第7章无机材料的受力形变ppt课件.ppt

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1、第7章无机材料的受力形变7.1无机材料的受力形变7.1.1无机材料的应力、应变及弹性形变1）形变：各种材料在外力作用下发生形状和大小的变化。2）不同材料的形变行为不同.①无机材料通常随应力的增大，先发生弹性形变，然后断裂，中间没有塑性形变阶段，总的弹性形变能小，这是脆性材料的形变特征.②对低碳钢等延性材料，弹性形变→弹塑性形变→断裂，形变能大。③弹性材料：很大的弹性形变，无残余形变.3）应力：单位面积上所受的内力σ=F/A名义（工程）应力真实应力：A为受力F后的真面积。σ…法向应力,τ…剪应力应力σ和τ的下标第一

2、个字母表面应力作用面的法线方向,第二个字母表示应力作用的方向.规定法向应力为拉应力时为正,若为压应时规定为负。法向应力导致材料伸长或缩短，剪应力引起材料剪切畸变。４）应变①ε叫名义（工程）应变，当改为应变时的真实长度时，ε称为真实应变。为方便使用多采用名义应变。②剪(切)应变:物体内部体积元上二个面元之间夹角的变化③一个点的应力状态可用6个应力分量来表示，一个点的应变状态亦可由6个应变分量来决定：5）弹性形变①广义虎克定律对各向同性体，在单向应力下该式表示应力与应变间有线性关系，E为弹性模量，它是单位弹性形变所需

3、要的应力，是原子间结合强度的一个标志。当x方向伸长时，该物体y和z方向的收缩εy和εz，横向变形系数μ也叫泊松比：对于弹性形变，一般金属的泊松比0.29~0.33，无机材料的泊松比0.2~0.25如物体同时受三个方向的正应力，则各方向的总应变是各方向应力引起的应变的叠加。G为剪切模量或刚性模量。G,E,μ之间的关系：剪切应变在各向等静压力P作用于各向同性体时，则相应的体积变化为：定义各向等同的压力P除以体积变化为材料的体积模量K:对各向异性材料(单晶和织构材料)：在单向受应力σx时，y方向的应变：称为弹性柔顺系数

4、。剪应力也会对正应变有影响，所以对各向异性体在复杂应力作用下的应变情况的表达式是复杂的。②弹性模量弹性模量是原子间结合力强度的一个标志。在两相系统中，假定两相的泊松比相同，在力的作用下应变相同，则总弹性模量最高值EU（上限模量）EU=E1V1+E2V2V1和V2分别为第1相和第2相的体积分数。两相材料最小模量（下限模量EL）:对气孔率为P的材料，弹性模量的经验式：E=E0(1-1.9P+0.9P2)③粘弹性和滞弹性A,滞弹性指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。情形一：加载时应变落后于

5、应力而与时间有关的滞弹性也称为正弹性后效或弹性蠕变（变形随时间延长），此时弹性模量随时间减小，情形二：如果施加恒定应变，则应力随时间而减小，这种现象叫做驰豫，此时弹性模量Er随时间变化：B,粘弹性：材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在的力学行为，其特征是应力的响应不是瞬时完成的，但卸载后，应变恢复到初始值，不留下残余变形。应力和应变的关系和时间有关。陶瓷材料的滞弹性往往因残余的玻璃相而引起。7.1.2无机材料中晶相的塑性形变1）塑性变形指外力移去后不能恢复的变形。材料在塑性变形时不破坏的能力叫延展性。

6、无机材料的最大缺陷就是缺乏延展性，从而使其应用大受限制。四方氧化锆单斜的氧化锆，相变塑性，相变增韧。2）晶格滑移除孪晶外，滑移是晶体中常见的现象，体现为晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，晶体滑动总是发生在主要晶面和主要晶向上，这些晶面和晶向指数较小，原子密度大，只要滑移较小的距离就可使晶体结构复原。滑移系统：滑动面+滑动方向MgO的滑移系统：(110)+特点：a.滑移距离小；b.滑移时不会遇到同号离子的斥力.剪应力大的面易滑移。金属易滑移而产生塑性变形的原因是金属的滑移系统很多。多晶材料比单晶材料更难滑移。3

7、）塑性变形与位错①晶体的晶格滑移常是位错运动的结果②位错运动激活能和剪应力有关，剪应力大，则需要的激活能小；在无剪应力时，激活能等于邻近原子迁移到空位的势垒。③位错运动速度k…波尔兹曼常数a.从上式可知，低温时，v很小，且无机材料的大于金属材料，故无机材料在室温下位错很困难。b.由于无机材料滑移面少，难于得到足够的剪切力支持位错运动。c.多晶的位错常会在晶界部位塞积而终止，难以形成宏观滑移。d.温度升高时，位错速度加快，所以在高温下也可有一定的塑性变形。a.从上式可知，低温时，v很小，且无机材料的大于金属材料，故

8、无机材料在室温下位错很困难。b.由于无机材料滑移面少，难于得到足够的剪切力支持位错运动。c.多晶的位错常会在晶界部位塞积而终止，难以形成宏观滑移。d.温度升高时，位错速度加快，所以在高温下也可有一定的塑性变形。位错形成能：E=aGb2a…常数G…剪切模量b…柏氏矢量4）塑性形变与屈服强度①塑性形变速度与剪应力的大小成正比。②塑性变形速度ε大，相应的剪应力最大值也大，宏观屈