材料的受力形變解析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1材料材料(cilio)的受力形變解析的受力形變解析第一頁，共86頁。第一節(jié)第一節(jié) 材料的應(yīng)力、應(yīng)變及彈性形材料的應(yīng)力、應(yīng)變及彈性形變變第1頁/共86頁第二頁，共86頁。l1.脆性材料：如上圖曲線（脆性材料：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒有塑性），即在彈性變形后沒有塑性變形（或塑性變形很?。┙又褪菙嗔?，總彈性應(yīng)變變形（或塑性變形很?。┙又褪菙嗔?，總彈性應(yīng)變(yngbin)能非常小。能非常小。不同材料不同材料(cilio)的變形行為不同。的變形行為不同。l2.延性材料：如上圖曲線（延性材料：如上圖曲線（b） 開始為彈性形變開始為彈性形變(xngbin)，接著有一段彈塑性形變，接著有

2、一段彈塑性形變(xngbin)，然，然 后才斷裂，總變形后才斷裂，總變形能很大。能很大。l3.彈性材料：彈性材料：如上圖曲線（c），沒有殘余形變。第2頁/共86頁第三頁，共86頁。 無機(jī)材料的形變是重要的力學(xué)性能，與材料的制造、加工和使用都有著密切的關(guān)系。因此，研究無機(jī)材料在受力情況無機(jī)材料的形變是重要的力學(xué)性能，與材料的制造、加工和使用都有著密切的關(guān)系。因此，研究無機(jī)材料在受力情況(qngkung)下產(chǎn)生形變的規(guī)律是有重要意義的。下產(chǎn)生形變的規(guī)律是有重要意義的。第3頁/共86頁第四頁，共86頁。 一、應(yīng)一、應(yīng) 力力AF=外力，單位 ；應(yīng)力(yngl)，單位 ； 面積，單位 . 定義：名義應(yīng)力

3、：00AF=材料受力前的初始面積0AFAPam2N第4頁/共86頁第五頁，共86頁。xyz zx xy yy xx zz yz zy yx xz應(yīng)力分量應(yīng)力分量S圍繞材料內(nèi)部一點(diǎn)圍繞材料內(nèi)部一點(diǎn)P，取一體積單元取一體積單元1.2 任意的力在任意方向上作用于物體任意的力在任意方向上作用于物體1. 應(yīng)力應(yīng)力第5頁/共86頁第六頁，共86頁。2. 剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變負(fù)荷作用在面積為負(fù)荷作用在面積為S的的ABCD面上，面上，剪切應(yīng)力：剪切應(yīng)力： =P/S; 剪切應(yīng)變：剪切應(yīng)變： =U/L=tg.正應(yīng)力引起材料的伸長或縮短，剪應(yīng)力引起材料的正應(yīng)力引起材料的伸長或縮短，剪應(yīng)力引起材料的畸

4、變，并使材料發(fā)生轉(zhuǎn)動?；?，并使材料發(fā)生轉(zhuǎn)動。PABCDEA B ULF第6頁/共86頁第七頁，共86頁。說明：說明：下腳標(biāo)的意義：下腳標(biāo)的意義：每個面上有一個法向應(yīng)力和兩個剪應(yīng)力，應(yīng)力分量下標(biāo)每個面上有一個法向應(yīng)力和兩個剪應(yīng)力，應(yīng)力分量下標(biāo)：第一個字母表示應(yīng)力作用面的法線方向；第一個字母表示應(yīng)力作用面的法線方向；第二個字母表示應(yīng)力的作用方向。第二個字母表示應(yīng)力的作用方向。方向的規(guī)定方向的規(guī)定正應(yīng)力的正負(fù)號規(guī)定：拉應(yīng)力（張應(yīng)力）為正，壓應(yīng)力正應(yīng)力的正負(fù)號規(guī)定：拉應(yīng)力（張應(yīng)力）為正，壓應(yīng)力為負(fù)。為負(fù)。剪應(yīng)力的正負(fù)號規(guī)定：剪應(yīng)力的正負(fù)號規(guī)定：正剪應(yīng)力正剪應(yīng)力負(fù)剪應(yīng)力負(fù)剪應(yīng)力第7頁/共86頁第八頁，

