- •Часть 1
- •Рекомендации к работе с пособием.
- •Установить во сколько раз изменится размер единицы данной производной физической величины при изменении размеров единиц величин, принятых за основные.
- •Произвести проверку правильности уравнений, полученных в результате теоретических выводов. Проверка основана на том, что
- •Произвести анализ размерностей, который является методом установления функциональных связей между физическими величинами.
- •Подставьте в рабочую формулу числовые значения заданных и табличных величин, выраженные в си, и произведите вычисления, руководствуясь правилами приближённых вычислений.
- •Оцените (там, где это возможно) правдоподобность числового ответа. Приведём пример оформления решения задачи.
- •1. Биомеханика
- •1.11. Определите модуль сдвига для стали, если модуль Юнга для нее равен 198,00 гПа, а коэффициент Пуассона равен 0,31.
- •1.12. Определите модуль Юнга для стали, если модуль сдвига для нее равен 79, 00 гПа, а коэффициент Пуассона равен 0,35.
- •1.15. Известны методы определения твердости материалов по:
- •1. Бринеллю; 2. Виккерсу; 3. Роквеллу; 4. Шору; 5. Давиденкову.
- •2. Реология и гемодинамика
- •2.29. Для описания кинетики деформации растяжения мембраны эритроцитов, Ренд и Бертон предложили линейную реологическую модель:
- •2.30. При механическом воздействии на биологические ткани они проявляют временные эффекты:
- •Решения, указания, ответы
- •1. Биомеханика
- •1.7. Силу реакции Naопределим рассмотрев одно из двух условий равновесия балки – условие равенства нулю суммы моментов всех приложенных к заготовке сил.
- •1.11. Связь модуля сдвига (g), модуля Юнга (e) и коэффициента Пуассона (μ) определяется формулой: .
- •1.12. Связь модуля сдвига (g), модуля Юнга (e) и коэффициента Пуассона (μ) определяется формулой: .
- •1.22. Ответ очевиден из графика – напряжение при разрушении было 2,4 мПа.
- •1.23. По Гриффитсу хрупкое разрушение кристаллического материала сопровождается образованием двух новых поверхностей, которые до того не существовали.
- •1.24. По Гриффитсу хрупкое разрушение кристаллического материала сопровождается образованием двух новых поверхностей, которые до того не существовали.
- •1.27. Полная энергия кубика:
- •1.28. Полная энергия кубика:
- •2. Реология и гемодинамика
- •2.10. Отобразим на рисунке модели последовательно соединённых элементов Гука. Последовательное соединение означает соединение конца первого элемента со вторым.
- •2.15. Мягкие биологические ткани обладают «псевдоупругостью». Это означает однозначную, но нелинейную связь между длиной и растягивающим напряжением на восходящей петле
- •2.24. Изобразим зависимость давления в вене от времени:
- •Справочные материалы
- •Наименования и обозначения приставок си
- •Правила приближённых вычислений.
- •При возведении в степень в результате оставляют столько значащих цифр, сколько их имеет основание степени, например,
- •При извлечении корней в результате оставляют столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение, например,
1.11. Связь модуля сдвига (g), модуля Юнга (e) и коэффициента Пуассона (μ) определяется формулой: .
Подставляя числовые данные, получим ответ:
.
1.12. Связь модуля сдвига (g), модуля Юнга (e) и коэффициента Пуассона (μ) определяется формулой: .
Подставляя числовые данные, получим ответ:
.
1.13.
По определению коэффициент Пуассона
(μ) есть взятое со знаком минус отношение
поперечной относительной деформации
к продольной относительной деформации.
Для случая цилиндрического образца:
.
Числитель этой формулы при растяжении
образца оказывается отрицательным.
Подставляя числовые данные, получим
ответ:
1.14.
По определению коэффициент Пуассона:
, где
-
относительна поперечная, а
- относительная
поперечная деформации. Поперечные
деформации будут наименьшими, когда
они равны нулю и
= 0, при
этом коэффициент Пуассона окажется
равным нулю.
.
Коэффициентом Пуассона равным нулю
обладают пористые материалы, например
пробка. Такие материалы не могут
использоваться в качестве пломбировочных
материалов в стоматологии. Наилучшим
материалом в смысле соотношения
коэффициентов Пуассона будет тот, у
которого окажется наименьшим
.
Ответ: 2.
1.15. При стандартном (ГОСТ 9012 – 59) измерении твёрдости по Бринеллю стальной шарик диаметром D вдавливают в испытуемый образец под приложенной определённое время нагрузкой P; после снятия нагрузки измеряют диаметр d оставшегося на поверхности образца отпечатка. Ответ: 1.
1.16.
Число твёрдости по Бринеллю (HB МПа)
есть отношение нагрузки P
= 30 кН при времени выдержки τ = 10 с,
действующей на шаровой индентор
диаметромD
= 10мм, к площади F(м2)
шаровой поверхности отпечатка:
(МПа).
Откуда:
.
Подставив числовые данные, получим
ответ:
.
1.17.
При стандартном измерении твёрдости
по Виккерсу (ГСТ 2999-75) в поверхность
образца вдавливают алмазный индентор
в форме четырёхгранной пирамиды с углом
при вершине α
.
После удаления нагрузки, действовавший
определённое время (10
15с),
измеряют диагональ отпечатка d,
оставшегося на поверхности образца.
Число
твёрдостиHV
определяют делением нагрузкиP
на площадь пирамидального отпечаткаF.
;
.
Откуда:
.
Подставив
числовые данные, получим ответ
м
1.18. Как видно из графика, при 350оК предел текучести меньше, чем предел хрупкой прочности. Следовательно, разрушение при 350оК оказывается пластическим. Ответ: разрушение пластическое.
1.19. Как видно из графика,
при
достижении напряжения 64 МПа оно не
изменяется в некотором диапазоне
деформаций, поэтому предел текучести
в данном случае и составляет 64 МПа.
Ответ: предел текучести составляет 64
МПа.
1.20. В согласии с определением коэффициента запаса прочности, допустимое напряжение в 'опасном' сечении должно быть меньше предела прочности, делённого на коэффициент запаса прочности.
Ответ: допустимое напряжение в данном случае и составляет 196/3 МПа ≈ 65,3 МПа.
1.21.
При одной и той же температуре
долговечность меньше при большем
напряжении. Напряжению 0,2 ГПа на графике
соответствует самая крутая кривая.
.
Точка
пересечения прямой при 0,2 ГПа с
вертикальной линией, проходящей на
графике через абсциссу
даёт lg(t)
= 5,3. Время, прошедшее до разрушения
образца, находящегося под напряжением
0,2 ГПа и температуре 49,6 градуса по
Цельсию составляет 105,3с.
Ответ: Время, прошедшее до разрушения образца, 105,3с.
