موضوع مقاله: تغییر شکل (فیزیک) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تغییر شکل (فیزیک) | مقدمه: طول میله در طی روند تغییر شکل تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند و این نشان می‌دهد که کرنش کم است. | ## بخش 1: تغییر شکل (فیزیک) | در این حالت ویژه از خمش، جابجایی‌های مرتبط با حرکت‌های انتقالی سفت و سخت و چرخش عناصر مواد در میله بسیار بیشتر از جابجایی‌های مرتبط با کرینگ هستند. تغییر شکل در مکانیک محیط‌های پیوسته، تبدیل یک بدنه از یک پیکربندی مرجع به پیکربندی فعلی است. تغییر شکل ممکن است در اثر بارهای خارجی، نیروهای بدنه (مانند نیروهای گرانش یا الکترومغناطیسی) یا تغییر دما، میزان رطوبت، یا واکنش‌های شیمیایی و غیره ایجاد شود. کرنش توصیف تغییر شکل از نظر جابجایی نسبی ذرات در بدنه است که حرکات بدن سفت و محکمی را حذف می‌کند. بسته به اینکه آیا با توجه به پیکربندی اولیه یا نهایی بدن و اینکه آیا تانسور متریک یا دوتایی آن در نظر گرفته شده‌است، ممکن است گزینه‌های معادل متفاوتی برای بیان یک میدان کرنش ایجاد شود. در یک جسم پیوسته، یک میدان تغییر شکل، که ناشی از یک میدان تنش است، در اثر نیروهای وارده یا به دلیل برخی تغییرات در میدان دمای بدنه به وجود می‌آید. رابطه بین تنش و کرنش با معادلات سازنده، به عنوان مثال، قانون هوک برای مواد الاستیک خطی بیان می‌شود. تغییر شکل هایی که پس از حذف میدان تنش از بین می روند، تغییر شکل الاستیک نامیده می شوند. از طرف دیگر، تغییر شکل‌های بازگشت‌ناپذیر حتی پس از برطرف شدن تنش‌ها باقی می‌مانند. یک نوع تغییر شکل برگشت‌ناپذیر تغییر شکل پلاستیک است، که در اجسام مادی بعد از رسیدن تنش به مقدار مشخصی به نام حد الاستیک یا تنش تسلیم ایجاد می‌شود و نتیجه لغزش یا مکانیسم‌های نابجایی در سطح اتمی است. نوع دیگری از تغییر شکل برگشت‌ناپذیر تغییر شکل ویسکوز است که قسمت برگشت‌ناپذیر تغییر شکل ویسکوالاستیک است. در صورت تغییر شکل الاستیک، عملکرد پاسخی که کرنش را با تنش تغییر شکل‌ پیوند می‌دهد، تانسور سازگاری مواد است. تغییر شکل یک جسم به شکل x = F(X) بیان می‌شود، که X موقعیت مرجع نقاط مادی بدنه است. چنین معیاری بین حرکات صلب بدن (انتقال و چرخش) و تغییر شکل (اندازه) بدن تمایز قائل نمی‌شود. کرنش‌ها بدون بعد هستند و معمولاً به صورت :ده‌دهی، درصد یا به صورت قسمت در نماد (:بخش در یکای سنجش) بیان می‌شوند. بینش فیزیکی در مورد کرنش ها را می توان با مشاهده اینکه یک کرنش معین می تواند به اجزای عادی و برشی تجزیه شود، به دست آورد. مقدار کشش یا فشار در امتداد عناصر خط مادی یا الیاف‌ها، کرنش معمولی است، و میزان اعوجاج مرتبط با لغزش لایه‌های صفحه بر روی یکدیگر، کرنش برشی در یک جسم در حال تغییر شکل است.Rees, David (2006). در صورت افزایش طول خط ماده، کرنش معمولی را کرنش کششی و در غیر این صورت، اگر کاهش یا فشار در طول خط ماده ایجاد شود، به آن کرنش فشاری می گویند. اندازه‌گیری‌های کرنش بسته به میزان کرنش یا تغییر شکل موضعی، تحلیل تغییر شکل به سه نظریه تقسیم می‌شود: نظریه کرنش محدود که نظریه کرنش بزرگ یا نظریه تغییر شکل بزرگ نیز نامیده می‌شود، به تغییر شکل‌هایی می‌پردازد، که در آن هر دو چرخش و کرنش خودسرانه بزرگ هستند.