材料物理第一章材料的力學-在線瀏覽
2024-09-25 22:13本頁面
【正文】 則流動體積 V0=?3 與分子體積大小相當，上式成為 )2 k T(si n h2)kT/E(e x p32101????????? ?kTEkTE eeVkT /0/0000 )2kTV(s i n h2)kT/E(e x p ??????? ??? 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，材料中的晶體部分會沿著最易滑移的系統(tǒng)在晶粒內(nèi)部發(fā)生位錯滑移，宏觀上表現(xiàn)為材料的塑性形變。 ? 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。晶界兩側(cè)的晶格常數(shù)可能相同、也可能不同。 ?高溫促進位錯的運動。 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 ?隨時間 t增加而逐漸增大的現(xiàn)象。 ? 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(guān)無機材料的蠕變理論有 位錯蠕變理論； 擴散蠕變理論； 晶界蠕變理論等。溫度越高，位錯運動的速度越高，蠕變也越大。 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(zhì)與 時間 有關(guān) ,具有力學松弛的特征 ,常見的力學松弛現(xiàn)象有蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力損耗等。 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， ?為松弛時間或稱推遲時間。其本質(zhì)與蠕變原因相同，同樣反映高分子材料分子鏈的三種形變。 若應(yīng)力表達式為 ts in)t(0 ??? ?)t(s in)t( 0 ???? ??則應(yīng)變?yōu)? ?為 落后于應(yīng)力越多。 )()(W tdt ????dtdt )t(d)t( ??? ? ??dttt ?????? ???? )c o s (s i n 00＝????????? ?? si n)c o s(si n 0/2022 ??? dttt＝耗的大小。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。升高溫度與延長時間對分子運動及其引起的粘彈性行為是等效的 。 原理： 粘彈性材料的力學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。 模擬材料粘彈性的力學元件 代表理想彈性體 其力學性質(zhì)服從 Hook定律 代表理想粘性體， 服從牛頓粘性定律 理想彈簧 理想粘壺 Maxwell模型 ? 由一個理想彈簧和理想粘壺 串聯(lián) 而成 ???????2121???????在保持應(yīng)變恒定時，應(yīng)力 ?隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減 ?????/t00 et)Ee x p ( )t( ???tEE ?????? ?? 211 ,＝應(yīng)變對時間 t求一階導數(shù)有： 0121 ＝?????? ???? dtdEdtddtddtd應(yīng)力松弛過程中，總應(yīng)變恒定 為松弛時間＝ E??? 由一個理想彈簧和理想粘壺 并聯(lián) 而成 ??????2121??????＝)e1(E)t( /t0 ??? ??? ? 在保持應(yīng)力恒定時，應(yīng)變隨時間的增大而增大 Voigt模型 dtddtdEE???????????2211＝應(yīng)力對時間 t求一階導數(shù)有 022??? dtddtdEdtd ????蠕變過程總應(yīng)力恒定 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???? ?粘彈性的微觀分子理論 由于高分子材料的分子鏈是線性的，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） 根據(jù)外力作用的形式 材料在外力作用下抵抗形變及斷裂破壞的能力 抗拉強度抗沖強度抗壓強度抗彎強度抗剪強度 ? 材料原子間結(jié)合力的最大值 σth ???? xth2s in???????? ? thth dxx ?? ? 2si n2 20axEE ?? ?????? xx 22s in ?2/1)(aEth?? ? 材料的理論結(jié)合強度 ???? 2?thPa103,103,1 J/ mPa103 1010211 ?????? ? thmaE ?? 則＝，一般材料： 材料的應(yīng)力 應(yīng)變圖 OA段 線性關(guān)系 —— Hook定律 脆性斷裂 B點以后 —— 韌性斷裂 D點以后，應(yīng)力又明顯變大 —— 應(yīng)變硬化 （ B點 屈服點或屈服強度（ yield strength） 在外力作用下 ， 在高度應(yīng)力集中點 （ 內(nèi)部和表面 的缺陷和裂紋 ） 附近單元 。 如果超過材料的臨界拉應(yīng)力值時 ， 將會產(chǎn)生裂 紋或缺陷的擴展 ， 導致脆性斷裂 。 脆性斷裂行為 裂紋的存在及其擴展行為決定了材料抵抗斷裂的 能力 。 突發(fā)性斷裂與裂紋緩慢生長 ?當裂紋尖端處的橫向拉應(yīng)力尚不足以引起擴展，但在 長期受力情況下，會出現(xiàn)裂紋的緩慢生長。 一．
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