5、共86頁。應(yīng)力間存在以下關(guān)系：應(yīng)力間存在以下關(guān)系：根據(jù)平衡條件，體積元上相對根據(jù)平衡條件，體積元上相對(xingdu)的兩個平行平的兩個平行平面上的法向應(yīng)力大小相等，方向相反；面上的法向應(yīng)力大小相等，方向相反；剪應(yīng)力作用在物體上的總力矩等于零。剪應(yīng)力作用在物體上的總力矩等于零。應(yīng)力應(yīng)力張量張量T1T2T3T4T5T6 xx yy zz yz zx xy結(jié)論：一點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)論：一點(diǎn)的應(yīng)力(yngl)狀態(tài)有六個分量決定狀態(tài)有六個分量決定體積元上任意面上的法向應(yīng)力與坐標(biāo)軸的正方向相同體積元上任意面上的法向應(yīng)力與坐標(biāo)軸的正方向相同(xin tn)，則該面上的剪應(yīng)力指向坐標(biāo)軸的正方向者為正；，則該面上的剪

6、應(yīng)力指向坐標(biāo)軸的正方向者為正；如果該面上的法向應(yīng)力指向坐標(biāo)軸的負(fù)方向，則剪應(yīng)力指如果該面上的法向應(yīng)力指向坐標(biāo)軸的負(fù)方向，則剪應(yīng)力指向坐標(biāo)軸的正方向者為負(fù)。向坐標(biāo)軸的正方向者為負(fù)。第8頁/共86頁第九頁，共86頁。0L1L0001)-(LLLLL0LL01ln10LLLdLLLtrue=第9頁/共86頁第十頁，共86頁。AOBOAOByx,2. 剪應(yīng)變剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個面元之間的夾角的變化。形變未發(fā)生時線元 及 之間的夾角 形變后為 ，則 間的剪應(yīng)變定義為：+=xy通常為了(wi le)方便起見都用名義應(yīng)變。BOA第10頁/共86頁第十一頁，共86頁。第11頁/共86頁第十二頁

7、，共86頁。Odzdydx，、zyx，A點(diǎn)在點(diǎn)在x方向的位移是：方向的位移是：u+( u/ x)dx， OA的長的長度增加度增加( u/ x)dx.O點(diǎn)在點(diǎn)在 y方向的應(yīng)變：方向的應(yīng)變： v/ x, A點(diǎn)在點(diǎn)在y方向的位方向的位移移v +( v/ x)dx,A點(diǎn)在點(diǎn)在y方向相對方向相對O點(diǎn)的位移為：點(diǎn)的位移為： ( v/ x)dx,同理：同理：B點(diǎn)在點(diǎn)在x方向相對方向相對O點(diǎn)的位移為：點(diǎn)的位移為： ( u/ y)dy。、wvu第12頁/共86頁第十三頁，共86頁。線段線段OA及及OB之間的夾角變化之間的夾角變化(binhu)OA與與OA間的夾角間的夾角 =(v/x)dx/dx= v/x OB與

8、與OB間的夾角間的夾角= (u/y)dy/dy=u/y線段線段OA及及OB之間的夾角減少了之間的夾角減少了v/x +u/y，xz平面的剪應(yīng)變?yōu)槠矫娴募魬?yīng)變?yōu)? xy= v/x +u/y （xy與與yx)第13頁/共86頁第十四頁，共86頁。 一點(diǎn)(y din)的應(yīng)變狀態(tài)由與應(yīng)力分量對應(yīng)的六個應(yīng)變分量決定，即三個剪應(yīng)變分量 及三個伸長應(yīng)變分量因此(ync)，平面 之間的剪應(yīng)變?yōu)椋簔uxwywzvyuxvzxyzxyyzxz與zxyzxy，。，zzyyxx第14頁/共86頁第十五頁，共86頁。三三. 材料的彈性材料的彈性(tnxng)變形行為變形行為xx第15頁/共86頁第十六頁，共86頁。Exx

