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正文內(nèi)容

第五章材料的力學(xué)(編輯修改稿)

2024-10-27 15:37 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 化的現(xiàn)象 ?原因:在外力作用和去除中,大分子的形變使大分子鏈段發(fā)生重排,這種過程需要一定的時間,導(dǎo)致應(yīng)變的產(chǎn)生滯后于應(yīng)力的作用。 ?若應(yīng)力表達(dá)式為 則應(yīng)變?yōu)? ?為 ?應(yīng)變滯后于應(yīng)力的相位差, ?越大則應(yīng)變 落后于應(yīng)力 ts in)t( 0 ??? ?)t(s in)t( 0 ???? ??力損耗 ?力損耗 W:當(dāng)應(yīng)變滯后于應(yīng)力時每一循環(huán)周期損失的能量。 ?這種損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,若來不及散? 則會導(dǎo)致材料內(nèi)部溫度上升,影響材料的使用壽命 ? ??稱為力學(xué)損耗角,常用力學(xué)損耗角正切 tan?表示力損耗 dtdt )t(d)t(W ??? ? ??力學(xué)損耗角正切 tan? ?力學(xué)損耗角正切 tan?與 log?的關(guān)系圖 ?力學(xué)損耗角正切 tan?與溫度的關(guān)系 靜態(tài)力學(xué)松弛 ?蠕變和應(yīng)力松弛:靜態(tài)力學(xué)松弛過程或靜態(tài)粘彈性。 ?在實際生產(chǎn)中,作為工程材料,蠕變越小越好。如聚四氟乙烯的蠕變嚴(yán)重,不能作為機(jī)械零件,但具有很好的自潤滑特性,是很好的密封材料;而橡膠材料硫化交聯(lián)的方法是為了防止因分子間滑移的粘性形變而引起的蠕變;又如材料加工時會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,常用升溫退火的方法來消除,以防止產(chǎn)品彎曲或開裂。 動態(tài)力學(xué)松弛 ?滯后和力損耗:動態(tài)力學(xué)松弛或動態(tài)粘彈性,此時應(yīng)力和應(yīng)變均勻為時間的函數(shù)。 ?在實際的應(yīng)用中,對于在交變應(yīng)力作用下工作的輪胎和傳動皮帶等橡膠制品,希望其tan ?越小越好。以便吸收更多的能量,以增強(qiáng)防震和隔音效果。 時效等溫原理 ?材料的粘彈性力學(xué)松弛現(xiàn)象,不僅與時間有關(guān),而且與溫度有關(guān)。升高溫度與延長時時間對分子運動及其引起的粘彈性行為是等效的,可借助轉(zhuǎn)換因子 ?T將某一溫度測定的粘彈性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一溫度 T0的對應(yīng)數(shù)據(jù),這就是時溫等效原理。 ?對于非晶態(tài)高聚物,轉(zhuǎn)換因子 ?T與溫度 T的關(guān)系符合 WLF經(jīng)驗方程: )TT(C2)TT(CL o g001t ??????Baltzmann疊加原理 ?粘彈性材料的力學(xué)松弛行為是其整個歷史上各個應(yīng)力貢獻(xiàn)的線性加和的結(jié)果,這稱為Baltzmann疊加原理。據(jù)此原理可用有限的實驗數(shù)據(jù),去預(yù)測很寬范圍內(nèi)材料的力學(xué)性質(zhì)。 模擬材料粘彈性的力學(xué)元件 ?理想彈簧 代表理想彈性體, 其力學(xué)性質(zhì)服從 Hook定律 ?理想粘壺 代表理想粘性體, 服從牛頓粘性定律 Maxwell模型 ?由一個理想彈簧和理想粘壺串聯(lián)成為 Maxwell模型: ?在保持應(yīng)變恒定時,應(yīng)力 ?隨 時間按指數(shù)規(guī)律衰減 ???????????/t002121et)Ee x p ( )t(???????? Voigt模型 ?由一個理想彈簧和理想粘壺并聯(lián)成為 Voigt模型 : ? 在保持應(yīng)力恒定時, 應(yīng)變隨時間的增大 而增大 2121??????????)e1(E)t( /t0 ??? ??? 實際材料的粘彈性廣義模型 廣義的 Maxwell模型 廣義的 Voigt模型 由幾個并聯(lián)的 Maxwell模型組成: 由幾個串聯(lián)的 Voigt模型組成: ????ntt/tt/ntt0eE)t(EeE)t(????)e1)(()t( /tnt i??? ???? ?)e1(SS ( t ) /tnti???? ??? ? d lne)(L /t?????? ?? ? ) d lne1)((L /t?????? ?粘彈性的微觀分子理論 ? 把高分子材料的分子看成有許多亞單元組成,每一個亞單元的末端距 ri(指連接理想的分子鏈兩端的矢量長度 )的分布都屬于高斯分布(均方末端距為 a2) ,亞單元的質(zhì)量集中在由 Hook彈簧連接在一起的珠子上。由于高分子材料的分子鏈?zhǔn)切滦偷?,并且要考慮的形變是單軸方向的,因此可以采用在 X方向上的‘有效彈性系數(shù)’而把體系描述成在一維方向上的分子鏈。 ?每一個亞單元的末端距 ri(指連接理想的分子鏈兩端的矢量長度 )的分布都屬于高斯分布(均方末端距為a2) ,亞單元的質(zhì)量集中在由 Hook彈簧連接在一起的珠子上。由于高分子材料的分子鏈?zhǔn)切滦偷?,并且要考慮的形變是單軸方向的,因此可以采用在 X方向上的‘有效彈性系數(shù)’而把體系描述成在一維方向上的分子鏈。 材料的斷裂與機(jī)械強(qiáng)度 ?機(jī)械強(qiáng)度( Mechanical Strength): ?材料在外力作用下抵抗形變及斷裂破壞的能力根據(jù)外力作用的形式,可分為抗拉強(qiáng)、抗沖強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。 ?例如,抗拉強(qiáng)度是指在拉伸試驗機(jī)上,在規(guī)定的試驗溫度、溫度和拉伸速率下,在啞鈴形材料標(biāo)準(zhǔn)試樣上施加拉伸負(fù)荷,直至試樣斷裂時所承受的最大應(yīng)力 σf。 ? 材料的理論結(jié)合強(qiáng)度 ?(材料原子間結(jié)合力的最大值 σth) ? 由 ? 有 ?
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