第五章材料的力學(參考版)
2024-10-11 15:37本頁面
【正文】 同時，力學性能與其它物理功能相結合也將是新型材料研究中一件有意義的工作。當然，這種決定關系并不是一目了然的，需要深入的研究其決定機理已進行定量計算，以指導材料的研究開發(fā)和生產應用。 ? 相變增韌的材料中，多相成分有時無法按照某一尺寸或線度去描述，不同的相變陶瓷內部是可以出現(xiàn)不同情況的線度統(tǒng)計。 ? 大量研究表明，復合材料的力學性能很大程度上取決于分散相在基體相中的分散質量和二者形成的界面情況，而無機剛性粒子的加入正好產生特殊的界面結構，從而產生增強增韌的力學性能。 ?復合材料的斷裂韌性隨增強劑顆粒尺寸的變化并不呈現(xiàn)單調變化規(guī)律。 ?基體上所有優(yōu)良的纖維增強復合材料的顯微結構特點是纖維的取向大致相同，分散均勻，沒有團聚、交叉、扭曲等制造缺陷，所有纖維基本上被基體包裹。 ?長纖維增強效果明顯但是形狀復雜的零件用長纖維比較困難。另一方面， SiC晶須特性也直接影響著復合材料的力學性能許多研究都表明 SiC完整的單晶含量與晶須表面物理狀態(tài)有密切關系。相對而言，陶瓷納米材料在高溫力學性能方面的改進更引人注目。 ?陶瓷納米復合材料的室溫性能（如硬度、強度、 ?斷裂韌性等）得到顯著改善。 )ex p (),()](ex p [ EthizyxrpEthiA ?????? ?? 薛定諤方程 ?將波函數對空間位置 x,y,z二次求導，得 ?將波函數對時間 t一次求導，得 ?整理并比較，得薛定諤方程（ Schrodinger） : ?薛定諤定態(tài)方程： ?只有適合薛定諤方程的單值、連續(xù)（一階導數也連續(xù)）、有限的函數，方為粒子物質波的波函數 ????? 222 222222222222hphPzPPzyxyx ?????????? ?????????????? ???????? ????? Epmphit 2 2????? Ezyxmht ????????? ??????????? 22222 222222?? )(2 22 EpEmh ???? ?例如 1：一維勢阱問題 ?電子原子內運動時，能 量量子化顯著 mdhnEEEnn 8)12(21 ????? ?例 2：線性謝振子的問題 ? 其中 n=0， 1， 2， … ?諧振子能量 En也是量子化的 ?hnE n )2/1( ??例 3：貫穿勢壘的問題 ?粒子可以由區(qū)域 Ⅰ 穿過勢壘 Ⅱ 到達區(qū)域 Ⅲ 中，并且粒子 穿過勢壘后能量并不減少， 仍然保持在區(qū)域 Ⅰ 的能量， 這種現(xiàn)象被形象化的稱為 “隧道效應”。 hnDPhnDP?????????? 量子力學的假設 ? 1924年德布羅意（ De Broglie）提出“物質波”概念：認為不僅光具有波?！岸笮浴保宜械幕玖Ｗ樱ㄈ珉娮?、質子、中子、原子、分子等）都具有“二像性”。 ? 在本書中僅介紹量子力學的部分主要內容，將有利于對材料電學、磁學和光學的理解。 材料的量子力學基礎 ?量子力學是反映微觀粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）運動規(guī)律的理論 ?它是 1920年代在總結大量實驗事實和舊量子論的基礎上建立起來的。 )( 9 PaCYK ICf ????)( 9 PaCYK ICf ???? 材料的硬度 ?硬度沒有統(tǒng)一的定義，各種硬度單位也不同，彼此間沒有固定的換算關系。m1/2 ? 乙鋼： σys= 109Pa,KIC= 107Pa ? 陶瓷、玻璃等脆性材料有微米級微觀線度的裂紋時，就會發(fā)生低于理論結合強度的斷裂；而金屬和非晶態(tài)高聚物則在毫米級宏觀尺寸的裂紋時，才會發(fā)生地應力的斷裂。 ?由于同種材料中大尺寸材料比小尺寸材料包含的裂紋數目更多，使得大尺寸材料的斷裂強度較低，這就是材料強度的尺寸效應。 材料的裂紋斷裂理論 ?（裂紋并不是兩部分晶體同時沿整個界面斷開，而 是裂紋擴展的結果） ? 根據彈性理論求出裂紋尖端應力： ? 因為一般 Ca,則 σAσ,即在裂紋 尖端存在應力集中效應，當 σAσth時，裂紋就被拉開而擴展， 是裂紋長度 C增大，導致 σA更大， 如此惡性循環(huán)，材料很快斷裂。 ?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力 σf。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’而把體系描述成在一維方向上的分子鏈。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’而把體系描述成在一維方向上的分子鏈。據此原理可用有限的實驗數據，去預測很寬范圍內材料的力學性質。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，可借助轉換因子 ?T將某一溫度測定的粘彈性數據轉換為另一溫度 T0的對應數據，這就是時溫等效原理。以便吸收更多的能量，以增強防震和隔音效果。 動態(tài)力學松弛 ?滯后和力損耗：動態(tài)力學松弛或動態(tài)粘彈性，此時應力和應變均勻為時間的函數。 ?在實際生產中，作為工程材料，蠕變越小越好。
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