9、 =。LLx =Ebbbbbccccczy-第16頁/共86頁第十七頁，共86頁。xzxyyxzzzxyyzyxxEEE111zyx，第17頁/共86頁第十八頁，共86頁。=GGGzxzxyzyzxyxy式中 為剪切模量或剛性(n xn)模量。 之間有下列關(guān)系：G，EG()12 +=EG 各向同等(tngdng)的壓力 除以體積變化為材料的體積模量。KP2-13EVVPK第18頁/共86頁第十九頁，共86頁。第19頁/共86頁第二十頁，共86頁。作用力對不同方向正應(yīng)變的影響作用力對不同方向正應(yīng)變的影響 不同不同各種彈性常數(shù)隨方向而不同，各種彈性常數(shù)隨方向而不同，即：即： Ex Ey Ez ,

10、xy yz zx在在單向受力單向受力 x時，在時，在y, z方向的應(yīng)變?yōu)椋悍较虻膽?yīng)變?yōu)椋?yx = yx x= yx x/Ex=（ yx /Ex ） x =S21 x zx = zx x= zx x/Ex=S31 xS21, S31為彈性柔順系數(shù)。為彈性柔順系數(shù)。1, 2,3分別表示分別表示x,y,z (2) 各向異性（自學(xué)）各向異性（自學(xué)）第20頁/共86頁第二十一頁，共86頁。同時同時(tngsh)受三個方向的正應(yīng)力，在受三個方向的正應(yīng)力，在x, y, z方向的應(yīng)變?yōu)椋悍较虻膽?yīng)變?yōu)椋?xx= xx/Ex+S12 yy +S13 zz yy= yy/Ey+S21 yy +S23 zz zz=

11、 zz/Ez+S31 yy +S32 zz第21頁/共86頁第二十二頁，共86頁。正應(yīng)力對剪應(yīng)變有影響，剪應(yīng)力對正應(yīng)變也有影響，通正應(yīng)力對剪應(yīng)變有影響，剪應(yīng)力對正應(yīng)變也有影響，通式為：式為： xx= S11 xx+S12 yy +S13 zz+S14 yz+S15 zx+S16 xy yy= S22 yy+S21 xx +S23 zzS24 yz +S25 zx+S26 xy zz= S33 zz+S31 yy +S32 zzS34 yz +S35 zx+S36 xy yz= S41 xx+S42 yy +S43 zz+S44 yz +S45 zx+S46 xy zx=S51 xx+S52 y

12、y +S53 zz+S54 yz +S55 zx+S56 xy xy=S61 xx+S62 yy +S63 zz+S64 yz +S65 zx+S66 xy 總共有總共有36個系數(shù)。個系數(shù)。第22頁/共86頁第二十三頁，共86頁。根據(jù)根據(jù)倒順關(guān)系倒順關(guān)系有（由彈性應(yīng)變能導(dǎo)出）：有（由彈性應(yīng)變能導(dǎo)出）： Sij=Sji , 21/E1 12/E2，系數(shù)減少至系數(shù)減少至21個個考慮考慮晶體的對稱性晶體的對稱性，例如：例如：斜方晶系斜方晶系，剪應(yīng)力只影響與其平行的平面的應(yīng)，剪應(yīng)力只影響與其平行的平面的應(yīng)變，不影響正應(yīng)變，變，不影響正應(yīng)變，S數(shù)為數(shù)為9個個(S11,S22,S33,S44,S55,S6

