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弹性形变

弹性形变是指固体受外力作用而使各点间相对位置的改变,当外力撤消后,固体又恢复原状谓之“弹性形变”。

在外力的作用下,物体发生形变,当外力撤消后,物体能恢复原状,则这样的形变叫做弹性形变。此时对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力。如弹簧的形变等。

在外力的作用下,物体发生形变,当外力撤去后,物体不能恢复原状,则称这样的形变叫做塑性形变,如橡皮泥的形变等。因物体受力情况不同,在弹性限度内,弹性形变有四种基本类型:即拉伸和压缩形变;切变;弯曲形变和扭转形变。

下面以岩石为例来向大家解释:

在中国仪器超市有介绍:在常温和常压之下,同时在受到短时间的应力作用之下,大多数的岩石,都可以显示出弹性的性质,直到断裂(Rupture)为止。不过在岩石的弹性限度之内,当应力给移去之后,它们又将恢复原来的形状。岩石的弹性限度或屈服点,亦即相当于它们在断裂时所受到的应力。假如有一作圆柱形的岩石体,若在平行于长轴的方向,受到拉力的作用,那么这一岩石体将会为之增长;反之若在平行于长轴的方向,受到压力的作用,则这一岩石体将会为之缩短。我们从应力和应变的比例当中,便可以量测出岩石在纵长方向抵抗变形的性质。把应力除以应变所得的结果,叫做杨氏模数(Young’s Modulus)或弹性模数(Modulus of Elasticity)

其公式如下:

E=/ (单位是dynes/cm2) (1)

式中 E为杨氏模数, 为应力, 为应变。

计算的时候, 是一个已知的数字, 则要先依下式求得:

= Δl/l (2)

式中 l为岩石体本来的长度, Δl为在应力下所增加或减小的长度。举例来说,如岩石体本长10cm,在108dynes/cm2的应力作用之下,被拉长了0.001cm。代入(1)和(2)式,即得杨氏模数为1012dynes/cm2,或1.45×1071b/in2。这也是一般岩石的平均数值。

岩石圆柱体的直径,在受到平行于长轴方向的拉力作用之下,可以略为减短;反之若受到压力的作用,则可以略为增长。圆柱体的横应变和轴应变之比,叫做Poisson’s Ratio(又名蒲松氏比),其公式如下:

V(nu)希腊语

v(nu)= -(lat)/(long)=-(高)/(长)

式中 v为蒲松氏比,d为直径原来的长度, Δd为直径在应力作用下所产生的变化; l为长轴原来的长度, Δl为长轴在应力作用下所产生的变化。

因物体受力情况不同,在弹性限度内,弹性形变有4种基本类型:即拉伸和压缩形变,切变,弯曲形变和扭转形变。弹性形变是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形,可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。

塑性形变与弹性形变

1、 地形变异常

2、 流体异常

3、 地质依据

在甘肃省白银地区,硅质岩非常发育,二氧化硅的含量超过90%。该类岩石是海底火山喷发时沉积形成的,各种颜色的条带状硅质岩的沉积层理非常清晰。它们在高温高压条件下形成。在区域构造力的作用下,发生了塑性变形,有的整个山体形成了向斜或者背斜,各种褶皱现象到处可见。这种地质现象不是火山岩地区岩石所特有的,在广大的沉积岩地区,我们同样可以看到。现在的地表下的各种岩石,虽然已经经过了许多次地质构造运动,经过了长期的风化剥蚀作用,但是仍然保留了高温高压成岩条件下的塑性变形特征。

地震研究结果表明,成千上万次余震的分布,在平面上经纬度的变化可以达到1o左右,在垂直方向的剖面上变化可以达到20公里,如《自然电场法预测地震》图4-6所示(海城地震余震空间分布)。金沙江断裂带长700公里,宽度50公里;红河断裂带在云南省内长500公里;小江断裂带长400多公里;普渡河断裂带在云南省内长240公里。

在每一次大地震之后,有可能产生成千上万次余震,以重新达到地壳中岩层、岩块之间的重力平衡、应力平衡。2008年5月12日14时28分发生汶川5.12大地震以后,至2008年7月29日,共发生4.0级以上地震243次,至2009年5月3日,共发生4.0级以上地震297次;其中:2008年5月12日48次(9个半小时),13日47次,14日18次,15-17日各12次左右,18日7次,19日至5月底,每天几次;2009年1~3月份每个月仅仅发生3次,4月份仅有一次。以横坐标表示时间,纵坐标表示余震发生的次数,人们很容易画出余震的衰减曲线。

康滇菱形板块中的川西块体和滇中块体每年的移动速率分别为5.4~7.6mm/a好3mm/a(据宋方敏,1998),地震前地壳中岩层、岩块之间能量的积累和地震后能量的释放都需要在相当长的时间内完成。如果以Y轴为纵坐标,X轴为横坐标,绘制出余震衰减曲线,在此称为有形曲线;那么,人们也可以绘制出“塑性变形”增长曲线,由于人们无法测量出塑性变形的次数,在此称为隐形曲线,也就是人们头脑中想象的那条曲线。由于塑性变形恰好与流体异常密切相关,因此可以采用流体异常进行模拟。

海城地震前地下水异常数量变化如《自然电场法预测地震》图3-40所示(据李安荣)。有7天异常比较多:1975年1月4日、8日、10日、20日、22日、23日、24日,每天在20次左右;地震发生前几天达到高潮:2月1日达到70次,2日45次,3日将近110次,4日(地震发生的当天)达到231次。由于有相当一部分异常没有被人们观测到或者统计到,海城地震前地下水异常数量变化图并不是海城地震前地下水全部异常的数量,但是,它的增长规律是符合逻辑思维的。

在地震孕育过程中,在广大的区域和相当的深度内,有可能已经发生了成千上万次塑性形变,形成了许多微观异常和宏观异常。在地震孕育机理探讨中。塑性形变比弹性形变更具有说服力。

胡克定律

胡克定律的表达式为F=kx或△F=kΔx,其中k是常数,是物体的劲度(倔强)系数。在国际单位制中,F的单位是牛,x的单位是米,它是形变量(弹性形变),k的单位是牛/米。劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。
  弹性定律是胡克最重要的发现之一,也是力学最重要基本定律之一。在现代,仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出:弹簧在发生弹性形变时,弹簧的弹力Ff和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比,即F= -kx 。k是物质的弹性系数,它由材料的性质所决定,负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。


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