Большая Советская Энциклопедия (УП) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 21

Упругая деформация

Упру'гая деформа'ция, деформация , которая исчезает при снятии нагрузки. Для этого деформация не должна превосходить некоторого предела, называемого пределом упругости; в противном случаев теле наблюдаются остаточные деформации.

Упругая линия

Упру'гая ли'ния в сопротивлении материалов, условное название кривой, по которой изгибается ось балки (бруса) под действием нагрузки (под осью балки понимается линия, соединяющая центры тяжести её поперечных сечений). Зная уравнение У. л. и используя дифференциальные зависимости теории изгиба , можно для любого сечения балки определить не только величину прогиба , но и угол поворота, изгибающий момент и поперечную силу. Уравнение У. л. находят из т. н. приближённого дифференциального уравнения оси изогнутой балки, для решения которого используют как аналитические, так и графоаналитические способы. Последний особенно удобен, когда достаточно найти прогибы или углы поворота в отдельные точках балки, в этом случае исключается необходимость в получении аналитического выражения для У. л.

  Лит. см. при ст. Сопротивление материалов .

Упругая муфта

Упру'гая му'фта, устройство для соединения по длине двух вращающихся частей машины (обычно валов ), компенсирующее относительное смещение их осей и удары при включении. Упругий элемент У. м. может быть металлическим (например, витая пружина) и неметаллическим (например, резиновое кольцо). См. также Муфта .

Упругие волны

Упру'гие во'лны, упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Например, волны , возникающие в земной коре при землетрясениях, звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях и газах и др. При распространении У. в. происходит перенос энергии упругой деформации в отсутствии потока вещества, который имеет место только в особых случаях, например при акустическом ветре. Всякая гармоническая У. в. характеризуется амплитудой и частотой колебания частиц среды, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны. Особенность У. в. состоит в том, что их фазовая и групповая скорости не зависят от амплитуды и геометрии волны (плоская, сферическая, цилиндрическая волны).

  В жидкостях и газах, которые обладают упругостью объёма, но не обладают упругостью формы, могут распространяться лишь продольные волны разрежения — сжатия, где колебания частиц среды происходят в направлении её распространения. Фазовая скорость равна

, где К — модуль всестороннего сжатия, r — плотность среды. Пример таких У. в. — звуковые волны (см. Звук ).

  В однородной изотропной бесконечно протяжённой твёрдой среде могут распространяться У. в, только двух типов — продольные и сдвиговые. В продольных движение частиц параллельно направлению распространения волны, а деформация представляет собой комбинацию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. В сдвиговых волнах движение частиц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом. Фазовая скорость продольных волн

, сдвиговых —   (G — модуль сдвига). На границе твёрдого полупространства с вакуумом, жидкостью или газом могут распространяться поверхностные Рэлея волны , являющиеся комбинацией неоднородных продольных и сдвиговых волн, амплитуды которых экспоненциально убывают при удалении от границы.

  В ограниченных твёрдых телах (пластина, стержень), представляющих собой твёрдые волноводы акустические , распространяются нормальные волны . Каждая из них является комбинацией нескольких продольных и сдвиговых волн, которые распространяются под острыми углами к оси волновода и удовлетворяют (в совокупности) граничным условиям: отсутствию механических напряжений на поверхности волновода. Число нормальных волн в пластине или стержне определяется их толщиной или диаметром d, частотой нормальных волн f и модулями упругости среды. При увеличении fd число n нормальных волн, возможных в волноводе, возрастает; fd ® ?, n ® ?. Нормальные волны распространяются с дисперсией скоростей (см. Дисперсия звука ): при изменении fd от критических значений до бесконечности фазовые скорости нормальных волн, как правило, уменьшаются от бесконечности до c_t , а групповые скорости возрастают от нуля до c_t . От величины fd сильно зависит также распределение смещений и напряжений в волне по поперечному сечению волновода.

  В бесконечной пластине существуют два типа нормальных волн: волны Лэмба и сдвиговые нормальные волны. Плоская волна Лэмба характеризуется двумя составляющими смещений, одна из которых параллельна направлению распространения волны, другая перпендикулярна граням пластины. По характеру распределения смещений относительно средней плоскости пластины волны Лэмба делятся на симметричные и антисимметричные. Частный случай симметричной волны Лэмба — продольная волна в пластине, а антисимметричной — изгибная волна. В плоской сдвиговой нормальной волне смещения параллельны граням пластины и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны. Простейший вид такой волны — нормальная волна нулевого порядка, в которой смещения одинаковы во всех точках поперечного сечения пластины.

  В цилиндрических стержнях могут распространяться нормальные волны продольного, изгибного и крутильного типа, причём если толщина стержня мала по сравнению с длиной волны, то в нём может распространяться только по одной нормальной волне каждого типа.

  В анизотропных средах (кристаллах) свойства У. в, и возможность её существования зависят от класса кристалла и направления распространения. В частности, чисто продольные и чисто сдвиговые волны могут распространяться только в кристаллах определённых симметрий (см. Симметрия кристаллов ) и по определённым направлениям, как правило, совпадающим с направлением кристаллографичесих осей. В общем случае в кристалле по любому направлению всегда распространяются У. в. с тремя различными скоростями: одна квазипродольная и две квазипоперечные волны, в которых преобладают соответственно продольные или поперечные смещения.

  Из-за внутреннего трения и теплопроводности среды распространение У. в. сопровождается её затуханием с расстоянием (см. Поглощение звука ). Если на пути У. в. имеется какое-либо препятствие (отражающая стенка, вакуумная полость и т.д.), то происходит дифракция волн на этом препятствии. Частный случай дифракции — отражение и преломление У. в. на плоской границе двух полупространств.

  В У в. напряжения пропорциональны деформациям (т. е. удовлетворяется Гука закон ). Если амплитуда деформации в волне столь велика, что напряжение превосходит предел упругости вещества, то при прохождении волны в веществе появляются пластические деформации и её называют упруго-пластической волной . В жидкости и газе аналогичную волну называют волной конечной амплитуды.