13、6,S12 = S21,S23,S13) 。六方晶系六方晶系只有只有5個個S(S11 = S22, S33, S44, S66, S13)立方晶系立方晶系為為3個個S(S11,S44,S12)MgO的柔順系數(shù)在的柔順系數(shù)在25oC時，時， S11 =4.0310-12 Pa-1; S12 =0.9410-12 Pa-1; S44 = 6.4710-12 Pa-1 . 由此可知，各向異性晶體的彈性常數(shù)不是均勻的。由此可知，各向異性晶體的彈性常數(shù)不是均勻的。第23頁/共86頁第二十四頁，共86頁。總結(jié)總結(jié)虎克定律表明，對于足夠小的形變，應(yīng)力與應(yīng)變成虎克定律表明，對于足夠小的形變，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)

14、系，系數(shù)為彈性模量線性關(guān)系，系數(shù)為彈性模量E。第24頁/共86頁第二十五頁，共86頁。rrror 12FUm在在r=ro時，原子時，原子1和和2處于平衡處于平衡狀態(tài)，其合力狀態(tài)，其合力F=0.當(dāng)原子受到拉伸時，原子當(dāng)原子受到拉伸時，原子2向右向右位移，起初作用力與位移呈線位移，起初作用力與位移呈線性變化，后逐漸偏離，達(dá)到性變化，后逐漸偏離，達(dá)到r 時時，合力最大，此后又減小。合，合力最大，此后又減小。合力有一最大值，該值相當(dāng)于材力有一最大值，該值相當(dāng)于材料斷裂時的作用力。料斷裂時的作用力。斷裂時的相對位移：斷裂時的相對位移：r ro= 把合力與相對位移的關(guān)系看作把合力與相對位移的關(guān)系看作線性關(guān)

15、系，則彈性常數(shù)：線性關(guān)系，則彈性常數(shù)： K F/ =tg 2 原子間相互作用力和彈性常數(shù)的關(guān)系原子間相互作用力和彈性常數(shù)的關(guān)系第25頁/共86頁第二十六頁，共86頁。 從圖1.5中原子間的結(jié)合力曲線可以看出，彈性模量E實(shí)際上和原子間結(jié)合力曲線上任(shng rn)一受力點(diǎn)的曲線斜率有關(guān)。tgE11tg1E22tg2E第26頁/共86頁第二十七頁，共86頁。 a. 共價鍵、離子鍵結(jié)合的晶體，結(jié)合力強(qiáng)，E都較大； b . 分子鍵結(jié)合力弱，這樣鍵合的物體E較低。2）改變原子間距離將影響彈性模量. 壓應(yīng)力使原子間距離變小，曲線上該點(diǎn)的斜率增 大，因而E將增大。 張應(yīng)力使原子間距離增加，因而E下降(xi

16、jing)。3）在兩相系統(tǒng)中，總彈性模量在高彈性模量成分與低彈性模量成分的數(shù)值之間。第27頁/共86頁第二十八頁，共86頁。 a. 假定(jidng)兩相系統(tǒng)的泊松比相同，在力的作用下兩相的應(yīng)變相同，則根據(jù)力的平衡條件可得到下面公式：2211VEVEEU+= 式中 ： 分別為兩相的彈性模量 分別為兩相的體積分?jǐn)?shù) 為兩相系統(tǒng)彈性模量的最高值，叫上限模量。21EE，21VV，UE此式適用于估算金屬陶瓷，玻璃纖維、增強(qiáng)塑料以及在玻璃質(zhì)基體(j t)中含有晶體的半透明材料的彈性模量。第28頁/共86頁第二十九頁，共86頁。 b. 假定兩相的應(yīng)力相同，則可得兩相系統(tǒng)彈性模量(tn xn m lin)的最

