§ 15. Тела изотропные и анизотропные.
Рассмотренные выше свойства упругости и пластичности устанавливаются в результате опытов, произведенных над образцами. Для некоторых материалов, как, например, сталь, медь и другие металлы, прессованные пластики, бетон, эти свойства будут одинаковыми для образцов, вырезанных из тела в различных направлениях. Такие тела называются изотропными. Но древесина, например, обладает в силу своей структуры разными свойствами в разных направлениях; образец, вырезанный вдоль волокна, покажет при испытании на растяжение или сжатие совершенно иные свойства, чем образец, вырезанный в поперечном направлении. Такие материалы, которые обнаруживают разные свойства в разных направлениях, называются анизотропными.
Единичные кристаллы металлов всегда анизотропны, потому что атомы образуют в них кристаллическую решетку правильного строения и степень густоты расположения атомов для различных направлений различна. Изотропия поликристаллического металла объясняется тем, что кристаллические зерна чрезвычайно малы по сравнению с образцом и расположены в беспорядке; таким образом, все ориентации зерен равновероятны и в среднем для всех направлений свойства оказываются одинаковыми. Обработка давлением — ковка, штамповка, протяжка, волочение — создает определенную ориентацию зерен, поэтому, иапример, свойства проката в продольном и поперечном направлениях будут различными. Такая анизотропия в меньшей мере относится к упругим свойствам, чем к пластичности и прочности. Модуль упругости для продольных и поперечных по отношению к направлению проката образцов почти одинаков, тогда как характеристики прочности, например сопротивление разрыву, различны.
Иногда материал искусственно создается анизотропным. Так, например, стеклопластики представляют собою ткань из стеклянного волокна или просто слои стеклянного волокна, пропитанные полимерный материалом.
Стеклянное волокно обладает высокой прочностью, полимер связывает его в сплошную массу. Очевидно, что такая масса хорошо сопротивляется растяжению в направлении волокон, если же вырезать из нее образец наискось, перерезав волокна, то растягивающая нагрузка будет восприниматься не высокопрочными волокнами, а относительно слабым связывающим материалом и прочность окажется небольшой.
При изучении поведения плит или стержней из армированного бетона, пластинок, подкрепленных ребрами, и тому подобных конструкций часто бывает возможно учитывать работу арматуры и ребер при помощи осредненных характеристик, заменяя, например, бетонную плиту, армированную в одном направлении, сплошной плитой из воображаемого материала, обладающего разными свойствами для разных направлений, то есть анизотропного. Такая анизотропия называется конструктивной.
