材料物理性能总结课件.ppt

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1、材料力学性能1材料的静拉伸力学性能1.1、拉伸试件的形状和尺寸试件的标距长度l0比直径d0要大得多；通常，l0=5d0（短试样）或l0=10d0（长试样）试件的标距长度l0应满足下列关系式：l0=5.65A01/2或11.3A01/21.2、力——伸长曲线工程应力一工程应变曲线真实应力应变曲线性能指标屈服强度s抗拉强度b延伸率断面收缩率ψ比例极限σp弹性比功We弹性极限σe断裂强度σE比模数/比刚度屈强比颈缩条件：n=e塑性断裂、脆性断裂类型穿晶断裂、沿晶断裂、解理断裂、沿微孔聚合型断裂断口特征：塑性断口、脆性断口性

2、能指标1.3非理想弹性1.3.1滞弹性：1）正弹性后效，快速加载-弹性蠕变。(变形随着时间而延长的现象）2）负弹性后效，快速卸载-反弹性后效。1.3.2粘弹性：1）应力松弛：恒应变条件下，应力随时间逐渐下降的现象。2）在恒应力条件下，应变随时间延长发生蠕变。1.3.3伪弹性：在一定的温度条件下，应力达到一定水平之后，金属和合金诱发相变，使得材料伴随应力产生大量弹性变形的现象。应用，形状记忆合金。1.3.4包申格效应产生了少量塑性变形的材料，再同向加载则弹性极限与屈服强度升高；反向加载则弹性极限与屈服强度降低的现象。2.材料

3、在其他静加载下的力学性能2.1应力状态软性系数：最大切应力τmax与最大正应力Smax之比，即α=τmax/Smaxα值愈大，应力状态愈“柔”，愈易变形而较不易开裂，即愈易处于韧性状态。α值愈小，则相反，愈易倾向脆性断裂。2.2对于金属材料，特别是钢铁材料，结构钢常温下的力学性能由拉伸试验评定；工具钢常温下的力学性能由弯曲试验评定。单向压缩时应力状态的柔度系数大，故用于测定脆性材料2.3缺口试样静载力学性能：缺口效应、缺口敏感度2.4硬度3.1一次冲击实验-冲击韧性：aK=Ak/Fn多次冲击实验-多冲抗力规律（1）A较高时

4、，取决于塑性，A较低时，取决于强度（2）不同的冲击能量要求不同的强度和塑性配合（3）akv对冲断抗力的影响3.2低温脆性冲击吸收功-温度曲线3材料的冲击韧性和低温脆性格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波。格波°nn+2n-1n+1n-2°°°°°°°°°°°°°°2/q=格波的特点：晶格中原子的振动；相邻原子间存在固定的位相。2、格波与一般连续介质波的异同点？格波特点：晶格中原子的振动；相邻原子间存在固定的位相。格波与一般连续介质波相比较，

5、相同点：振动方程形式类似。区别：1）连续介质波中x表示空间任意一点，而格波只取呈周期性排列的格点位置；2）一个格波解表示所有原子同时做频率为w的振动，不同原子间有位相差，相邻原子间位相差为aq；3）二者的重要区别在于波矢的涵义，同一振动状态对应多个波矢，或多个波矢为同一振动状态。1热性能的物理基础1.1晶格热振动1.2低频率格波:频率低、质点间位相差不大——声频支（类似弹性体中的应变波）高频率格波:频率高、质点间位相差很大——光频支（邻近质点的运动几乎相反）3、声学波和光学波的区别？热容:材料在温度变化时且无相变及化学反应

6、条件下，温度升高1K所吸收的热量。单位：J/K。比热容、质量热容、摩尔热容、平均比热容、定压热容、定容热容（1）与均是温度的函数（2）（3）实验上测定方便，但理论上更有意义。2、热容2.1热容理论假设条件：能量按自由度均分原则：1)在平衡状态下，气体、液体和固体分子的任何一种运动形式的每一个自由度的平均动能都是kT/2。其中k是波尔兹曼常数，T是绝对温度。2)固体中原子具有三个自由度，其平均动能为3kT/2。3)固体中振动着的原子的动能与势能周期性变化，其平均动能和平均势能相等，所以一个原子平均能量为3kT。4）一摩尔固体

7、的能量：E=N03kT=3RT其中N0为阿伏伽德罗常数，R为气体常数。5）所以固体摩尔热容即杜隆－珀替定律。由上图可见低温下固体的摩尔热容与3R有很多的偏离。原因是由于用气体分子运动的模型处理固体的热容过于简单。模型认为质点的能量是可以连续变化的，而实际上固体中原子振动的能量是量子化的，必须考虑量子效应。实际上，温度对材料的热容有影响。而杜隆-珀替定律认为与温度无关，与实验事实不符合。爱因斯坦模型假设：晶体中所有原子都以相同的角频率ωE振动，且各振动相互独立。一摩尔晶体的平均能量其中称为爱因斯坦温度，一般为100-300K

8、。晶格热振动的摩尔热容量子理论高温时T>>0很大，ΘE/T<<1，所以CmV≈3N0k=3R，即杜隆－珀替定律。温度很低时T→0，ΘE/T>>1，所以T→0则CmV→0，与实验相符。但CmV按指数规律快速下降，比实验值更快地趋于零。（3）德拜(Debye)热容模型德拜热容模型假设：晶体是各向同性连续介质