17、低值 也叫下限模量。11221EVEVELLE c. 對于氣孔，不能應(yīng)用上述公式計算 對于連續(xù)(linx)基體內(nèi)的密閉氣孔，可用經(jīng)驗(yàn)公式計算 。E：E209.09.11PPEE式中: 材料(cilio)無氣孔時的彈性模量 ， 為氣 孔率.0EP第29頁/共86頁第三十頁，共86頁。對連續(xù)對連續(xù)(linx)基體內(nèi)的密閉氣孔，可用下面經(jīng)驗(yàn)公式：基體內(nèi)的密閉氣孔，可用下面經(jīng)驗(yàn)公式： E=Eo(11.9P+0.9P2)適用于適用于P50 材料材料E(Gpa)材料材料E(Gpa)氧化鋁晶體氧化鋁晶體380燒結(jié)燒結(jié)TiC(P=5 % )310燒結(jié)氧化鋁（燒結(jié)氧化鋁（P=5 % ） 366燒結(jié)燒結(jié)MgAl2

18、O4(P=5 % )238高鋁瓷（高鋁瓷（P=9095 % ）366密實(shí)密實(shí)SiC(P=5 % )470燒結(jié)氧化鈹（燒結(jié)氧化鈹（ P=5 % ） 310燒結(jié)穩(wěn)定化燒結(jié)穩(wěn)定化ZrO2 P=5 % 150熱壓熱壓BN（ P=5 % ）83石英玻璃石英玻璃72熱壓熱壓B4C（ P=5 % ）290莫來石瓷莫來石瓷69石墨（石墨（ P=20 % ）9滑石瓷滑石瓷69燒結(jié)燒結(jié)MgO（ P=5 % ）210鎂質(zhì)耐火磚鎂質(zhì)耐火磚170燒結(jié)燒結(jié)MoSi2（ P=5 % ） 407第30頁/共86頁第三十一頁，共86頁。 3. 粘彈性與滯彈性 一些非晶體和多晶體在比較小的應(yīng)力時，可以(ky)同時表現(xiàn)出彈性和粘性

19、，稱為粘彈性。 對于理想的彈性固體，作用應(yīng)力會立即引起彈性應(yīng)變，一旦應(yīng)力消除，應(yīng)變也隨之立即消除。但對于實(shí)際固體這種彈性應(yīng)變的產(chǎn)生與消除需要有限時間，這種與時間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。高溫下許多含有玻璃相材料， （彈性模量）與時間有關(guān)，隨時間的增加而降低。這是因?yàn)樵诟邷叵?，?yīng)力的作用使一些原子從一個位置移到另一個位置，在此情況下，形變是滯彈性或粘彈性。應(yīng)力除去后，可以(ky)漸漸恢復(fù)。0E第31頁/共86頁第三十二頁，共86頁。 當(dāng)對粘彈性體施加恒定應(yīng)力 時，其應(yīng)變隨時間(shjin)而增加，這種現(xiàn)象叫蠕變，此時彈性模量 也隨時間(shjin)而減小。 0scE ttEc0如果施加恒定應(yīng)變(yn

20、gbin) ，則應(yīng)力將隨時間而減小，這種現(xiàn)象叫馳豫。此時，彈性模量 也隨時間而降低。0rE 0ttEr可以用力學(xué)模型來表示物體在外力作用(wi l zu yn)下的形變行為。 第32頁/共86頁第三十三頁，共86頁。第33頁/共86頁第三十四頁，共86頁。 用這兩種元件進(jìn)行(jnxng)各種組合，可得到各種模型，來表示不同的力學(xué)性能。根據(jù)模型：22211112112彈彈粘彈彈彈彈彈粘粘粘彈彈EE=+=+=E=()221EEE +=第34頁/共86頁第三十五頁，共86頁。E()，粘度000=第35頁/共86頁第三十六頁，共86頁。第36頁/共86頁第三十七頁，共86頁。第二節(jié)第二節(jié) 材料材料(c

