ДЕФОРМА́ЦИЯ

ДЕФОРМА́ЦИЯ твёр­дых тел (от лат. de­for­matio – обез­об­ра­жи­ва­ние, ис­ка­же­ние), из­ме­не­ние от­но­си­тель­но­го по­ло­же­ния час­тиц те­ла, ко­то­рое при­во­дит к ис­ка­же­нию фор­мы и раз­ме­ров и вы­зы­ва­ет из­ме­не­ние сил взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду час­ти­ца­ми, т. е. по­яв­ле­ние на­пря­же­ний (см. На­пря­же­ние ме­ха­ни­че­ское). Д. твёр­до­го те­ла мо­жет яв­лять­ся ре­зуль­та­том дей­ст­вия внеш­них ме­ха­нич. сил, а так­же след­ст­ви­ем фа­зо­вых пре­вра­ще­ний, свя­зан­ных с из­ме­не­ни­ем объ­ё­ма, те­п­ло­во­го рас­ши­ре­ния, на­маг­ни­чи­ва­ния (маг­ни­то­ст­рик­ци­он­ный эф­фект), по­яв­ле­ния элек­трич. за­ря­да (пье­зо­элек­трич. эф­фект). Про­стые ти­пы Д. тел: рас­тя­же­ние (сжа­тие), сдвиг, из­гиб, кру­че­ние. Как пра­ви­ло, на­блю­дае­мая Д. яв­ля­ет­ся ком­би­на­ци­ей не­сколь­ких ти­пов Д. од­но­вре­мен­но. В ко­неч­ном ито­ге Д. мож­но све­сти к 2 про­стым ти­пам: рас­тя­же­нию (сжа­тию) и сдви­гу. Д. те­ла од­но­знач­но оп­ре­де­ля­ет­ся, ес­ли из­вес­тен век­тор пе­ре­ме­ще­ния ка­ж­дой его точ­ки. Д. твёр­дых тел, обу­слов­лен­ная их струк­тур­ны­ми осо­бен­но­стя­ми, изу­ча­ет­ся фи­зи­кой твёр­до­го те­ла, а дви­же­ния и на­пря­же­ния в де­фор­ми­руе­мых твёр­дых те­лах – тео­ри­ей уп­ру­го­сти и пла­стич­но­сти.

Д. на­зы­ва­ет­ся уп­ру­гой (об­ра­ти­мой), ес­ли она ис­че­за­ет по­сле сня­тия вы­звав­шей её на­груз­ки, и пла­сти­че­ской (не­об­ра­ти­мой), ес­ли по­сле сня­тия на­груз­ки она пол­но­стью не ис­че­за­ет. Раз­ли­ча­ют так­же вяз­ко­уп­ру­гую Д., для ко­то­рой ти­пич­на яв­ная за­ви­си­мость от про­цес­са на­гру­же­ния во вре­ме­ни, при­чём при сня­тии на­груз­ки Д. са­мо­про­из­воль­но стре­мит­ся к ну­лю (см. Вяз­ко­уп­ру­гость). Уп­ру­гая Д. мо­жет быть ли­ней­ной, ес­ли она под­чи­ня­ет­ся за­ко­ну Гу­ка (см. Гу­ка за­кон), и не­ли­ней­ной, ес­ли за­ви­си­мость ме­жду уп­ру­гой Д. и воз­ни­каю­щи­ми на­пря­же­ния­ми не­ли­ней­на. При цик­лич. при­ло­же­нии и сня­тии на­груз­ки воз­ни­ка­ет не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость ме­ж­ду на­пря­же­ния­ми и Д. (уп­ру­гий гис­те­ре­зис).

В кри­стал­лах уп­ру­гая Д. про­яв­ля­ет­ся в из­ме­не­нии рас­стоя­ний ме­ж­ду уз­ла­ми и ис­ка­же­нии кри­стал­лич. ре­шёт­ки без из­ме­не­ния по­ряд­ка рас­по­ло­же­ния ато­мов; пер­во­на­чаль­ная кон­фи­гу­ра­ция вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся по­сле сня­тия на­груз­ки (см. Уп­ру­гость).

Пла­стич. Д. в кри­стал­лич. те­лах осу­ще­ст­в­ля­ет­ся дви­же­ни­ем то­чеч­ных, ли­ней­ных и объ­ём­ных де­фек­тов кри­стал­лов (дис­ло­ка­ций, ва­кан­сий, дис­кли­на­ций и др.). В аморф­ных те­лах ана­ло­гом дви­же­ния де­фек­тов в кри­стал­лич. те­лах яв­ля­ют­ся пе­ре­ме­ще­ния кла­стер­но­го сво­бод­но­го объ­ё­ма. Ме­ха­низ­мы пла­стич. Д. свя­за­ны с пре­иму­ще­ст­вен­ным ти­пом дви­жу­щих­ся де­фек­тов, об­ра­зо­ва­ни­ем де­фект­ных суб­струк­тур и пре­вра­ще­ния­ми, про­ис­хо­дя­щи­ми в суб­струк­ту­рах (см. Пла­стич­ность кри­стал­лов). Пла­стич. Д., как пра­ви­ло, со­про­во­ж­да­ет­ся яв­ле­ни­ем де­фор­ма­ци­он­но­го уп­роч­не­ния, ко­то­рое при­во­дит к рос­ту со­про­тив­ле­ния де­фор­ми­ро­ва­нию с воз­рас­та­ни­ем пла­сти­че­ской де­фор­ма­ции.

