材料力学性能第一章2a

1什么是 弹性 ？材料受载后产生一定的变形，卸载后这部分变形消失，材料恢复到原来的状态的性质称为材料的 弹性 。根据材料在 弹性 变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可分为：第三节 非理想弹性与内耗2理想弹性 （完全弹性） 应力和应变服从胡克定律，满足：1 应力对于应变的响应是线性的；2 应力和应变同相位；3 应变是应力的单值函数。第三节 非理想弹性与内耗3非理想弹性 （弹性不完整性） 应力应变非线性响应、不同位相、应变非应力的单值函数。包括 滞弹性；粘弹性；伪弹性；包申格效应等几种类型。实际上绝大部分固体材料都表现出 非理想弹性 性质，工程中的材料按理想弹性处理只是一种近似处理。第三节 非理想弹性与内耗4一、滞弹性（弹性后效）材料在快速加载或卸 载后，随时间的延长而产生附加弹性应变的性能。其应力应变曲线与时间的关系如图所示 。滞弹性示意图第三节 非理想弹性与内耗5一、滞弹性（弹性后效 ）特点 ： 在弹性应力范围内，与所加应力对应一个初始应变，在保持应力时，产生附加应变。应力加载条件： 瞬间加载或卸载主要影响因素： 材料成分、组织的均匀性、温度、应力状态。第三节 非理想弹性与内耗6滞弹性有利之处：消振性，例如：铸铁作为机床支座；1Cr13钢做汽轮机叶片。不利之处：精密 仪表中的弹簧 ，油压表，气压表中的测力弹簧要求灵敏地反应指针数的变化，不允许有滞弹性。第三节 非理想弹性与内耗7二、粘弹性定义： 粘弹性是指材料在外力作用下，弹性 和 粘性 两种变形机理同时存在的力学行为。（ 针对高分子材料 ）特征： 应变对应力的效应不是瞬时完成的，有一个弛豫过程，但卸载后，应变恢复到初始值。第三节 非理想弹性与内耗8应力与应变的关系与时间有关，可分为：恒应变下的应力松弛 加载一恒定弹性范围的应变后，有一初始应力值，但应变保持不变，应力缓慢下降到某一恒定值，如图 a。 应力与时间的关系应力松弛第三节 非理想弹性与内耗9恒应力下的蠕变 加载一恒定弹性范围的应力后，有一初始应变值，但应力保持不变，应变缓慢增加到某一恒定值，如图 b。应变与时间的关系蠕变变形第三节 非理想弹性与内耗10第三节 非理想弹性与内耗0 t1212滞弹性 粘弹性 11三、伪弹性伪弹性 是指在一定温度下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发马氏体相变产生大幅度（ 60）弹性变形现象。大大超过正常弹性变形。应用：形状记忆合金。第三节 非理想弹性与内耗12伪弹性示意图第三节 非理想弹性与内耗130 理想弹性行为，循环变形过程没有能量损失四、内耗第三节 非理想弹性与内耗14第三节 非理想弹性与内耗加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线 - 弹性滞后环15第三节 非理想弹性与内耗弹性滞后环说明加载时材料吸收的变形功（能）大于卸载时材料释放的变形功，有一部分变形功被材料吸收，称为 内耗 （又叫消振性），用回线的面积大小度量。16内耗的计算：第三节 非理想弹性与内耗循环应力应变与时间的关系17常用力学损耗角正切 tan 来表示内耗的大小。第三节 非理想弹性与内耗18第三节 非理想弹性与内耗n 测量 角比较复杂，通常采用振动试样自由振动振幅衰减的自然对数值 来表示内耗的大小Tk和 Tk+1表示自由振动相邻振幅的大小。19对于高聚物而言，内耗的大小与本身的结构有关。顺丁橡胶内耗较小，因为它的分子链上 没有取代基团 ，链段运动的 内摩擦阻力较小 ；丁苯橡胶和丁腈橡胶的内耗比较大，因为丁苯胶有庞大的 侧苯基 ；丁腈橡胶有极性较强的 侧氰基 ，因而它们的链段运动时 内摩擦阻力较大 。内耗较大的橡胶，吸收冲击能量较大，回弹性就 。 较差第三节 非理想弹性与内耗20高聚物的变形和内耗与温度的关系内耗峰第三节 非理想弹性与内耗内耗与温度有关21高聚物的内耗与频率的关系高弹性区黏弹区 刚性区第三节 非理想弹性与内耗内耗与振动频率有关22工程应用：音叉在真空中做弹性振动，但是由于内耗的作用，振幅逐渐衰减，最后停止（乐器的制作） 。利用材料的内耗性高，消振性好，有利于防止共振导致疲劳断裂（机床床身材料的选择） 。第三节 非理想弹性与内耗23第三节 非理想弹性与内耗产生了 少量塑性变形 的材料（残余应变 4%），再同向加载则弹性极限（屈服强度）升高；反向加载则弹性极限（屈服强度）降低的现象。0 124021783 2874852301退火轧制黄铜五、包申格效应24第三节 非理想弹性与内耗包申格应变 是度量包申格效应的 定量指标 。它是指在给定应力下，拉伸卸载后第二次再拉伸与拉伸卸载后再压缩两曲线之间的应变差。25工程意义：不利： 经拉伸变形成型的构件要考虑其承受压缩载荷的能力，以免使微量塑性变形抗力下降造成危害。特别是承受应变疲劳载荷作用的机件，呈现循环软化现象。有利： 如薄板反向弯曲成型，拉拔的钢棒经辊压校直等。 第三节 非理想弹性与内耗26林位错对位错运动的影响 包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。 因为经过正向变形后，晶内位错最后总是停留在障碍密度较高处，一旦有反向变形，则位错很容易克服曾经扫过的障碍密度较低处。第三节 非理想弹性与内耗27第三节 非理想弹性与内耗n 消除包申格效应的方法：预先进行较大的塑性变形，或在第二次受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火，如钢在 400 500 ，铜合金在 250 270 退火。28材料的塑性变形是微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。材料的种类和性质不同，其塑性变形机理也不相同。第四节 塑性变形及其性能指标29一、塑性变形的机理1 金属材料的塑性变形金属常见的塑性变形机理为 滑移孪生滑移是在切应力作用下，沿着滑移面和滑移方向进行的切变过程。思考：何为滑移系？哪些面可做滑移面 ？ fcc， bcc，hcp的滑移系有几个？室温与高温下有何区别？滑移系的多少与金属的塑性好坏有何关系？第四节 塑性变形