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从材料力学角度解释冬天水管破裂而冰没有碎

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发表于 2014-11-23 07:00:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
不知道我这题目算不算理论探讨高端。
7 |! n5 a( e3 c- s& H& s, P
2 P+ K0 [# I5 W+ ]+ x) Z; B这个题目是材料力学第八章强度理论中的课后思考题,话说当年我也去问老师来,老师也说的很像网上的,什么三向受压合力为零,我现在觉得网上的这个答案很可笑。冰的膨胀肯定受到了一定的限制,体积比不受水管禁锢时小。合力为零了怎么还缩小。考虑内力,任何一个稳定的状态的合力都为零。那水管的合力也为零,怎么就破了?  C3 m+ o1 r+ F7 z3 z
+ f; L* g2 W$ N# g
说说我的看法。不对请大侠批评,算是抛砖吧。不知道我这能不能算上砖。, k; `- i8 y2 Y- k6 i

7 ^. K% O1 `9 A6 c: z  P6 q9 G6 R强度理论中分两大类,脆性材料的主要破坏形式是脆性断裂,第一第二强度理论适合。冰属于脆性材料,根据第二强度理论,由于三向受压,其最大应变小,不足以达到极限应变;且根据公式等效应力等于三者差,当然还有个泊松比系数,所以三向受压基本不可能破坏。
0 v/ p0 N- }0 M- C1 H0 J: V3 C/ q9 U8 T3 r
水管属于塑性材料,破坏形式是塑性屈服。适用于第三第四强度理论。三向受拉恰是最坏的情况,形状改变比能最大,所以会破坏。( V  x  Z! n' ], a

8 O9 [: b3 q$ h; M, E6 T# |; q% K假想一下,冰里面包了个铁块,铁块也会有裂纹的吧; O6 w: b3 |0 h' V* A0 Z( v( I
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 楼主| 发表于 2014-11-23 07:01:42 | 显示全部楼层
其实我觉得我自己仍然不懂。大侠们讨论一下吧
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发表于 2014-11-23 07:13:19 | 显示全部楼层
三向受压如果均等,去除球张量,没有剪应力成份,不可能破坏
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发表于 2014-11-23 07:14:08 | 显示全部楼层
你需要好好理解强度理论所述的破坏条件
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发表于 2014-11-23 10:13:27 | 显示全部楼层
那个合力说的是外力。外为阳內为阴,内外不同。
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发表于 2014-11-23 10:24:16 | 显示全部楼层
俺力学学得不好,不过俺觉得“冰没有碎”这个说法未必能反映真实情况。俺觉得它本来就是碎的,因为有了来自水管内壁的压力它才结成一整块的。俺这纯属臆测,如果觉得不对,可以无视。
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发表于 2014-11-23 10:29:31 | 显示全部楼层
一个简单受力问题,画几个矢量去理解就容易。" C+ U  k' F1 ]' g3 u. [) G6 @

9 {6 `6 b5 I. }$ N- v" x通篇文字只会更晕人。

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发表于 2014-11-23 12:23:17 | 显示全部楼层
其实我想求张图,以前家里冬天也坏过水管,但没仔细看
9 \# a9 h+ y3 ~7 ]: _5 e在水管破坏之前,理论上冰不会裂开,但破坏是个动态过程,一般来说不会爆裂的,破坏的时候即使冰裂了,也弹不出来,也会连在上面的
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发表于 2014-11-23 13:20:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 zerowing 于 2014-11-23 13:28 编辑   B, o, E& d7 o6 a8 b6 u- ?
" L  X, x# M& b4 e% D9 v
咱换个说法吧。你别去考虑什么水管还是冰。现在我们手上就是一个正四面体的春体单晶体。俺就这么给你比喻下。1 m+ n+ V/ r! m! X% e
你自己想想,均匀的去全面压这个正四面体会导致这个四面体解体吗?而均匀的去拉这个四面体,会解体吗?想明白了,再看这个问题就容易了。7 D% l# Y. b* K2 v  n7 \  h
然后,总的来说。材料被破坏,本质上是分子间或者晶体间的引力关系被拉断。即使是脆性材料的受压破坏,也必然是在另外的方向上受拉断裂。所以,说材料三向均压不会被破坏是有道理的。
4 l2 k# Y! Y) s$ j3 M" H
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发表于 2014-12-20 11:50:35 | 显示全部楼层
我感觉冰与金属根本就不是一回事,根本原理上就不是一回事,水管的冻裂不涉及相变,只是单纯的热胀冷缩导致出现裂缝,水的结冰是由内而外结晶的过程,这也就是为什么水的结冰是热胀冷缩的特例。水结冰时膨胀,将出现细微裂缝的水管涨裂,就是这样的
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