第五章材料的力學-文庫吧
2025-09-15 15:37 本頁面
【正文】 ? ? ?稱為粘性系數(shù)（單位： PaS） ?簡稱為粘度（ Viscosity） dxdvdtd ???? ??牛頓流體 ?牛頓流體 ?在足夠的剪切力下或溫度足夠高時，無機 ?材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 ?部分均勻產生粘性形變，因此高溫下的氧 ?化物流體、低分子溶液或高分子稀溶液大 ?多屬于牛頓流體 ?非牛頓流體 ?而高分子濃溶液或高分子熔體不符合 ?牛頓粘性定律，為非牛頓流體。 絕對速率理論的粘性流動模型 ?認為液體流動是一種速率過程，某一液體層相 對于鄰層液體流動時，液體分子從一種平衡態(tài) 越過勢壘到達另一種平衡狀態(tài)。在無剪切力的 作用時，勢能高度為 E；有剪切應力的作用時， 沿流動方向上的勢壘降低△ Em，根據絕對反 應速率理論，算得流動速度 V為： ? )2 K T(s i n heV 321KT/E0 ?????? ??粘度表達式 ?（粘度 ?隨溫度 T的升高而指數(shù)下降） 根據牛頓粘性定律，可得 ?可近似認為 ?=?1=?2=?3，則流動體積 V0=?3 與分子體積大小相當，上式成為 ? ～ )2kT(0 s in h2)kT/E(ex p3211????????? ?)2kTV(si n h2)kT/E(e x p00????? ? kT/E0E / k T00eeVkT ?? ? 材料的塑性、蠕變與粘彈性 材料的塑性 ? 塑性（ Plasticity）： 材料在外力去除后仍保持部分應變的特性 ?延展性（ Ductility）： 材料發(fā)生塑性形變而不斷裂的能力 塑性形變 ?在足夠大的剪切應力 ?作用下或溫度 T較高 時，材料中的晶體部分會沿著最易滑移的系 統(tǒng)在晶粒內部發(fā)生位錯滑移，宏觀上表現(xiàn)為 材料的塑性形變。 ?滑移和孿晶：晶體塑性形變兩種基本形式 滑移 ?滑移是指在剪切應力作用下晶體一部分 相對于另部分發(fā)生平移滑動。在顯微鏡 下可觀察到晶體表面出現(xiàn)宏觀裂紋，并 構成滑移帶。 ?滑移一般發(fā)生在原子密度大的晶面和晶 面指數(shù)小的晶向上。 ?例如： NaCl型結構的離子晶體，其滑移 系統(tǒng)包括 {110}晶面和 {1ī0}晶向等。 孿晶 ?孿晶是晶體材料中原子格點排列一部分 與另部分呈鏡像對稱的現(xiàn)象。鏡界兩側 的晶格常數(shù)可能相同、也可能不同。 實際晶體材料的滑移 ?由于使位錯運動所需的剪切應力比使晶體兩部分 整體相互滑移所需的應力小得多 ?因此實際晶體材料的滑移是位錯缺陷在滑移面上 沿滑移方向運動的結果， ?溫度高時，位錯運動的速度快，使得諸如氧化鋁 等在室溫下不易滑移的脆性材料，在一千度以上的 高溫時也能產生一定程度的塑性形變而呈現(xiàn)一定 程度的韌性。 材料的蠕變 ?蠕變（ Creep）是在恒定的應力作用下材料的應變 ?隨時間 t增加而逐漸增大的現(xiàn)象。 ?影響蠕變的因素有：溫度、應力、組分、晶體鍵型、氣孔、晶粒大小和玻璃相等。 ?低溫表現(xiàn)脆性的材料，在高溫時往往具有不同程度的蠕變行為，有關無機材料的蠕變理論有 位錯蠕變理論、擴散蠕變理論和 晶界蠕變理論等。 位錯蠕變理論 ?認為在低溫時受到阻礙而難以發(fā)生運動的位錯，在高溫時由于熱運動增大了原子的能量，使得位錯能克服阻礙發(fā)生運動而導致材料的蠕變。溫度越高，位錯運動的速度越高，蠕變也越大。 擴散蠕變理論 ?認為材料在高溫下的蠕變現(xiàn)象與晶體中的擴散現(xiàn)象類似，蠕變過程是在應力作用下空位沿應力作用方向（或晶粒沿相反方向）擴散的一種形式 晶界蠕變理論 ?認為多晶界材料由于存在大量的晶界，當晶界位相差大時，可把晶界看成非晶體，在溫度較高時，晶界粘度迅速下降，應力使得晶界發(fā)生粘性流動而導致蠕變。 材料的粘彈性 ?自然界中實際存在的材料，其形變一般介于理想彈性固體與理想粘性液體之間，即具有固體的彈性又具有液體的粘性，即粘彈性（ Visoelasticity） . ?最典型的是高分子材料 ? 粘彈性材料的力學性質與時間有關 ,具有力學松弛的特征 ,常見的力學松弛現(xiàn)象有蠕變、應力松弛、滯后和力損耗等。 材料的蠕變 ?高分子材料的總應變包括三部分： ??1為普彈應變（對應分子內部鏈長和鍵角在受力時的瞬時形變）， ?2為高彈應變（對應分子鏈段在受力時的逐漸伸展的形變）， ?3為粘性應變（對應沒有化學交聯(lián)的線性分子鏈受力時的相對滑移形）。 E1為普彈應變模量， E2為高彈應變模量， ?3為材料的粘度， ?為松弛時間或稱推遲時間。 材料蠕變與回復曲線 材料的應力松弛 ?應力松弛是指在恒定的應變時，材料的內部的應力隨時間增長而減小的現(xiàn)象。其本質與蠕變原因相同，同樣反映高分子材料分子鏈的三種形變： ?式中： ?0為初始應力， ?為松弛時間， t為時間 ??? /t0 e ??滯后 ?滯后 交變應力作用下形變落后于應力變
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