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重，不能作為機械零件，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是新型的，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是新型的，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。 材料的斷裂與機械強度 ?機械強度（ 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、抗沖強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。 ?例如，抗拉強度是指在拉伸試驗機上，在規(guī)定的試驗溫度、溫度和拉伸速率下，在啞鈴形材料標準試樣上施加拉伸負荷，直至試樣斷裂時所承受的最大應(yīng)力 σf。 ? 材料的理論結(jié)合強度 ?（材料原子間結(jié)合力的最大值 σth） ? 由 ? 有 ?
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