材料物理-材料的受力形变

1、材料与材料物理学，材料物理系，26.07.2020，1，PPT研究与交流，材料科学，物理科学，材料物理学，情绪理论，物理概念与原理，物理模型，材料特性，2，PPT研究与交流，研究内容：物理特性与材料成分的关系，结构，工艺过程及其变化规律。3、PPT学习与交流，本课程内容复杂，且每章都有自己的体系。从四个方面学习：基本概念、物理本质、影响因素和分析应用。学习要求：1 .掌握基本概念；2.对各种物理性质的物理性质的定性理解；4.PPT学习和交流，使用教材；5.PPT学习与交流，本课程的教学内容；1.机械性能；3.热特性；4.磁性；6.PPT学习和交流，评估方法：期末考试80%，平时20%。平均分数

2、：3次考试75%，出勤率25%。迟到5次或旷课3次以上，出勤分为0分；7，PPT研究和交换，2.1应力和应变，2.2弹性变形，2.3非弹性变形，2.4材料的塑性变形，2.5材料的高温蠕变，第2章材料的应力变形，8，PPT研究和交换，各种材料在外力作用下形状和尺寸的变化，这叫变形。变形：变形模式：小作用力弹性变形(可逆)；大作用力塑性变形(不可逆)；高温和恒定应力下的蠕变；9，PPT研究与交流，基本力学行为：应力下材料的弹性变形、塑性变形和断裂，基本力学指标：强度、塑性韧性、屈服强度、抗拉强度、延伸率、面积收缩率，10，PPT研究与交流，单向静载荷拉伸试验，11，PPT研究与交流，材料在外力作用

3、下必须同时产生内力和变形。通常，内力用应力来描述，而变形用应变来表示。应力的定义：单位面积的内力。1.应力，2.1应力和应变，外力，面积，应力，单位：1 Pa=1 N/m2，12，PPT研究和通信，分类：工程应力(名义应力):实际应力：变形小时：13，PPT研究和通信，分类：法向应力：14，PPT学习与交流，1。单轴拉伸应变f，2。应变应变用于描述物体中粒子之间的相对位移。名义应变：实际应变：尺寸：无，15，PPT学习和交流，名义应变和实际应变，通常名义应变是为了方便使用。小变形时基本相同，大变形时差别很大。f，16，PPT学会交流，剪应力平行于作用面，17，PPT学会交流，3。压缩应变(体积

4、应变)，V0，V，在流体静压下，压缩应力和静压下，压缩应变，18，PPT学会交流，3。应力和应变曲线，不同材料的变形行为。PPT学习与交流，1 .脆性材料(陶瓷):如上面曲线(a)所示，即弹性变形后没有塑性变形(或很少塑性变形)，然后断裂，总弹性应变能很小。不同的材料有不同的变形行为。韧性材料(金属):如上图所示，曲线(b)从弹性变形开始，然后有一段时间的弹塑性变形，然后断裂，总变形能量很大。弹性材料(橡胶):如上面曲线(c)所示，没有残余变形。材料的变形是一种重要的力学性能，它与材料的制造、加工和使用密切相关。因此，研究材料在应力作用下的变形规律具有重要意义。22，PPT学会交流，2.2弹性

5、变形，物体在外力作用下会变形，而有些物体在外力取消后可以恢复到原来的形状。物体能够消除外力引起的变形的特性叫做弹性。外力消除后变形完全消失的现象称为弹性变形。23，PPT学习与交流，1。胡克定律(应力与应变的关系)，a，以单轴拉伸为例，各向同性体，弹性模量，24，PPT研究与交流，弹性模量，这是各向同性体的常数。表示材料抵抗弹性变形的能力。，25，PPT学会交流，当长方体伸展时，会发生横向收缩，26，PPT学会交流。横向变形系数(泊松比)，泊松比：表示材料在外力作用下的横向收缩能力。对于弹性变形，金属材料的泊松比为0.290.33，无机材料的泊松比为0.20.25。27，PPT学习交流，单向正

