Види деформацій за фізичними і механічними характеристиками та реологічна поведінка тіл
Деформації за фізичними і механічними характеристиками поділяються на: 1) пружну, 2) пластичну і 3) розривну (крихку).
Пружна деформація. Такою деформацією вважається та, котра зникає при знятті навантаження.
Фізичний зміст подібної деформації наочно розкривається на прикладі деформації кристалічної ґратки монокристалів. Зокрема, пружна деформація відбувається шляхом спотворення (скривлення) кристалічної ґратки та незначного зміщення центрів коливань частинок із місць стійкої рівноваги (рис. 1.2.9, а). Але оскільки кристалічна ґратка володіє певною потенційною енергією, яка мінімальна або дорівнює нулю, коли частинки знаходяться (коливаються) на відзначених місцях рівноваги, і навпаки, то ця енергія зростає, коли відбуваються відзначені спотворення та зміщення. При знятті сили частинки повертаються на свої місця і ґратка (а з нею і весь монокристал) відновлює свою форму.
Пружна деформація відбувається за законом Гука, згідно з яким її величина (видовження чи скорочення) прямо пропорційна напруженню:
s = Е×e,
де Е – постійна для даного матеріалу – коефіцієнт пружності (модуль Юнга, модуль пружності), а e – видовження чи скорочення.
Рис. 1.2.9. Схема різних видів деформації кристалічної ґратки: а – пружної, б – пластичної за допомогою трансляції,
в – пластичної за допомогою двійникування (ДП – двійникові площини)
Таким самим рівнянням визначається зв'язок між дотичними напруженнями (t) і кутом зсуву (g):
1. t =m×g ,
де m – модуль зсуву (коефіцієнт Пуассона).
Обидва відзначені модулі вимірюються в паскалях (Па).
Модулі пружності й зсуву змінюються в широкому діапазоні. Так, наприклад, у зволожених глин він дорівнює 3 МПа, тоді як у кам'яної солі він становить 28 ГПа, а в гранітів та гнейсів досягає 70 ГПа.
| |
Пластична деформація.Пластичноювважається та деформація, котра залишається після зняття навантажень, і яка проходить без суттєвого руйнування матеріалу. Вона здійснюється без помітного зростання напружень, а в ідеальному випадку – взагалі при постійних напруженнях (див рис. 1.2.10).
Така деформація пов'язана зі зсувним переміщенням частинок Вона ініціюється й підтримується, головним чином, максимальними дотичними напруженнями, тобто являє собою певну форму течії твердих тіл. У механіці таку течію називають пластичною.
На рівні кристалічної ґратки пластична деформація здійснюється шляхом переміщення центрів теплових коливань на повну відстань між місцями їх стійкої рівноваги, тобто таким чином, що ці центри знову опиняються в положенні стійкої рівноваги. Подібні переміщення реалізуються за допомогою: 1) трансляції, 2) двійникування кристалічної ґратки та 3) міграції дислокацій (дефектів, крипу) цієї ґратки.
Трансляціяв даному випадку являє собою звичайне ковзання одного шару кристалічної ґратки по поверхні другого (див. рис. 1.2.9, б).
Двійникуванняявляє собою більш складний тип трансляції, здійснення котрої приводить до часткової зміни форми кристалічної ґратки, але узгодженої із законами симетрії (див. рис. 1,2.9, в).
Міграція дислокацій проявляється як спотворення шарів кристалічної ґратки при русі дефектів.
Майже ідеальним матеріалом, який деформується пластично за допомогою відзначених мікромеханізмів, є метали.
У гірських породах, крім розглянутих вище трансляційних механізмів, пластичну деформацію забезпечує цілий ряд інших механізмів, у числі котрих суттєву роль відіграють такі, як: 1) взаємозміщення зерен мінералів за рахунок порушення слабких зв'язків між ними, 2) зміщення частин породи за системою паралельних мікросколів, площинок ковзання, 3) орієнтована перекристалізація породи. Докладніше розгляд цих механізмів та факторів, що їх спричинюють, наведено нижче в розділах, котрі стосуються реологічних механізмів пластичної та в'язкої течії гірських порід.
Розривна (крихка) деформація. Розривною вважається та деформація, при дії котрої відбувається втрата суцільності геологічного тіла, тобто його руйнування. Розрізняють два види руйнування: відрив і сколювання.
Відриввідбувається по площадках, на яких діють максимальні нормальні напруження, у вигляді тріщин відриву. При розтягу–стисненні він орієнтується нормально до розтягальних сил і паралельно стискуючим силам.
Сколюваннявикликається дотичними напруженнями і здійснюється по площадках, в яких діють найбільші дотичні напруження, що орієнтовані під кутом 45° (у реальних, геологічних умовах від 20 до 40°) до осі стиснення або розтягу. Цей тип руйнування реалізується шляхом розвитку тріщин сколювання (сколів).
Спроможність гірських порід до руйнування характеризується міцністю на відрив та сколювання.
В.В.Білоусов поділяє руйнування на крихке та в'язке. Перше відбувається в пружному середовищі, а друге – у в'язкому.
Зв'язок між різними видами деформацій та реологічна поведінка тіл.Усі розглянуті види деформації в геологічних середовищах у часі часто змінюють одна одну, тобто пов'язані взаємопереходами.Зокрема, пластична деформація може змінювати пружну, остання – у деяких випадках пластичну, а крихка – і пружну, і пластичну. Подібні взаємопереходи видів деформацій зумовлюються тривалістю їх прояву; швидкістю зростання або зменшення навантажень; збільшенням або зменшенням напружень, зміною температури та іншими факторами.
Зміну видів деформації на прикладі одновісного розтягання стрижня можна охарактеризувати графіком, наведеним нижче (рис. 1.2.10). Зокрема, перехід пружної деформації в пластичну, а останньої – у крихку фіксується межами (порогами): 1) пружності (пропорційності), 2) текучості, 3) міцності та ін.
Рис. 1.2.10. Графік, який на прикладі одновісного розтягання стрижня у спрощеному вигляді характеризує зміну видів деформації залежно від величини напружень (s, t) та розмірів деформації (e): 1 – межа пружності,
Дата добавления: 2015-04-07; просмотров: 1696;