Деформация, скорость деформации, относительная деформация

Реология – наука о деформации и течении различных тел.

Деформация – это изменение формы и (или) линейных размеров тела под действием внешних сил, при изменении влажности, температуры и др., при котором частицы или молекулы смещаются одна относительно другой без нарушения сплошности тела. Величина и характер деформации зависят от способа приложения внешних сил, свойств материала тела и его формы. Деформация сопровождается возникновением внутренних сил взаимодействия между частицами тела. В зависимости от вида деформации тела они разделяются на объемные, линейные (нормальные) и сдвиговые. Изменения линейных размеров тела принято выражать в относительных единицах деформации.

Как известно, деформацию делят на два вида:

а) обратимую (упругую), которая исчезает после прекращения действия силы;

б) пластическую (вязкую), которая не исчезает после снятия нагрузки.

При эластической деформации часть механической энергии переходит в тепло.

Необратимая деформация – это вязкое и пластическое течение материала. При вязком течении деформация пропорциональна напряжению по закону Ньютона и после снятия нагрузки не восстанавливается. Пластическая деформация возникает при напряжении, превышающем некоторую предельную величину (предел текучести), до достижения которой материал ведет себя как упругий.

Кроме того, существует и другое деление деформаций. Например, по виду нагружения они могут быть сдвиговыми (рис. а), одноосными (линейными) (рис. б), а так же двухосными (плоскими) и объёмными.

	а) сдвиг		б) растяжение
описание	уравнение	описание	уравнение
Относительная деформация тела при сдвиге, γ;, представляет отношение абсолютной величины сдвигового смешения слоя Δl= l – l1 под действием касательных сил к его толщине h		Относительная деформация тела при нормальном растяжении – сжатии, ε;, представляет отношение абсолютной деформации Δl= l – l1 к первоначальным размерам l тела.

Объемная относительная деформация тела ε_V, определятся по формуле: ε_V = ε;_х + ε;_у + ε;_z, где ε;_х; ε;_у; ε;_z - относительныедеформации тела по осям х, у, z.

Скорость деформации - это изменение деформации во времени.

Если деформации изменяются во времени t (τ) при неустановившемся процессе, то учитывают скорость деформации (градиент скорости); при установившемся процессе деформирования изменение деформации в единицу времени постоянно. Все это описывается понятием «скорость деформации» – [с^–1], при растяжении – сжатии и [с^–1], при сдвиге:

Относительная деформация γ при сдвиге – отношение абсолютной величины сдвигового смещения слоя под действием касательных сил к его толщине.

Относительная деформация ε; при одноосном растяжении-сжатии (свободном или в форме) представляет отношение абсолютного изменения геометрического размера тела (в м) к его первоначальной величине l (в м).

Если деформация при сдвиге под действием конечных сил увеличивается непрерывно и постоянно, то материал начинает течь. Установившийся режим течения характеризуется скоростью деформации (градиентом скорости). При деформации обычно происходит изменение формы или размеров данного тела; однако есть случаи, в которых эти явления не обнаружены, например, при ламинарном потоке в зазоре ротационного вискозиметра.

В реологии различают мгновенную и запаздывающую упругую деформацию. Скорость распространения мгновенной упругой деформации чрезвычайно велика (принимается равной скорости звука в данной среде), поэтому время образования этой деформации без большой ошибки принимается равным нулю. Мгновенная упругая деформация описывается законом Гука. Запаздывающая упругая деформация протекает во времени, причем скорость возрастания этой деформации при постоянном напряжении монотонно убывает. После снятия нагрузки эта деформация исчезает также с монотонно убывающей скоростью. Это явление называется упругим восстановлением.