2.1. Механические эффекты

Механика - наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве. Рассматриваемые в механике взаимодействия представляют собой те действия тел друг на друга, результатом которых являются изменения механического движения этих тел. Их примерами могут быть притяжения тел по закону всемирного тяготения, взаимные давления соприкасающихся тел, воздействия частиц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела и другие.

К интересным механическим эффектам относится эффект Пойнтинга, эффект радиационного распухания металла, сплавы с памятью.

Пойнтингом было установлено, что при закручивании стальных и медных проволок они не только закручиваются, но также упруго удлиняются и увеличиваются в объеме. Удлинение проволоки примерно пропорционально квадрату угла закручивания: при заданном значении угла удлинение пропорционально квадрату радиуса. Диаметр проволоки при закручивании уменьшается, величина радиального сжатия при этом пропорциональна квадрату угла закручивания. Эффект был открыт давно, и еще Пойнтингом было доказано, что удлинение при закручивании не связано с изменениями модуля Юнга - это позволяет предполагать, что свойства материала остаются без изменений.

Как бы не пытались исправить деформированную деталь, она все равно вспомнит свой дефект, частично восстановит прежнюю деформированную форму. Виной тому внутреннее напряжение в материалах. Они существуют всегда. Отжиг ликвидирует их в металлах, но при остывании, которое идет не равномерно, внутренние напряжения, хотя и ослабленные, появляются вновь. С помощью холодной правки идеально выгладить стальное изделие невозможно. Здесь на помощь может прийти радиоактивное излучение.

При облучении нейтроны врываются в недра металла и, сталкиваясь с ядрами ионов (или атомов), выбивают их из узлов кристаллической решетки. Те, в свою очередь, ударяясь о другие ионы, либо остаются на месте, либо оставляют эти места свободными. Большая же часть ионов внедряется в пространство между узлами. Обрабатываемая часть изделия при этом увеличивает свой объем (эффект радиационного распухания).

Если изогнутую деталь подвергнуть радиоактивному облучению с выгнутой стороны, то внедрившиеся частицы, расталкивая ионы и атомы кристаллической решетки, начнут разгибать деталь. Изменения кривизны можно контролировать обычным измерительным прибором, следить за ней постоянно во время правки и закончить процесс точно на "нуле". Причем править можно в сборе, на готовой машине.

Действие радиации легко рассчитать. Известно, что максимальное изменение объема стали при нейтронном облучении составляет 0,3% . Например, если подвергнуть облучению только средний участок стальной детали длиной 1000 мм и высотой 50 мм, то устраняется прогиб в 2,5мм. Неметаллические и композиционные материалы при облучении изменяют свой объем еще сильней. Например, пластмассы – до 24% .

Некоторые сплавы металлов: титан-никель, золото-кадмий, медь-алюминий обладают "эффектом памяти". Если из такого сплава изготовить деталь, а затем ее деформировать, то после нагрева до определенной температуры деталь восстанавливает в точности свою первоначальную форму. Из всех известных сейчас науке сплавов "с памятью" наиболее уникальны по спектру свойств сплавы из титана и никеля: сплавы ТН (за рубежом они известны под названием нитинол). Сплавы ТН развивают большие усилия при восстановлении своей формы.