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從材料力學角度解釋冬天水管破裂而冰沒有碎

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1#
發表于 2014-11-23 07:00:10 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式
不知道我這題目算不算理論探討高端。
9 B# J# |2 C, @8 k- c/ K1 A' |( Y1 D) A/ J6 |
這個題目是材料力學第八章強度理論中的課后思考題,話說當年我也去問老師來,老師也說的很像網上的,什么三向受壓合力為零,我現在覺得網上的這個答案很可笑。冰的膨脹肯定受到了一定的限制,體積比不受水管禁錮時小。合力為零了怎么還縮小??紤]內力,任何一個穩定的狀態的合力都為零。那水管的合力也為零,怎么就破了?# A' u: P- e! {) Z
8 K* {) o; Z5 h) n4 c  U* K
說說我的看法。不對請大俠批評,算是拋磚吧。不知道我這能不能算上磚。
) D3 t; h, y0 r8 b( t8 e) N6 {  c8 i. I  p6 |
強度理論中分兩大類,脆性材料的主要破壞形式是脆性斷裂,第一第二強度理論適合。冰屬于脆性材料,根據第二強度理論,由于三向受壓,其最大應變小,不足以達到極限應變;且根據公式等效應力等于三者差,當然還有個泊松比系數,所以三向受壓基本不可能破壞。
  B0 K9 X( E9 @8 Y, a8 h& g; I2 X
8 f0 s6 r. \& D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,所以會破壞。
9 Z" U4 u4 B( t9 ^
* a( o6 i; B' W- p- R假想一下,冰里面包了個鐵塊,鐵塊也會有裂紋的吧
/ M& m6 u5 J& T  B2 g
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2#
 樓主| 發表于 2014-11-23 07:01:42 | 只看該作者
其實我覺得我自己仍然不懂。大俠們討論一下吧
3#
發表于 2014-11-23 07:13:19 | 只看該作者
三向受壓如果均等,去除球張量,沒有剪應力成份,不可能破壞
4#
發表于 2014-11-23 07:14:08 | 只看該作者
你需要好好理解強度理論所述的破壞條件
5#
發表于 2014-11-23 10:13:27 | 只看該作者
那個合力說的是外力。外為陽內為陰,內外不同。
6#
發表于 2014-11-23 10:24:16 | 只看該作者
俺力學學得不好,不過俺覺得“冰沒有碎”這個說法未必能反映真實情況。俺覺得它本來就是碎的,因為有了來自水管內壁的壓力它才結成一整塊的。俺這純屬臆測,如果覺得不對,可以無視。
7#
發表于 2014-11-23 10:29:31 | 只看該作者
一個簡單受力問題,畫幾個矢量去理解就容易。' m1 x5 {% e0 [) n
$ m3 z. \) F5 t7 x* N( u
通篇文字只會更暈人。

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8#
發表于 2014-11-23 12:23:17 | 只看該作者
其實我想求張圖,以前家里冬天也壞過水管,但沒仔細看  `1 l& J% ?7 X  a7 y7 |4 b! v3 q: N+ S
在水管破壞之前,理論上冰不會裂開,但破壞是個動態過程,一般來說不會爆裂的,破壞的時候即使冰裂了,也彈不出來,也會連在上面的
9#
發表于 2014-11-23 13:20:58 | 只看該作者
本帖最后由 zerowing 于 2014-11-23 13:28 編輯
9 j) H' ~. t% E+ ]- R% n8 Y4 |$ `# o0 L. F5 f" Y- H. H0 m
咱換個說法吧。你別去考慮什么水管還是冰。現在我們手上就是一個正四面體的春體單晶體。俺就這么給你比喻下。
3 [* u  s6 G3 ?" b  s2 w3 \你自己想想,均勻的去全面壓這個正四面體會導致這個四面體解體嗎?而均勻的去拉這個四面體,會解體嗎?想明白了,再看這個問題就容易了。
9 X/ d8 |0 k- `5 K! V2 \3 O0 A* _然后,總的來說。材料被破壞,本質上是分子間或者晶體間的引力關系被拉斷。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,說材料三向均壓不會被破壞是有道理的。
7 [9 _. R. |7 s" G! ?- R; Q
10#
發表于 2014-12-20 11:50:35 | 只看該作者
我感覺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致出現裂縫,水的結冰是由內而外結晶的過程,這也就是為什么水的結冰是熱脹冷縮的特例。水結冰時膨脹,將出現細微裂縫的水管漲裂,就是這樣的
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