6、应力下的长方体，28，PPT学习交流，如果长方体的所有边分别承受均匀分布的正应力，则所有方面的总应变可以通过将第一应力分量引起的应变分量叠加在三个应力分量中而得到。29，PPT研究和交换，广义胡克定律是：胡克定律是：30，PPT研究和交换，对于剪切应变，有：其中剪切模量或剪切模量。它们之间有以下关系。PPT学习和交流时，各个方向的等压除以体积变化就是材料的体积弹性模量。对于均匀压缩应变，有：32，PPT学习和交流，弹性模量，拉伸模量e剪切模量g体积模量k，关系：33，PPT学习和交流，理论上：34，PPT学习和交流，2，弹性变形机制，1，弹性特性，(1)可逆性(2)单值线性(线性弹性)(3)小

7、变形：金属，陶瓷和结晶聚合物小于1%，橡胶聚合物除外：1000%，非线性，35，PPT学习和交流，2。弹性变形的本质(过程),当没有外力时，原子在平衡位置振动。弹性变形的本质：构成材料的原子(离子)或分子从平衡位置可逆位移的反映。36，PPT研究与交流，37，PPT研究与交流，r0附近，结论：ks反映了r=r0时原子间力曲线的斜率。3，原子间相互作用力与弹性常数的关系，38，PPT学习交换，4，原子势能与弹性常数的关系，39，PPT学习交换，是势能曲线在最小值时的曲率，这是一个与它无关的常数。结论：弹性系数ks本质上反映了原子间势能曲线最小值的尖点。弹性系数ks是某一种材料的常数，它表示原子间

8、弹性位移的阻力，即原子结合力。41.PPT学习和交流。弹性模量E是一个重要的材料常数，它是原子间结合强度的标志。微观上，它表征了原子间的结合能。从宏观上看，它代表了材料抵抗弹性变形的能力。42，PPT研究与交流，弹性模量e:43，PPT研究与交流，e共价键e离子键e金属键e分子键e无机非金属e金属e聚合物e化学键e物理键。弹性模量e:弹性模量。弹性模量，数量，44，PPT学习与交流，45，PPT学习与交流，46，PPT学习与交流，47，PPT学习与交流，E0材料无孔隙弹性模量，p为孔隙率。48，PPT学习与交流，49，PPT学习与交流，7，两相复合材料的弹性横向量，在两相体系中，总弹性模量是假

9、设两相体系的泊松比相同，平行模型，串联模型，50，PPT学习与交流，vA，vB分别是两相的体积分数EA，EB分别是两相的弹性模量，A，B，平行模型，E是两相体系的最高弹性模量，称为上限模量。两相体系弹性模量的最低值也称为下限模量。系列模型，条带，52，PPT学习和交流，2.3非弹性。对于理想的弹性固体，施加的应力将立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变将立即消除。对于实际固体，对应于最大应力的弹性应变滞后于引起该应变的最大载荷。因此，测得的弹性模量随时间变化。弹性模量依赖于时间的现象叫做滞弹性。非弹性：紧张落后于压力，53分，PPT学习与交流，1分。理想模型，2.3.1机械模型，1。胡克固体模型

10、，或，机械元件，机械性能，54，PPT学习和交流，流动中的速度梯度，流动阻力中的摩擦力f，剪应力，2。牛顿液体模型，(1)牛顿粘度定律粘度是流体粘度的量度，是流体动力对其内耗现象的表征。55，PPT学习交流，速度梯度=剪切速率，粘度的物理意义：产生单位剪切速率所需的剪切应力，牛顿粘度定律，牛顿粘度定律，56，PPT学习交流，牛顿粘度定律，57，PPT学习交流，牛顿液体模型，机械部件，机械性能，58，PPT学习交流，弹簧，粘釜。1.麦克斯韦模型，运动方程，应用：应力松弛，系列模型，60，PPT学习与交流，2。组合模型中，麦克斯韦液体是一种液体粘弹性物体，其内部结构是由弹性和粘性成分组成的集合体。

11、1。麦克斯韦模型，运动方程，应用：应力松弛，系列模型，61，PPT学习交流，2。开尔文固体模型固体粘弹性物体，平行模型，运动方程：应用：蠕变(应变松弛)，62，PPT学习交换，63，PPT学习交换，2.3.2滞后，1。是恒定应力下的应变蠕变时间。标准线性立体方程，67，PPT学习交流，2。应变松弛和应力松弛。应变松弛(蠕变)，应变松弛是一个不平衡的过程，其中固体材料的变形在恒定载荷下随时间缓慢增加。蠕变是指在恒定应力的作用下，材料的变形随着时间的增加而逐渐增加的现象。例如，沥青、水泥、混凝土、玻璃、聚合物在室温下，金属和陶瓷在较高温度下，在连续外力的作用下，除了初始弹性变形外，还会有不同程度的

