第五章材料的力學(xué)-文庫(kù)吧
2025-09-15 15:37 本頁面
【正文】 ? ? ?稱為粘性系數(shù)（單位： PaS） ?簡(jiǎn)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(shí)，無機(jī) ?材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 ?部分均勻產(chǎn)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(duì)速率理論的粘性流動(dòng)模型 ?認(rèn)為液體流動(dòng)是一種速率過程，某一液體層相 對(duì)于鄰層液體流動(dòng)時(shí)，液體分子從一種平衡態(tài) 越過勢(shì)壘到達(dá)另一種平衡狀態(tài)。在無剪切力的 作用時(shí)，勢(shì)能高度為 E；有剪切應(yīng)力的作用時(shí)， 沿流動(dòng)方向上的勢(shì)壘降低△ Em，根據(jù)絕對(duì)反 應(yīng)速率理論，算得流動(dòng)速度 V為： ? )2 K T(s i n heV 321KT/E0 ?????? ??粘度表達(dá)式 ?（粘度 ?隨溫度 T的升高而指數(shù)下降） 根據(jù)牛頓粘性定律，可得 ?可近似認(rèn)為 ?=?1=?2=?3，則流動(dòng)體積 V0=?3 與分子體積大小相當(dāng)，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(yīng)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(yīng)力 ?作用下或溫度 T較高 時(shí)，材料中的晶體部分會(huì)沿著最易滑移的系 統(tǒng)在晶粒內(nèi)部發(fā)生位錯(cuò)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(yīng)力作用下晶體一部分 相對(duì)于另部分發(fā)生平移滑動(dòng)。在顯微鏡 下可觀察到晶體表面出現(xiàn)宏觀裂紋，并 構(gòu)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(jié)構(gòu)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(diǎn)排列一部分 與另部分呈鏡像對(duì)稱的現(xiàn)象。鏡界兩側(cè) 的晶格常數(shù)可能相同、也可能不同。 實(shí)際晶體材料的滑移 ?由于使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的剪切應(yīng)力比使晶體兩部分 整體相互滑移所需的應(yīng)力小得多 ?因此實(shí)際晶體材料的滑移是位錯(cuò)缺陷在滑移面上 沿滑移方向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果， ?溫度高時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(shí)也能產(chǎn)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(yīng)力作用下材料的應(yīng)變 ?隨時(shí)間 t增加而逐漸增大的現(xiàn)象。 ?影響蠕變的因素有：溫度、應(yīng)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(shí)往往具有不同程度的蠕變行為，有關(guān)無機(jī)材料的蠕變理論有 位錯(cuò)蠕變理論、擴(kuò)散蠕變理論和 晶界蠕變理論等。 位錯(cuò)蠕變理論 ?認(rèn)為在低溫時(shí)受到阻礙而難以發(fā)生運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)，在高溫時(shí)由于熱運(yùn)動(dòng)增大了原子的能量，使得位錯(cuò)能克服阻礙發(fā)生運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致材料的蠕變。溫度越高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度越高，蠕變也越大。 擴(kuò)散蠕變理論 ?認(rèn)為材料在高溫下的蠕變現(xiàn)象與晶體中的擴(kuò)散現(xiàn)象類似，蠕變過程是在應(yīng)力作用下空位沿應(yīng)力作用方向（或晶粒沿相反方向）擴(kuò)散的一種形式 晶界蠕變理論 ?認(rèn)為多晶界材料由于存在大量的晶界，當(dāng)晶界位相差大時(shí)，可把晶界看成非晶體，在溫度較高時(shí)，晶界粘度迅速下降，應(yīng)力使得晶界發(fā)生粘性流動(dòng)而導(dǎo)致蠕變。 材料的粘彈性 ?自然界中實(shí)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(xué)性質(zhì)與時(shí)間有關(guān) ,具有力學(xué)松弛的特征 ,常見的力學(xué)松弛現(xiàn)象有蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力損耗等。 材料的蠕變 ?高分子材料的總應(yīng)變包括三部分： ??1為普彈應(yīng)變（對(duì)應(yīng)分子內(nèi)部鏈長(zhǎng)和鍵角在受力時(shí)的瞬時(shí)形變）， ?2為高彈應(yīng)變（對(duì)應(yīng)分子鏈段在受力時(shí)的逐漸伸展的形變）， ?3為粘性應(yīng)變（對(duì)應(yīng)沒有化學(xué)交聯(lián)的線性分子鏈?zhǔn)芰r(shí)的相對(duì)滑移形）。 E1為普彈應(yīng)變模量， E2為高彈應(yīng)變模量， ?3為材料的粘度， ?為松弛時(shí)間或稱推遲時(shí)間。 材料蠕變與回復(fù)曲線 材料的應(yīng)力松弛 ?應(yīng)力松弛是指在恒定的應(yīng)變時(shí)，材料的內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。其本質(zhì)與蠕變?cè)蛳嗤瑯臃从掣叻肿硬牧戏肿渔湹娜N形變： ?式中： ?0為初始應(yīng)力， ?為松弛時(shí)間， t為時(shí)間 ??? /t0 e ??滯后 ?滯后 交變應(yīng)力作用下形變落后于應(yīng)力變
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