Нагрузки и деформации материалов и товаров

Воспроизводство товаров является открытой системой. Следовательно, имеют место различные внешние факторы, которые способны оказать определенное действие на материалы и товары во время производства и эксплуатации. Поэтому товароведам необходимо знать суть и возможные формы потенциального внешнего воздействия.

Понятие и классификация нагрузок на материалы и товары

Процесс, в течение которого к материалу прикладывают внешние усилия, называется нагрузкой. Следовательно, процесс, в течение которого указанные внешние усилия удаляются (снимаются) и перестают действовать на материал, называется разгрузкой.

Изучение механических свойств товаров во многом происходит через изучение нагрузки. Данный процесс имеет несколько разновидностей, которые выделены в зависимости от следующих признаков:

1. Площадь приложения - различают распределенные нагрузки, которые состоят из поверхностных нагрузок (прилагаются ко всей поверхности материала, например, аэродинамическая нагрузка на кузов автомобиля) и объемных нагрузок (распределены по всему объёму тела, например, действие силы тяжести), и сосредоточенные нагрузки (прилагаются к весьма малой площадке, практически к одной точке, например, прокол иглой).
2. Характер действия на материалы - различают статические нагрузки (значение прикладываемой силы сохраняется в течение определенного периода времени, например, масса люстры на потолок) и динамические нагрузки (значение прикладываемой силы с течением времени меняется, например, забивание гвоздя молотком).
3. Число циклов воздействия на материалы - различают полуцикловые нагрузки (имеет место однократное, чуть ли не предельное нагружение, которое приводит к разрушению), одноцикловые нагрузки (имеет место длительное нагружение с последующим отдыхом) и многоцикловые нагрузки (имеют место многократные силовые воздействия).

Понятие и разновидности деформации материалов и товаров

В результате действия нагрузок размеры сырьевых материалов и товаров зачастую меняются. Явление подобного изменения принято называть деформацией, которая представляет собой следствие изменения средних расстояний между частицами (молекулами, атомами, ионами) вещества тела. Факторами деформации сырьевых материалов и товаров являются величина и вид нагрузки, внутреннее строение, форма и характер расположения отдельных частиц, силы межмолекулярного и межатомного сцепления.

Составными частями полной деформации сырьевых материалов и товаров являются обратимая и необратимая части. Обратимая деформация заключается в полном восстановлении первоначального состояния и размеров тела практически сразу после разгрузки. Обратимая деформация может быть упругой и эластичной.

Упругой деформации соответствует мгновенное восстановление тела. Она характерна материалам кристаллического и аморфного упорядоченного строения (например, стеклу).

Эластичная деформация требует определенного периода времени, в течение которого материал / товар достигнет равновесного состояния. Указанный период времени называется релаксацией, продолжительность которой определяется материалом, начальным напряжением, температурой воздуха. Данный вид деформации характерен для товаров, которые базируются на высокомолекулярных органических соединениях (полимеров) и материалах (таких как кожа, ткани, каучук и др.).

Необратимая деформация, которая также известна как пластическая деформация, не допускает возвращения тела к исходным размерам после разгрузки. Иными словами, звенья макромолекул смещаются на большие расстояния, и это смещение необратимо.

Доминирующий вид деформации сырьевых материалов предопределяет условное разделение материалов на пластичные и хрупкие. У пластичных материалов наблюдается текучесть, которая выражается в деформации материалов при практически постоянной (не увеличивающейся) нагрузке. Если текучесть отсутствует, то имеет место хрупкость.

Пластичными материалами считаются незакаленные стали, медь, свинец, алюминий, глина. Группу хрупких материалов составляют чугун, закаленная сталь, стекло.

Внешняя сила может быть приложена к материалам и изделиям по различным направлениям. В зависимости от данного параметра выделяют следующие разновидности деформации:

1. Деформация растяжения - это действие на материал продольных сил, что характерно для использования строительных материалов, тканей, кожи, одежды, обуви и др.
2. Деформация сжатия - это действие на материал сил, которые приводят к увеличению поперечных размеров и уменьшению длины образца.
3. Деформация изгиба - это искривление оси или срединной поверхности материала из-за действия внешних факторов, что свойственно используемым стройматериалам, обуви, одежде.
4. Деформация сдвига - это действие двух равных, расположенных в двух близких поперечных сечениях сил в противоположном направлении и расположены в двух близких поперечных сечениях (зачастую предшествует деформации кручения и изгиба).
5. Деформация кручения - это действие моментов (пар сил) в противоположных направлениях, в результате чего взаимным образом поворачиваются поперечные сечения стержня, вала, нити и пр.

Таким образом, товароведам необходимо иметь в виду, что как на сырьевые материалы, так и на готовые товары в процессе работы с ними (т.е. в рамках производства, реализации, хранения, транспортирования, потребления) из внешней среды оказывается определенное воздействие. Оно принимает формы нагрузок и деформаций, которые в зависимости от механических свойств материалов могут сделать товар непригодным для использования по назначению.