12、随时间发展的缓慢变形。68，PPT学会交流，69，PPT学会交流，2，应力松弛，应力松弛是物体在持续外力作用下变形的过程。在总变形值不变的情况下，蠕变变形逐渐增大，弹性变形相应减小，从而使物体的内应力随时间逐渐减小。应力松弛：在恒温恒变形条件下，材料的内应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。例如，包装带变松，橡皮筋变松，70。PPT学会交流，3 .放松时间，1。恒定应力、被设置为总应变的滞后部分，滞后大小为：注：71。PPT学会沟通，分离变量：积分：非弹性应变和时间之间的关系，以及总应变和时间之间的关系也就是说，滞后越大，弹性越大。73，PPT学习交流，2，恒定应变(应力松弛)，对于弹簧2，恒定应

13、变不变，对于弹簧1，74，PPT学习交流，应力松弛方程，分离变量，求解方程，讨论：是从初始值到所需时间的应力松弛，即75，PPT学习交流，应力松弛时间。应变蠕变时间。如果它是大的或者e是小的，它是大的并且落后。如果是，e是常数，不随时间变化，理想弹性。如果是的话，系统e随时间变化，76。PPT学会交流。塑性变形是指外力消除后无法恢复的变形。材料经受塑性变形而不损坏的能力被称为延展性，这在材料的加工和使用中非常有用，并且是一种重要的机械性能。2.4材料的塑性变形是区分金属和非金属的一个重要特征。77，PPT学会沟通，弹性极限产生弹性变形而不产生塑性变形的最大应力；屈服强度，金属开始塑性变形的最小

14、应力；抗拉强度材料抵抗大塑性变形的能力反映了极限承载力。78、PPT学习和交流、都是材料的塑性指标，表明金属的塑性变形能力。，面积收缩率：断裂后伸长率(延伸率):塑性指数，79，PPT学习与交流，塑性变形公式，从宏观上看，固体有许多塑性变形模式，如伸长和缩短，弯曲，扭转和各种复杂变形。微观上，单晶塑性变形只有两种基本方式，即滑移和孪晶。滑移是金属塑性变形的最重要形式。80.学会交流，滑动：当水晶受压时，水晶的一部分相对于另一部分滑动。滑移是在一定的滑移系统上，在剪应力的作用下进行的。不破坏晶体中原子排列规律的塑性变形。81，PPT学习交换，twin :是在剪切应力的作用下，晶体的一部分相对于另

15、一部分在沿着某一晶面(孪晶面)和某一晶向(孪晶方向)的区域中经历连续和顺序的剪切。82，PPT学习与交流，2.4.1晶格滑移，第一，滑移条件，滑移总是沿着原子密度最高的晶面(密堆积面)和密度最高的晶向(密堆积面)进行。这是因为：(1)紧密间隔的表面之间的距离大，滑动阻力小；密集方向的原子密度高，移动距离短。滑动条件：大表面间距；移动距离短；相反滑动面上的电荷是相反的。83、PPT学习交流、滑移系统、单晶滑移、滑移总是沿着某一晶面和该晶面上的某一晶向进行，分别称为滑移面和滑移方向；滑动平面和其上的滑动方向形成滑动系统。滑移系统在一定程度上决定了金属的塑性。例如，面心立方和体心立方金属的塑性优于紧

16、密堆积的六方金属。然而，在相同的条件下，金属的塑性也取决于诸如滑移面上原子的紧密排列和滑移方向的数量等因素。84，PPT学习交换，(a)面心立方晶体，晶体结构的三个滑移系统，面心立方金属的12个滑移系统，111，85，PPT学习交换，(c)体心立方晶体，12-48个可能的滑移系统：110，112，123.86，PPT学习交换，(.滑动系统是一种空间定向或滑动时的可能性。因此，滑移系统越多，金属的变形能力就越大。常见的金属滑动系统如下：88、PPT学习和交流，以及2、临界切削应力。只有当滑移系统中外力的切割应力首先达到某一临界值时，滑移系统才开始，晶体才开始滑移。这种切缝应力被称为滑移的临界切缝应力，它是启动滑移系统的最小切缝应力。该应力与外力f方向相同，可分解为两个分量应力，一个是垂直于滑动面