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物体形状或体积的变化叫形变课件

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目录

形变的概念及分类

弹性形变

塑性形变

形变对物体性能的影响

形变的测量方法

防止形变的方法及应用

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形变的概念及分类

形变是指物体受到外力作用后，其形状或体积发生改变的现象。这种改变可以是微小的，也可以是显著的。

物体形状或体积的变化

根据形变后物体能否恢复原状，可将形变分为弹性形变和塑性形变。弹性形变是指物体受到外力作用后，产生变形，但当外力去除后，物体能够恢复原状的现象；塑性形变是指物体受到外力作用后，产生变形，当外力去除后，物体不能恢复原状的现象。

弹性形变与塑性形变

按时间分类

根据形变发生的时间，可将形变分为可逆形变和不可逆形变。可逆形变是指在外力作用下产生的形变，当外力去除后，形变可以完全恢复；不可逆形变是指在外力作用下产生的形变，当外力去除后，形变不能完全恢复。

按空间分类

根据形变的空间特征，可将形变分为拉伸形变、压缩形变、剪切形变和弯曲形变等。拉伸形变是指物体受到拉力作用后产生的伸长变形；压缩形变是指物体受到压力作用后产生的缩短变形；剪切形变是指物体受到剪切力作用后产生的切面变形；弯曲形变是指物体受到弯矩作用后产生的弯曲变形。

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弹性形变

物体在外力作用下发生的形状或体积的变化称为弹性形变。当外力撤消后，物体能够恢复到原来的形状和体积，这种形变称为弹性形变。

弹性形变定义

塑性形变是指物体在外力作用下发生的形状或体积的变化，一旦外力撤消，物体将无法恢复到原来的形状和体积。

弹性形变与塑性形变区别

弹性形变的计算需要使用应变能密度函数，该函数描述了物体内部应力和应变之间的关系。

应变能密度函数

应变能积分

弹性常数

通过计算应变能密度函数对应变能的积分，可以得到物体发生弹性形变时的总能量变化。

弹性常数是描述材料弹性的重要参数，不同的材料具有不同的弹性常数。

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弹簧是一种常见的弹性元件，在外力作用下可以发生拉伸或压缩形变，撤消外力后可以恢复到原来的形状。

弹簧的拉伸和压缩

弦在张力作用下可以发生振动，这种振动会引起弦的形变，但当外力撤消后，弦会恢复到原来的形状。

弦的振动

03

塑性形变

塑性形变

物体在外力作用下发生的形状或体积的改变。

应变能

用于衡量塑性形变程度，计算公式为：$\sigma=\frac{F}{A}$

F

作用在物体上的外力

A

物体的受力面积

应变速率

描述塑性形变速度，计算公式为：$\dot{\varepsilon}=\frac{\DeltaL}{L}$

ΔL

物体在受力作用下的长度变化

L

物体的原始长度

材料拉伸或压缩时产生的形变

金属加工中的冲压、锻造等工艺中发生的形变

土壤在承受超过其承受限值的外力作用下发生的形变

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形变对物体性能的影响

物体在受到拉伸力作用时，形状会发生变化，产生拉伸形变。

拉伸形变

物体在受到压力作用时，形状会发生变化，产生压缩形变。

压缩形变

物体在受到剪切力作用时，形状会发生变化，产生剪切形变。

剪切形变

物体发生形变后，若撤去外力，物体能够恢复原状的形变称为弹性形变。物体能够承受的最大弹性形变称为弹性极限。

物体发生形变后，若撤去外力，物体不能恢复原状的形变称为塑性变形。塑性变形会降低物体的强度和硬度。

塑性变形

弹性极限

弹性功能

一些物体在发生弹性形变后能够产生弹性功能，例如弹簧、橡胶等，可以用于储存能量或减缓冲击。

塑性功能

一些物体在发生塑性形变后能够产生塑性功能，例如金属材料可以用于制造各种机械零件。

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形变的测量方法

直接测量法是指直接用测量工具对物体进行测量，以获取物体形状或体积的变化数据。

定义

直接测量法具有简单、直观的优点，可以获得较为准确的测量结果。

优点

在物理学、工程学、材料科学等领域，直接测量法被广泛应用于形变的测量和研究中。

应用

优点

间接测量法可以避免直接接触物体，减少对物体的干扰和破坏。

定义

间接测量法是指通过测量与物体形变相关的物理量（如力、位移等），从而推算出物体形状或体积的变化。

应用

在某些情况下，如测量细小或易碎物体的形变，间接测量法更为适用。

定义

01

光学测量法是指利用光学原理（如激光干涉、显微镜等），通过对物体表面或内部微观结构的变化进行观察和测量，以获取物体形状或体积的变化数据。

优点

02

光学测量法具有高精度、高分辨率的优点，可以实现对物体微观结构的高精度测量。

应用

03

在材料科学、生物学、医学等领域，光学测量法被广泛应用于形变的测量和研究。

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防止形变的方法及应用

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选择具有高弹性模量的材料，如高强度合金、复合材料等，可以增加材料抵抗变形的能力。

采用高弹性模量的材料

通过改变材料内部结构，如纤维增强、纳米增强等，可以提高材料的弹性模量，从而减少形变。

增强材料结构

对材料表