材料弹性及内耗测试技术概要备课讲稿.ppt

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1、材料弹性及内耗测试技术概要弹性模量及内耗的定义胡克定律：在施加给材料的应力F和所引起的应变D之间存在线性关系式中，比例常数M是一个与材料性质有关的物理常数，而不随施加应力的大小而变化，称为弹性模量或简称模量弹性模量M依应力状态的形式而异，对于各向同性的材料而言：单向拉伸或压缩时用正弹性模量E（又称杨氏模量）来表征。当受到剪切形变时用剪切弹性模量G（又称剪切模量）来表征；当受到各向体积压缩时用体积弹性模量K（又称流体静压模量）来表征、、P分别为正应力、切应力和体积压缩应力；、、分别为线应变、切应变和体积应

2、变E、G、K具有相同的物理意义，都代表了产生单位应变所需的应力，是材料弹性形变难易的衡量从微观上讲，弹性模量表征了材料中原子、离子或分子间的结合力表现出从弹性形变向范性变形过渡的“弹性极限”和“屈服极限”就其本质而言，是塑性性能而不是弹性性能由于材料在形变过程中内部存在着各种微观的“非弹性”过程，即使在胡克定律适用范围内材料的弹性也是不完全的。材料的这种特性在交变载荷的情况下表现为应变对应力的滞后，称为滞弹性固体的自由振动并不是可以永远延续下去的，即使处于与外界完全隔离的真空中，其振动也会逐渐停止由于固体内部的原

3、因使机械能消耗的现象称为“内耗”弹性模量的影响因素原子结构的影响温度的影响相变的影响合金元素的影响弹性模量的影响因素－原子结构弹性模量是组织不敏感量，其表征了原子结合力的大小，由此，其和原子结构有着密切的联系在元素周期表中，原子结构呈周期性变化，在常温下，弹性模量随原子序数的增加而呈周期性变化；在两个短周期中弹性模量随原子序数一起增大，这与价电子数目的增加和原子半径的减小有关同一族的元素，随原子序数的增大，弹性模量减小过渡族的金属表现出特殊的规律性，它们的弹性模量都比较大，这可以认为是由于d层电子引起较大原子结合

4、力的缘故。过渡族金属与普通金属弹性模量的不同之处还在于随着原子序数的增加出现一个最大值，，且在同一组过渡族金属中，弹性模量与原子半径一起增大弹性模量的影响因素－温度弹性模量表征了原子结合力的大小温度的升高，材料发生热膨胀现象，原子间结合力减弱金属与合金的弹性模量将要降低，且随着温度的升高，温度对弹性模量的影响大大增加弹性模量的影响因素－相变材料内部的相变（如多晶型转变、有序化转变、铁磁性转变以及超导转变）都对弹性模量产生比较显著的影响，其中有些转变的影响在很宽范围内发生，另一些转变则在比较窄的温度范围里引起模量的

5、突变，这是由于原子在晶体学上的重构和磁的重构所造成的。弹性模量的影响因素－合金元素在固态完全互溶的情况下，即当两种金属具有同类型空间点阵，且其价数及原子半径也相近的情况下，二元固溶体的弹性模量作为原子浓度的函数呈近线性关系Cu-Ni合金的模量弹性模量的影响因素－合金元素在有限固溶的情况下，溶质对弹性模量的影响有以下三个方面：由于溶质原子的加入造成点阵畸变，引起合金弹性模量的降低；溶质原子可能阻碍位错线的弯曲和运动，会减弱点阵畸变对弹性模量的影响；当溶质和熔剂原子间结合力比熔剂原子间结合力大时，会引起弹性模量增加，

6、反之，降低。可见，溶质可以使固溶体弹性模量增加，也可使之降低，视上述作用强弱而定。弹性常数的测定模量的测试方法归纳起来可以分为两大类：静力法和动力法。静力法：是在静载荷下，通过测量应力和应变，建立起它们之间的关系曲线，然后根据胡克定律，以弹性形变区的线性关系计算模量值动力法：利用材料的弹性模量与所制成试棒的本征频率或弹性应力波在材料（介质）中传播速度之间的关系进行测定和计算——弹性模量与试样的固有振动频率平方成正比静力法和动力法的区别。理论上：缓慢的静力加载过程可以看作近似于等温形变，因此所测得的弹性模量为等温模

7、量Mi，而高频的机械振动过程则足够准确地接近于绝热形变，因此所得到的为绝热模量Ma数值上：对金属材料而言，Mi和Ma之间的差异不超过0.5%，故静力法和动力法所得到的模量通常被认为是等效的必须指出，没有任何一种实验方法直接以实验结果给出弹性性能值，总是测量各种其他的量，而弹性性能乃是按照某种关系对所测得的量进行计算综合的结果目前，各种材料的弹性性能，通常时优先考虑由基于声频和超声振动的动力法，动力法能给出较准确的结果外，动力法具有方法上的灵活性，即在对试样没有很强的作用下，可以在同一个试样上跟踪研究不同的连续变化

8、因素与弹性模量的关系动力法目前最广泛应用的要数共振棒法通常是把待测的材料制成等截面的棒状试样，在特定的支承条件下，由外部提供频率可变的激发信号，使试棒在某一频率信号的激发下处于共振状态，根据所记录的共振频率按其与模量的特定关系进行计算。激发方式按传感器的形式可分为：电磁发、静电法、涡流法和压电晶体法振动的模式：纵振动、扭振动和弯振动等试棒的支承形式：下支承形式、悬挂形式、