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標(biāo)題: 從材料力學(xué)角度解釋冬天水管破裂而冰沒(méi)有碎 [打印本頁(yè)]

作者: 水水5 時(shí)間: 2014-11-23 07:00
標(biāo)題: 從材料力學(xué)角度解釋冬天水管破裂而冰沒(méi)有碎
不知道我這題目算不算理論探討高端。

這個(gè)題目是材料力學(xué)第八章強(qiáng)度理論中的課后思考題，話說(shuō)當(dāng)年我也去問(wèn)老師來(lái)，老師也說(shuō)的很像網(wǎng)上的，什么三向受壓合力為零，我現(xiàn)在覺(jué)得網(wǎng)上的這個(gè)答案很可笑。冰的膨脹肯定受到了一定的限制，體積比不受水管禁錮時(shí)小。合力為零了怎么還縮小。考慮內(nèi)力，任何一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)的合力都為零。那水管的合力也為零，怎么就破了？

說(shuō)說(shuō)我的看法。不對(duì)請(qǐng)大俠批評(píng)，算是拋磚吧。不知道我這能不能算上磚。

強(qiáng)度理論中分兩大類，脆性材料的主要破壞形式是脆性斷裂，第一第二強(qiáng)度理論適合。冰屬于脆性材料，根據(jù)第二強(qiáng)度理論，由于三向受壓，其最大應(yīng)變小，不足以達(dá)到極限應(yīng)變；且根據(jù)公式等效應(yīng)力等于三者差，當(dāng)然還有個(gè)泊松比系數(shù)，所以三向受壓基本不可能破壞。

水管屬于塑性材料，破壞形式是塑性屈服。適用于第三第四強(qiáng)度理論。三向受拉恰是最壞的情況，形狀改變比能最大，所以會(huì)破壞。

假想一下，冰里面包了個(gè)鐵塊，鐵塊也會(huì)有裂紋的吧

作者: 水水5 時(shí)間: 2014-11-23 07:01
其實(shí)我覺(jué)得我自己仍然不懂。大俠們討論一下吧

作者: 成形極限 時(shí)間: 2014-11-23 07:13
三向受壓如果均等，去除球張量，沒(méi)有剪應(yīng)力成份，不可能破壞

作者: 成形極限 時(shí)間: 2014-11-23 07:14
你需要好好理解強(qiáng)度理論所述的破壞條件

作者: 逍遙處士 時(shí)間: 2014-11-23 10:13
那個(gè)合力說(shuō)的是外力。外為陽(yáng)內(nèi)為陰，內(nèi)外不同。

作者: 原諒我今天 時(shí)間: 2014-11-23 10:24
俺力學(xué)學(xué)得不好，不過(guò)俺覺(jué)得“冰沒(méi)有碎”這個(gè)說(shuō)法未必能反映真實(shí)情況。俺覺(jué)得它本來(lái)就是碎的，因?yàn)橛辛藖?lái)自水管內(nèi)壁的壓力它才結(jié)成一整塊的。俺這純屬臆測(cè)，如果覺(jué)得不對(duì)，可以無(wú)視。

作者: LIAOYAO 時(shí)間: 2014-11-23 10:29
一個(gè)簡(jiǎn)單受力問(wèn)題，畫(huà)幾個(gè)矢量去理解就容易。

通篇文字只會(huì)更暈人。

作者: 愛(ài)貓人士薛定諤 時(shí)間: 2014-11-23 12:23
其實(shí)我想求張圖，以前家里冬天也壞過(guò)水管，但沒(méi)仔細(xì)看
在水管破壞之前，理論上冰不會(huì)裂開(kāi)，但破壞是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)不會(huì)爆裂的，破壞的時(shí)候即使冰裂了，也彈不出來(lái)，也會(huì)連在上面的

作者: zerowing 時(shí)間: 2014-11-23 13:20
本帖最后由 zerowing 于 2014-11-23 13:28 編輯

咱換個(gè)說(shuō)法吧。你別去考慮什么水管還是冰。現(xiàn)在我們手上就是一個(gè)正四面體的春體單晶體。俺就這么給你比喻下。
你自己想想，均勻的去全面壓這個(gè)正四面體會(huì)導(dǎo)致這個(gè)四面體解體嗎？而均勻的去拉這個(gè)四面體，會(huì)解體嗎？想明白了，再看這個(gè)問(wèn)題就容易了。
然后，總的來(lái)說(shuō)。材料被破壞，本質(zhì)上是分子間或者晶體間的引力關(guān)系被拉斷。即使是脆性材料的受壓破壞，也必然是在另外的方向上受拉斷裂。所以，說(shuō)材料三向均壓不會(huì)被破壞是有道理的。

作者: 1007344277 時(shí)間: 2014-12-20 11:50
我感覺(jué)冰與金屬根本就不是一回事，根本原理上就不是一回事，水管的凍裂不涉及相變，只是單純的熱脹冷縮導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫，水的結(jié)冰是由內(nèi)而外結(jié)晶的過(guò)程，這也就是為什么水的結(jié)冰是熱脹冷縮的特例。水結(jié)冰時(shí)膨脹，將出現(xiàn)細(xì)微裂縫的水管漲裂，就是這樣的

作者: dashizuijimo 時(shí)間: 2015-4-8 16:26
我覺(jué)得樓主考慮的太多了。
水結(jié)冰是從外到內(nèi)結(jié)冰的，水發(fā)生相變后體積增大，后結(jié)冰的部分在水管的中段，結(jié)冰時(shí)，多出來(lái)的體積被外面的先結(jié)的冰堵住了，冰跟水管也有摩擦力，在體積膨脹給水管壓力的情況下，摩擦力很大，結(jié)冰時(shí)，多出來(lái)的體積被外面的先結(jié)的冰堵住了，及只能沿著徑向膨脹超過(guò)塑性極限就會(huì)破裂。
這也是為什么開(kāi)口的水缸不容易凍碎的原因。但如果驟然結(jié)冰，阻力過(guò)大也會(huì)凍裂。
而光滑的開(kāi)口不銹鋼水箱很少凍裂。

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