В по­ли­ме­рах Д. оп­ре­де­ля­ет­ся из­ме­не­ни­ем кон­фор­ма­ции длин­ных по­ли­мер­ных це­пей. На­ли­чие даль­них взаи­мо­дей­ст­вий обу­слов­ли­ва­ет вре­меннýю про­тя­жён­ность в раз­ви­тии Д. Для по­ли­ме­ров наи­бо­лее ти­пич­на вяз­ко­уп­ру­гая Д. В эла­сто­ме­рах уп­ру­гая Д. мо­жет дос­ти­гать сот­ни про­цен­тов (см. Вы­со­ко­эла­сти­че­ское со­стоя­ние).

Все ре­аль­ные твёр­дые те­ла при Д. об­ла­да­ют пла­стич­ны­ми свой­ст­ва­ми. При не­ко­то­рых ус­ло­ви­ях пла­стич­ны­ми свой­ст­ва­ми тел мож­но пре­неб­речь, как это и де­ла­ет­ся в тео­рии уп­ру­го­сти. Твёр­дое те­ло с дос­та­точ­ной точ­но­стью мож­но счи­тать уп­ру­гим, т. е. не об­на­ру­жи­ваю­щим за­мет­ных пла­стич. Д., по­ка на­груз­ка не пре­вы­сит не­ко­то­ро­го пре­де­ла.

При не­из­мен­ной при­ло­жен­ной к те­лу на­груз­ке Д. ме­ня­ет­ся со вре­ме­нем; это яв­ле­ние на­зы­ва­ет­ся пол­зу­че­стью. С рос­том тем­пе­ра­ту­ры ско­рость пол­зу­че­сти уве­ли­чи­ва­ет­ся. Ча­ст­ным слу­ча­ем пол­зу­че­сти яв­ля­ют­ся про­цесс са­мо­про­из­воль­но­го умень­ше­ния внутр. на­пря­же­ний с те­че­ни­ем вре­ме­ни при не­из­мен­ной Д. и по­сле­дей­ст­вие уп­ру­гое (про­цесс са­мо­про­из­воль­но­го рос­та Д. с те­че­ни­ем вре­ме­ни при по­сто­ян­ном на­пря­же­нии).

Про­стей­ши­ми эле­мен­тар­ны­ми Д. яв­ля­ют­ся: от­но­си­тель­ное уд­ли­не­ние не­ко­то­ро­го эле­мен­та $\varepsilon=(l-l_0)/l_0$, где $l$ – дли­на эле­мен­та по­сле Д., $l_0$ – пер­во­на­чаль­ная дли­на это­го эле­мен­та, и сдвиг – изме­не­ние уг­ла ме­ж­ду эле­мен­та­ми, ис­хо­дя­щи­ми из од­ной точ­ки и вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми до Д. В об­щем, трёх­мер­ном слу­чае Д. оп­ре­де­ля­ет­ся сим­мет­рич­ным тен­зо­ром вто­ро­го по­ряд­ка с ше­стью не­за­ви­си­мы­ми ком­по­нен­та­ми. Ком­по­нен­ты $\varepsilon_{ii}=\frac{\partial u_i}{\partial x_i}$ ($i=1,2,3$; $u_i$ – про­ек­ция век­то­ра пе­ре­ме­ще­ния на ко­ор­ди­нат­ную ось $x_i$) пред­став­ля­ют со­бой де­фор­ма­ции, па­рал­лель­ные оси $x_i$ (рас­тя­же­ние вдоль оси $x_i$ при по­ло­жи­тель­ных $\varepsilon_{ii}$ или сжа­тие при от­ри­ца­тель­ных $\varepsilon_{ii}$). Ком­по­нен­ты $\varepsilon_{ik}={1\over 2}\left(\frac{\partial u_i}{\partial x_k}+\frac{\partial u_k}{\partial x_i} \right)$, где $i,k=1,2,3$; $i \neq k$, пред­став­ля­ют со­бой из­ме­не­ние, ко­то­рое пре­тер­пе­ва­ет при Д. угол, сто­ро­ны ко­то­ро­го бы­ли пер­во­на­чаль­но па­рал­лель­ны осям $x_i$ и $x_k$ (т. е. Д. сдви­га).

Д. оп­ре­де­ля­ет­ся че­рез пе­ре­ме­ще­ния, из­ме­рен­ные в про­цес­се ис­пы­та­ния об­раз­цов ма­те­риа­лов с це­лью оп­ре­де­ле­ния их ме­ха­нич. свойств, ли­бо при про­ве­де­нии на­тур­ных ис­сле­до­ва­ний кон­ст­рук­ций и со­ору­же­ний или на мо­де­лях для по­лу­че­ния ин­фор­ма­ции о ве­ли­чи­нах на­пря­же­ний. Уп­ру­гие Д. стро­ит. кон­ст­рук­ций весь­ма ма­лы, и их из­ме­ре­ние тре­бу­ет вы­со­кой точ­но­сти. Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный ме­тод ис­сле­до­вания де­фор­ма­ции – с по­мо­щью тен­зомет­ров. Кро­ме то­го, при­ме­ня­ют­ся тен­зо­дат­чи­ки со­про­тив­ле­ния, по­ля­ри­за­ци­он­но-­оп­тич. ме­тод ис­сле­до­ва­ния на­пря­же­ния, рент­ге­нов­ский струк­тур­ный ана­лиз. Для по­лу­че­ния ин­фор­ма­ции о ме­ст­ных пла­стич. Д. при­ме­ня­ют на­кат­ку на по­верх­ность об­раз­ца сет­ки, по­кры­тие по­верх­но­сти рас­трес­ки­ваю­щим­ся ла­ком и т. п.