材料物理性能 教学课件 作者 陈騑騢_ 第五章.ppt

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1、第五章　弹性与滞弹性第一节　材料的弹性第二节　影响弹性模量的因素第三节　弹性模量的各向异性第四节　弹性的铁磁性反常第五节　弹性模量的测量及应用第六节　滞弹性与内耗第七节　内耗产生的机制第八节　内耗的量度和内耗的测量方法第九节　内耗分析的应用第一节　材料的弹性一、弹性模量及其物理本质二、弹性模量与原子结构的关系一、弹性模量及其物理本质材料在未受外力作用时，原子处于平衡位置，原子间的斥力和引力相平衡，此时原子具有最低的位能。当外力不大时，只能部分克服原子间的相互作用力，使原子发生相对位移而改变原子间距，产生弹性应

2、变。外力去除后，原子将恢复到原先的平衡位置，即弹性应变消失。由此可见，弹性模量的物理本质是标志原子间结合力的大小。材料原子间结合力越大，其弹性模量越高。二、弹性模量与原子结构的关系图5-1　弹性模量周期变化示意图二、弹性模量与原子结构的关系表5-1　铁的各晶向弹性模量第二节　影响弹性模量的因素一、温度的影响二、相变的影响三、合金成分与组织的影响四、无机材料的弹性模量一、温度的影响图5-2　金属弹性模量与温度的关系二、相变的影响图5-3　相变对弹性模量-温度曲线的影响二、相变的影响图5-4　Cu-Ni合金的弹性

3、模量三、合金成分与组织的影响(一)形成固溶体合金(二)形成化合物和多相合金(三)加工硬化的影响(一)形成固溶体合金图5-5　Ag-Pd和Au-Pd合金的弹性模量图5-6　溶质组元含量对Cu、Ag基固溶体弹性模量的影响a)Cu　b)Ag图5-7　弹性模量E与Mg、Al、Au基固溶体成分的关系a)Mg　b)Al　c)Au(二)形成化合物和多相合金05-08(二)形成化合物和多相合金图5-9　锰铜合金的弹性模量(二)形成化合物和多相合金图5-10　Fe-42%Ni-5.2%Cr-2.5%Ti合金弹性模量与时效温度的

4、关系(三)加工硬化的影响加工硬化可使退火钢的弹性模量下降约4%～6%。若对铝、镍、铜等金属进行强烈拉拔时，金属内部产生织构，会导致明显的各向异性，沿着拉拔方向的弹性模量将增大，这将在下节专门讨论。四、无机材料的弹性模量(一)多孔陶瓷材料的弹性模量(二)双相陶瓷的弹性模量四、无机材料的弹性模量表5-2　一些工程材料的弹性模量、熔点和键型(一)多孔陶瓷材料的弹性模量图5-11　弹性模量E与气孔率关系，实线为最好的拟合直线(二)双相陶瓷的弹性模量图5-12　三明治结构复相陶瓷(二)双相陶瓷的弹性模量图5-13　弹性

5、模量计算模型与实验数据比较(二)双相陶瓷的弹性模量图5-14　A+Zr+Si复相陶瓷的弹性模量第三节　弹性模量的各向异性表5-3　金属弹性模量的各向异性第三节　弹性模量的各向异性表5-4　一些工程材料的形变织构特征第三节　弹性模量的各向异性图5-15　铜板材弹性模量各向异性示意图第三节　弹性模量的各向异性图5-16　定向凝固对K3镍基合金高温弹性模量的影响○—铸态K3合金E　△—铸态K3合金G　●—定向凝固K3合金　▲—定向凝固K3合金●第四节　弹性的铁磁性反常图5-17　铁磁材料的应力-应变曲线

6、第四节　弹性的铁磁性反常图5-18　不同磁场下镍的弹性模量与温度的关系第四节　弹性的铁磁性反常图5-19　42%Ni+58%FeInvar合金弹性模量与温度的关系2.5滞弹性流变学研究物体的流动和变形科学，综合研究物体的弹性形变、塑形形变和粘性流动。例如：水泥砂浆和新拌混凝土粘性、塑性、弹性的演变和硬化混凝土的徐变；金属材料高温徐变、应力松弛；高温玻璃液特性；高聚合物加工成形等都涉及到流动和变形。1.流变学基础流变特性：物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。即用一些参数把应力和应变的关系表示为流变方程式

7、。流变模型的作用：用某些理想元件组成的模型，近似而定性的模拟某些真实物体的力学结构，并以作用力和变形关系导出物体流变方程。虎克固体模型：一个完全弹性的弹簧，应力和应变服从虎克定律。GG---剪切模量或E牛顿液体模型：一个带孔活塞在装满粘性液体的圆柱形容器内运动。液体服从牛顿液体定律。或E---速度梯度，相当于形变；---粘度（粘性系数）圣维南塑性固体模型：一个静置桌面上的重物，与桌面间存在摩擦力，当作用力稍大于静摩擦力时，重物即以匀速移动（应力不超过某一限定值以前，物体为刚性，一

8、旦超过限定值，则会迅速流动变形）。=tt---屈服应力（1）基本模型虎克型牛顿型圣维南型流动曲线摩擦力F弹簧PPP带孔活塞粘性液体Pdv/dyt变形将基本模型元件串联或并联起来，进行各种串并联组合，模拟各种物体的力学结构。常用的组合模型如下：（2）组合模型宾汉体马克斯韦尔液体（液态粘弹性物体）开尔文固体（固态粘弹性物体）宾汉体流变方程：－tdv/dy或－t硅藻土、瓷