固体变形

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简介

物体或固体形状是物体占据的空间的几何描述，由其外部边界表示。由于物理力的作用，固体的形状发生变化，这种现象称为固体变形。

在某些外力作用下，物体发生变形，例如扭曲、拉伸、断裂、压缩和挤压。在物理学中，物体或固体的变形过程可以用两个术语来描述：应变和应力。

应变和应力之间的关系可以写成以下形式

应力 = 弹性模量 × 应变

什么是变形？

• 导致物体尺寸和形状发生变化的物理应力称为变形。使物体弯曲、拉伸、断裂、压缩和拉开的物理力包括重力和重量。
• 物理力对物体的影响完全取决于它们的物理组成（Cui 等人，2017）。
• 因此，如果发现砖墙出现了裂缝，则可以认为墙体受到了某种程度的应力和应变。两种常见的变形类型是断层和褶皱。还存在几种类型的岩石或固体变形，如韧性变形、弹性变形和脆性变形。

固体变形：解释

如果固体材料的形状、长度或体积由于外力、机械力甚至物理化学力的作用而发生变化，则这种现象被认为是固体变形（Xu 等人，2017）。固体材料的形状由固体占据的空间的几何描述决定，并被认为是其外部边界。

图 1：金属的变形

固体材料中主要发生三种类型的变形，即弹性变形、脆性变形和韧性变形。

• 弹性变形是当从固体材料中去除外力时消失的暂时变形（Zhao 等人，2020）。
• 塑性或脆性变形是不可逆的永久变形，即使在从固体中去除力后仍然存在。
• 由于韧性变形，固体物体的形状或体积永久地发生变化。

固体的弹性和塑性变形

存在多种类型的变形，其中弹性变形和塑性变形是主要的变形。塑性变形也被称为脆性或永久变形（Gcekjr，2020）。这种塑性变形基本上是不可逆的，并且是即使在从物体或固体材料中去除施加的力后仍然存在的一种变形类型。弹性变形被认为是暂时变形，并且也是可逆的。这种类型的固体变形在施加的力从物体或固体中去除后消失（Xu 等人，2017）。如果物体受到外力作用，则该材料将经历弹性变形，然后是塑性或脆性变形。

应力和应变

应力是定义外压强度的物理量，是变形的主要原因。另一方面，应变处理的是变形程度的测量。应变和应力之间的关系可以表述为：

应力 = 弹性模量 × 应变（Ren 等人，2017）。

弹性模量被确定为应变和应力之间的比率，并描述了每单位变形施加的特定压力量。

图 2：应力和应变：曲线

存在几种类型的应力，例如剪切应力、体积应力、拉伸应力和压缩应力。应变处理的是固体材料（例如其几何形状、体积或长度）中发生的相对变化的解释，并被认为是无量纲数。

结论

固体变形是指在施加机械力、物理力或物理化学力后，固体材料的形状、体积、长度和其他性质发生变化。在物理学中，固体变形过程由两个术语定义，即应力和应变（Xu 等人，2017）。

几种类型的固体变形包括：弹性或暂时变形；塑性或脆性变形被确定为永久变形；另一种是韧性变形，其中固体材料的形状或体积永久地发生变化。弹性和塑性变形本质上是不可逆的。

常见问题

Q1. 你所说的金属变形是什么意思？

如果金属物体在受到一定的物理力作用后改变了其形状、尺寸或体积，则将其确定为金属变形。这种变形可能是由外力、机械作用甚至物理化学过程引起的。

Q2. 什么是长度变形？

长度变形的模量称为杨氏模量。它表示应力和应变图的弹性区域排列的直线的斜率。它通常处理测量材料被拉伸了多少。

Q3. 什么是恢复力和变形力？

如果对固体材料施加外力，它将导致其实际形状、位置或尺寸发生变化。这种现象表示长度、形状或体积的变化，这种变化发生在施加变形力后物体中。通过去除变形力逐渐恢复固体材料形状的力被称为恢复力。

Q4. 应力和应变曲线的用途是什么？

应力是物体经历的单位面积上的变形力。应变是物体实际值的单位变化量。应力和应变曲线处理的是当主要对材料施加外部压力时材料的行为，以及其体积、形状或长度的变化。

参考文献

期刊

Cui，Y.，Chan，D. 和 Nouri，A.（2017）。固体变形和孔隙压力耦合用于不排水变形——离散元方法。岩土力学数值与分析方法国际期刊，41（18），1943-1961。检索自：www.researchgate.net

Ren，Y. M.，Lin，X.，Fu，X.，Tan，H.，Chen，J. 和 Huang，W. D.（2017）。高功率激光固体成形 Ti-6Al-4V 合金的微观结构和变形行为。材料学报，132，82-95。检索自：www.researchgate.net

Xu，Q.，Jensen，K. E.，Boltyanskiy，R.，Sarfati，R.，Style，R. W. 和 Dufresne，E. R.（2017）。应变相关固体表面应力的直接测量。自然通讯，8（1），1-6。检索自：www.nature.com

Zhao，Y. 和 Borja，R. I.（2020）。各向异性弹塑性多孔介质中耦合固体变形-流体流动的连续介质框架。应用力学与工程计算方法，369，113225。检索自：www.sciencedirect.com

网站

Gcekjr（2020）。关于材料的变形行为。检索自：www.gcekjr.ac.in [检索日期：2022 年 6 月 17 日]