材料物理-材料的受力形变.ppt

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1、材料物理哈尔滨理工大学应用科学学院材料物理系姜越9/6/2021材料科学物理科学材料物理绪论物理学概念、原理等物理学模型材料性能研究内容：物理性能与材料的成分、结构、工艺过程的关系及其变化规律。热学性能电学性能光学性能材料物理性能磁学性能声学性能力学性能本课程的内容庞杂，每章都自成体系。从四个方面进行学习：基本概念、物理本质、影响因素和分析应用。学习要求：1、掌握基本概念2、定性了解各种物理性能的物理本质使用教材：本课程讲授内容一、力学性能二、热学性能三、电学性能四、磁学性能考核办法：期末考试80%，平时20%。平时成绩：测验3次75%,出勤25%。迟到5次或旷课3次及以上，出勤成绩为0分；2

2、.1应力和应变2.2弹性形变2.3滞弹性2.4材料的塑性形变2.5材料的高温蠕变第2章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，称之为形变。形变：形变方式：作用力较小—弹性形变（可逆）；作用力较大—塑性形变（不可逆）；高温恒应力条件下—蠕变；基本力学行为：材料受力→弹性形变→塑性形变→断裂基本力学指标：强度塑性韧性屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率单向静载荷拉伸试验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。应力的定义：单位面积上所受的内力。一、应力2.1应力和应变FSL0LS0伸长外力面积应力单位：1Pa=1N/m2分类：工程应力（名义应力

3、）：真实应力：FSL0LS0伸长变形小时：分类：正应力：剪切应力：同作用面垂直的称为正应力，同作用面平行的称为切应力，正应力引起材料的伸长或缩短，切应力引起材料的畸变，并使材料发生转动。S01.单向拉伸应变F二、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：真实应变：量纲：无SL0LS0伸长F名义应变和真实应变通常为了方便起见都用名义应变。小形变时基本相同大形变时差别较大SL0LS0FF2.剪应变定义：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角的变化。外力方向与作用面平行——切应力3.压缩应变（体积应变）V0V受流体静压力作用压缩应力静压力P压缩应变三、应力与应变曲线不同材料的变形

4、行为不同××1.脆性材料（陶瓷）：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（金属）：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（橡胶）：如上图曲线（c），没有残余形变。材料的形变是重要的力学性能，与材料的制造、加工和使用都有着密切的关系。因此，研究材料在受力情况下产生形变的规律是有重要意义的。2.2弹性形变物体在外力的作用下会发生形变，当外力撤销后有些物体可以恢复到原来的形状。物体这种能消除由外力引起的形变的性能，称为弹性。外力去除后，形变完全消失的现象

5、叫弹性形变。一、虎克定律（应力与应变的关系）a以单向拉伸为例各向同性体xz弹性模量弹性模量，对各向同性体为一常数。表示材料抵抗弹性变形的能力。当长方体伸长时，侧向要发生横向收缩。横向变形系数（泊松比）泊松比：表示材料在受外力作用时，侧向收缩能力对于弹性形变，金属材料的泊松比为0.29~0.33，无机材料为0.2～0.25。长方体在单向正应力作用下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。广义虎克定律为：虎克定律：对于剪切应变，则有：式中为剪切模量或切变模量。之间有下列关系：——各向同等的压力除以体积变化为材料的体积弹性

6、模量。对于均匀压缩应变则有：弹性模量拉伸模量E剪切模量G体积模量K关系：理论上：二、弹性变形机理1、弹性的特点（1）可逆性（2）单值线性（线弹性）（3）变形量较小一般：金属、陶瓷、结晶态高聚物小于1%例外：橡胶态高聚物：1000%、非线性2、弹性变形的本质（过程）无外力作用时，原子在平衡位置作微振动。弹性变形本质：构成材料的原子（离子）或分子从平衡位置产生可逆位移的反映。在r0附近结论：ks的大小反映了原子间的作用力曲线在r=r0处斜率大小。3、原子间相互作用力和弹性常数的关系4、原子间的势能与弹性常数的关系就是势能曲线在最小值处的曲率，它是δ与无关的常数。结论：弹性系数ks的大小实质上反映了

7、原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。弹性系数ks对于一定的材料它是个常数，它代表了对原子间弹性位移的抗力，即原子结合力。5、弹性模量弹性模量E是一个重要的材料常数，它是原子间结合强度的一个标志。微观上：表征了原子间结合能的大小。宏观上：表征了材料抵抗弹性变形的能力。弹性模量E：E共价键＞E离子键＞E金属键＞E分子键E无机非金属＞E金属＞E高聚物E化学键＞E物理键三、弹性模量的影响因素量。弹性模量E：