм, пролетом 1000 мм на испытательной машине сосредоточенной нагрузкой рс, расположенной посередине пролета.
 

Совместные прямой поперечный изгиб и растяжение или сжатие стержня, гибкость которого Х Хпр, называются прямым продольно-поперечным изгибом.
 

Рассмотрим сначала поперечный изгиб, а затем продольно-поперечный.
 

Различают прямой поперечный изгиб и прямой чистый изгиб; при прямом поперечном изгибе в поперечных сечениях возникают поперечная сила и изгибающий момент; при прямом чистом изгибе в поперечных сечениях возникает только изгибающий момент.
 

Предотвращение искажений

Задача не допустить развитие профессиональных искажений лежит как на плечах работодателя, так и самого работника.

Начальник, со своей стороны, обязан анализировать свое поведение и отношение к подчиненным

Обращать внимание на продуктивность работников, уметь замечать, наблюдается ли тенденция к её возрастанию или снижению

Мерами по предотвращению деформации может стать расширение или сокращение штата, совместное времяпрепровождение вне работы, мотивирующие программы и системы бонусов.

Поскольку серьезная деформация личности сулит развитие более серьезных психических заболеваний, в первую очередь работник сам должен следить за состоянием своего здоровья.

Предотвратить появление симптомов выгорания может своевременный физический и ментальный отдых и улучшение условий работы своими силами. Если признаки деформации заметны долгое время, может быть поднят вопрос о длительном отпуске или смене работы.