《无机材料物理性能》2解析课件.ppt

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1、第一节应力、应变及弹性形变第三节无机材料中晶相的塑性形变第四节高温下玻璃相的粘性流动第五节　无机材料的高温蠕变第一章无机材料的受力形变各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化，称为形变。第一节材料的应力、应变及弹性形变1.脆性材料：如上图曲线（a），即在弹性变形后没有塑性变形（或塑性变形很小）接着就是断裂，总弹性应变能非常小。不同材料的变形行为不同。2.延性材料：如上图曲线（b）开始为弹性形变，接着有一段弹塑性形变，然后才断裂，总变形能很大。3.弹性材料：如上图曲线（c），没有残余形变。无机材料的形变是重

2、要的力学性能，与材料的制造、加工和使用都有着密切的关系。因此，研究无机材料在受力情况下产生形变的规律是有重要意义的。一、基本概念１、应力与应变２、剪应力与剪应变1）应力材料在外力作用下都要产生内力，同时发生形变。通常内力用应力描述，形变则用应变表示。定义：应力:单位面积上所受的内力。１、应力与应变——外力，单位；——应力，单位；——面积，单位.定义：名义应力：——材料受力前的初始面积2）应　变应变是用来描述物体内部各质点之间的相对位移。名义应变和真实应变一根长度为L0的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L1，则

3、应变的定义为：ε称为名义应变。如果上式中分母不是L0，而是随拉伸而变化的真实长度L，则真实应变为通常为了方便起见都用名义应变。2. 剪应力与剪应变剪力：沿着截面的内力。如存在一对方向相反，作用线相距很近的横向集中力，则必有剪切的趋势。剪应力：某截面单位面积上剪力的大小。常表示为：τ＝Q/A(Pa)工程构件受力模型剪切剪应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角的变化。PABCDEABULF负荷作用在面积为S的ABCD面上，剪切应力：=P/S;剪切应变：=U/L=tg.正应力引起材料的伸长或

4、缩短，剪应力引起材料的畸变，并使材料发生转动。1、应力分析下面围绕材料内部一点P取一体积单元，体积元的六个面均垂直于坐标轴X，Y，Z。分析点P应力状态。二、任意的力在任意方向上作用于物体说明：1）下角标意义：每个面都有一个法向应力σ和两个剪应力τ。应力分量σ，τ的下标第一个字母表示应力作用面的法线方向。第二个字母表示应力的作用方向。2）正负规定：法向应力：若为拉应力，则规定为正；若为压应力，则规定为负。剪应力：如果体积元任一面上的法向应力与坐标轴的正方向相同，则该面上的剪应力指向坐标轴的正方向者为正；如果该

5、面上的法向应力指向坐标轴的负方向，则剪应力指向坐标轴的负方向者为正。剪应力的正负号规定：正剪应力负剪应力3）应力间关系：根据平衡条件，体积元上相对的两个平行面上的法向应力是大小相等，正负号一样。任一平面的两个剪应力相垂直。由于剪应力互等定理:故一点的应力状态由六个应力分量表示:2、应变分析xyαβdydxACBC′A′B′o如上图：研究物体中一点的应变状态，在物体内围绕该点取出一体积元点处沿方向的位移分量为点处沿方向的正应变是：同理:1）正应变下面考察之间夹角变化。之间的畸变夹角为：由此可见，线段之间原来的

6、直角减少同理，之间的畸变夹角为2）剪应变一点的应变状态由与应力分量对应的六个应变分量决定，即三个剪应变分量及三个伸长应变分量因此，平面之间的剪应变为：一长方体，各棱边平行于坐标轴，在垂直于轴的两个面上受有均匀分布的正应力三.广义虎克定律1、各向同性体的虎克定律各向同性体：各个方向上（三维）结构、性质都相同，因此，各方向上的弹性模量相同。对于各向同性体，这些正应力不会引起长方体的角度改变。长方体在x轴的相对伸长可表示为：式中为弹性模量，对各向同性体为一常数。表示材料抵抗变形的能力。当长方体伸长时，侧向要发生横

7、向收缩横向变形系数，叫做泊松比。若长方体各面分别受有均匀分布的正应力,则在各方面的总应变可以将三个应力分量中的第一个应力分量引起的应变分量叠加而求得。此时，虎克定律为：对于剪应变，则有：式中为剪切模量或刚性模量。之间有下列关系：大多数多晶材料虽然微观上各晶粒具有方向性，但因晶粒数量很大，且随机排列，故宏观上可以当作各向同性体处理。对于弹性形变，金属材料的泊松比为0.29~0.33，无机材料为0.2～0.25。无机材料的弹性模量E随材料不同变化范围大，约为109～1011Pa。2、各向异性体的虎克定律单晶及具

8、有织构的材料或复合材料（用纤维增强）具有明显的方向性，在此情况下，各方向的弹性模量不同，泊松比也不同。虎克定律描述了更一般的s-e关系。1）在单向受应力时，方向上的应变为：式中：称之为弹性柔顺系数柔顺系数中，下标十位数为应变方向；个位数为所受应力的方向。同理：2）三个方向同时受应力同时受三个方向的正应力，在x,y,z方向的应变为：yy=yy/Ey+S21yy+S23zzzz=zz/Ez+S31yy+