در این حالت، پیکربندی‌های تغییر شکل نیافته و تغییر شکل‌یافته، برای مواد :مکانیک محیط‌های پیوسته به طور قابل‌توجهی متفاوت هستند و باید بین آنها تمایز واضحی قائل شد. این امر معمولاً در مورد الاستومرها، مواد تغییر شکل یافته پلاستیک و سایر مایعات و بافت نرم بیولوژیکی صادق است. | ## بخش 2: تغییر شکل (فیزیک) | نظریه کرنش بینهایت کوچک، که به آن نظریه کرنش کوچک، نظریه تغییر شکل کوچک، نظریه جابجایی کوچک یا نظریه شیب جابجایی کوچک نیز گفته می‌شود، که در آن کرنش‌ها و چرخش‌ها هر دو کوچک هستند. در این حالت، پیکربندی‌های تغییر شکل نیافته و تغییر شکل یافته بدنه را می‌توان یکسان فرض کرد. نظریه کرنش بینهایت کوچک، در تجزیه و تحلیل تغییر شکل موادی که رفتار کشسانی دارند، مانند موادی که در کاربردهای مکانیکی و مهندسی عمران یافت می‌شوند، استفاده می‌شود، برای مثال بتن و فولاد. تئوری جابجایی بزرگ یا چرخش بزرگ، که کرنش های کوچک اما چرخش ها و جابجایی های بزرگ را فرض می کند. کرنش مهندسی رایج‌ترین تعریفی است، که برای مواد مورد استفاده در مهندسی مکانیک و سازه به کار می‌رود، که در معرض تغییر شکل‌های بسیار کوچکی هستند. از سوی دیگر، برای برخی از مواد، به عنوان مثال، الاستومرها و پلیمرها، که در معرض تغییر شکل‌های بزرگ قرار می‌گیرند، تعریف مهندسی کرنش قابل اجرا نیست، به عنوان مثال، کرنش‌های مهندسی معمولی بیشتر از 1%. کرنش مهندسی کرنش مهندسی که به عنوان کرنش کوشی (Cauchy strain) نیز شناخته می‌شود، به صورت نسبت تغییر شکل کل به بعد اولیه جسم مادی که نیرو بر آن اعمال می‌شود، بیان می‌شود. کرنش نرمال مهندسی یا کرنش کششی مهندسی یا کرنش اسمی e، مربوط به یک عنصر خط ماده یا فیبری که به صورت محوری بارگذاری شده است، به صورت تغییر طول ΔL در واحد طول L اصلی عنصر خط یا الیاف بیان می‌شود. بنابراین، داریم:e کرنش نرمال مهندسی است، L طول اصلی فیبر و l طول نهایی فیبر است. کرنش برشی واقعی به عنوان تغییر زاویه (بر حسب رادیان) بین دو عنصر خط مادی، که در ابتدا عمود بر یکدیگر در پیکربندی تغییر شکل نیافته یا اولیه هستند، تعریف می‌شود. کرنش برشی مهندسی به عنوان مماس آن زاویه تعریف می‌شود و برابر است با طول حداکثر تغییر شکل تقسیم بر طول عمود در صفحه اعمال نیرو، که گاهی اوقات محاسبه آن را آسان می‌کند. نسبت کشش نسبت کشش یا نسبت گسترش معیاری از کرنش کششی یا نرمال یک عنصر خط دیفرانسیل است، که می‌تواند در پیکربندی تغییر شکل نیافته یا پیکربندی تغییر شکل یافته تعریف شود. این پارامتر به عنوان نسبت بین طول نهایی l و طول اولیه L خط ماده تعریف می‌شود.نسبت گسترش تقریباً به کرنش مهندسی مربوط می شود.این معادله بیانگر این است که کرنش نرمال صفر است، به طوری که وقتی کشش برابر با واحد است، تغییر شکلی وجود ندارد. نسبت کشش در تجزیه و تحلیل موادی استفاده می‌شود، که تغییر شکل‌های بزرگی را نشان می‌دهند، مانند الاستومرها، که می‌توانند نسبت کشش 3 یا 4 را قبل از شکست حفظ کنند. از سوی دیگر، مواد مهندسی سنتی، مانند بتن یا فولاد، در نسبت کشش بسیار کمتری شکست می‌خورند. با در نظر گرفتن یک کرنش افزایشی (لودویک): کرنش لگاریتمی با ادغام این کرنش افزایشی به دست می‌آید:e کرنش مهندسی است. کرنش لگاریتمی اندازه گیری صحیح کرنش نهایی را زمانی که تغییر شکل در یک سری از افزایش‌ها انجام می‌شود، با در نظر گرفتن تأثیر مسیر کرنش ارائه می دهد. یک کرنش عمودی، بر روی سطح یک المان عمود است و یک کرنش برشی موازی با سطح المان است. کرنش نرمال برای یک ماده همسانگرد که از قانون هوک پیروی می‌کند، یک تنش عمودی، باعث کرنش عمودی می‌شود. عنصری