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標題: 從材料力學角度解釋冬天水管破裂而冰沒有碎 [打印本頁]

作者: 水水5 時間: 2014-11-23 07:00
標題: 從材料力學角度解釋冬天水管破裂而冰沒有碎
不知道我這題目算不算理論探討高端。

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。考慮內力，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？

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。

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。

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。

假想一下，冰里面包了個鐵塊，鐵塊也會有裂紋的吧

作者: 水水5 時間: 2014-11-23 07:01
其實我覺得我自己仍然不懂。大俠們討論一下吧

作者: 成形極限 時間: 2014-11-23 07:13
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

作者: 成形極限 時間: 2014-11-23 07:14
你需要好好理解強度理論所述的破壞條件

作者: 逍遙處士 時間: 2014-11-23 10:13
那個合力說的是外力。外為陽內為陰，內外不同。

作者: 原諒我今天 時間: 2014-11-23 10:24
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。

作者: LIAOYAO 時間: 2014-11-23 10:29
一個簡單受力問題，畫幾個矢量去理解就容易。

通篇文字只會更暈人。

作者: 愛貓人士薛定諤 時間: 2014-11-23 12:23
其實我想求張圖，以前家里冬天也壞過水管，但沒仔細看
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

作者: zerowing 時間: 2014-11-23 13:20
本帖最后由 zerowing 于 2014-11-23 13:28 編輯

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。
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。
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。

作者: 1007344277 時間: 2014-12-20 11:50
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

作者: dashizuijimo 時間: 2015-4-8 16:26
我覺得樓主考慮的太多了。
水結冰是從外到內結冰的，水發生相變后體積增大，后結冰的部分在水管的中段，結冰時，多出來的體積被外面的先結的冰堵住了，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，結冰時，多出來的體積被外面的先結的冰堵住了，及只能沿著徑向膨脹超過塑性極限就會破裂。
這也是為什么開口的水缸不容易凍碎的原因。但如果驟然結冰，阻力過大也會凍裂。
而光滑的開口不銹鋼水箱很少凍裂。

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