مستطیلی دو بعدی، بینهایت کوچک، با ابعاد را در نظر بگیرید که پس از تغییر شکل، به شکل لوزی در می‌آید. | ## بخش 3: تغییر شکل (فیزیک) | از هندسه شکل مجاور داریم: به‌علاوه، می‌توانید توضیح مختصری را نیز در پایین قاب اضافه کنید. از این رو،از هندسه شکل، داریم: برای شیب‌های جابجایی کوچک داریم:برای چرخش‌های کوچک، یعنی و که کوچکتر از 1 هستند، ما ، را داریم. به طور مشابه، برای صفحات و ، ما داریم:سپس اجزای کرنش برشی کششی تانسور کرنش بینهایت کوچک را می‌توان با استفاده از تعریف کرنش مهندسی، ، بیان کرد. تانسور متریک یک میدان کرنش مرتبط با جابجایی، در هر نقطه، با تغییر در طول بردارهای مماس که نشان‌دهنده سرعت منحنی‌های پارامتری دلخواه از آن نقطه هستند، تعریف می‌شود. یک نتیجه هندسی اساسی، بر اساس عقیده فرشه (Fréchet)، بیان می‌کند، که اگر طول بردارهای مماس، بدیهیات و قانون متوازی‌الاضلاع را برآورده کنند، طول آن بردار جذر مقدار فرم درجه دوم آن است، که با فرمول پلاریزاسیون با یک نقشه دوخطی قطعی مثبت به نام تانسور متریک همراه است. توضیح تغییر شکل تغییر شکل تغییر در خواص متریک یک جسم پیوسته است، به این معنی که منحنی رسم شده در محل قرارگیری اولیه بدنه زمانی که به منحنی در مکان نهایی جابجا شود، طول خود را تغییر می‌دهد. اگر هیچ یک از منحنی‌ها تغییر طول ندهد، می‌گویند که یک جابجایی جسم صلب رخ داده است. شناسایی یک پیکربندی مرجع یا حالت هندسی اولیه بدنه پیوسته که تمام پیکربندی‌های بعدی از آن ارجاع می‌شوند، راحت است. رای تجزیه و تحلیل تغییر شکل، پیکربندی مرجع به عنوان پیکربندی تغییر شکل نیافته و پیکربندی فعلی به عنوان پیکربندی تغییر شکل یافته شناسایی می‌شود. علاوه بر این، هنگام تجزیه و تحلیل تغییر شکل، زمان در نظر گرفته نمی‌شود، بنابراین دنباله‌ای از پیکربندی‌ها بین پیکربندی‌های تغییر‌شکل‌ نیافته و تغییر شکل‌یافته هیچ اهمیتی ندارد. اجزای بردار موقعیت یک ذره در پیکربندی مرجع، با توجه به سیستم مختصات مرجع، ماده یا مختصات مرجع نامیده می‌شوند. از طرف دیگر، اجزای بردار موقعیت یک ذره در پیکربندی تغییر شکل یافته، با توجه به سیستم مختصات مکانی مرجع، مختصات فضایی نامیده می‌شوند. یک توصیف بر حسب مختصات مادی یا ارجاعی انجام می‌شود که توصیف مادی یا توصیف لاگرانژی نامیده می‌شود. توصیف دوم تغییر شکل از نظر مختصات فضایی انجام می‌شود که توصیف فضایی یا توصیف اویلری نامیده می‌شود. در هنگام تغییر شکل یک جسم پیوسته تداوم وجود دارد به این معنا که: نقاط مادی که در هر لحظه یک منحنی بسته را تشکیل می‌دهند همیشه در هر زمان بعدی یک منحنی بسته را تشکیل می‌دهند. نقاط مادی که در هر لحظه یک سطح بسته را تشکیل می‌دهند، همیشه در هر زمان بعدی یک سطح بسته را تشکیل می‌دهند و ماده درون سطح بسته همیشه درون آن باقی می‌ماند. تغییر شکل آفین اگر بتوان آن را با تبدیل آفین توصیف کرد، تغییر شکل را تغییر شکل آفین می‌نامند. چنین تبدیلی از یک تبدیل خطی (مانند چرخش، برش، گسترش و فشرده‌سازی) و یک انتقال جسم صلب تشکیل شده است. که در آن موقعیت یک نقطه در پیکربندی تغییر شکل یافته، موقعیت در پیکربندی مرجع، پارامتری شبیه زمان، ترانسفورماتور خطی و ترجمه است. حرکت بدنه‌ی صلب حرکت جسم صلب یک تغییر شکل آفین خاص است، که شامل هیچ گونه برش، امتداد یا فشار نمی‌شود. | ## جمع‌بندی | ماتریس تبدیل F، تعامد مناسبی است، تا اجازه چرخش را بدهد اما بازتابی نداشته باشد.