21、ilio)中晶相的塑中晶相的塑性形變性形變第37頁/共86頁第三十八頁，共86頁。一、一、 晶格滑移晶格滑移(hu y) 晶體中的塑性形變有兩種基本方式：滑移晶體中的塑性形變有兩種基本方式：滑移(hu y)和孿晶。和孿晶。晶體受力時，晶體的一部分相對另一部分發(fā)生平移滑晶體受力時，晶體的一部分相對另一部分發(fā)生平移滑動，叫做滑移動，叫做滑移(hu y) :l晶體中滑移總是發(fā)生在主要晶面和主要晶向上，這些晶面和晶向指數(shù)較小，原子密度大，也就是柏l 氏矢量b較小，只要滑動較小距離就能使晶體結(jié)構(gòu)l 復(fù)原，所以(suy)比較容易滑動。l滑動面和滑動方向組成晶體的滑移系統(tǒng)。l 滑移是在剪應(yīng)力作用下在一定滑移

22、系統(tǒng)上進(jìn)行的。第38頁/共86頁第三十九頁，共86頁?；疲夯疲壕w的一部分相對另一部分平移滑動。晶體的一部分相對另一部分平移滑動。在晶體中有許多族平行晶面，每一族晶面都有一在晶體中有許多族平行晶面，每一族晶面都有一定面間距，且晶面指數(shù)小的面，原子的面密度越定面間距，且晶面指數(shù)小的面，原子的面密度越大，面間距越大，原子間的作用力小，易產(chǎn)生相大，面間距越大，原子間的作用力小，易產(chǎn)生相對滑動。對滑動。第39頁/共86頁第四十頁，共86頁。 如上圖所示,拉伸(l shn)或壓縮都會在滑動面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，由于滑移面的取向不同，其上的剪應(yīng)力也不同。第40頁/共86頁第四十一頁，共86頁。 產(chǎn)生滑移的條

23、件：產(chǎn)生滑移的條件： 面間距大；面間距大； 每個面上是同一種電荷的原子，相對滑動面上的每個面上是同一種電荷的原子，相對滑動面上的電荷相反；電荷相反； 滑移矢量（柏格斯矢量）小?；剖噶浚ò馗袼故噶浚┬?。 第41頁/共86頁第四十二頁，共86頁。第42頁/共86頁第四十三頁，共86頁。110滑移面（滑移面（111）滑移面（滑移面（110）滑移面（滑移面（112）滑移面（滑移面（123）方向）方向111（111）面面心心格格子子體體心心格格子子第43頁/共86頁第四十四頁，共86頁。l由左圖可知(k zh)，l滑移面上F方向的應(yīng)力為：l此應(yīng)力在滑移方向上的分剪應(yīng)力為：AFAF/coscos/=AF

24、/coscos=現(xiàn)以單晶受拉為例現(xiàn)以單晶受拉為例,分析分析(fnx)臨界剪應(yīng)力大?。号R界剪應(yīng)力大?。号R界臨界(ln ji)分解剪切應(yīng)力分解剪切應(yīng)力第44頁/共86頁第四十五頁，共86頁。0=+90coscos可見(kjin)，在外力 的作用下，在 處于同一平面內(nèi)滑移方向上，剪應(yīng)力達(dá)最大值。其他方向剪應(yīng)力均較小。FFN，第45頁/共86頁第四十六頁，共86頁。第46頁/共86頁第四十七頁，共86頁。 第47頁/共86頁第四十八頁，共86頁。 金屬金屬 非金屬非金屬 由一種離子組成由一種離子組成 組成復(fù)雜組成復(fù)雜金屬鍵無方向性金屬鍵無方向性 共價鍵或離子鍵有方向共價鍵或離子鍵有方向 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡

25、單 結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜 滑移系統(tǒng)多滑移系統(tǒng)多 滑移系統(tǒng)少滑移系統(tǒng)少金屬與非金屬晶體滑移難易的比較金屬與非金屬晶體滑移難易的比較第48頁/共86頁第四十九頁，共86頁。 實(shí)際晶體中存在(cnzi)位錯缺陷。當(dāng)受剪應(yīng)力作用時，并不是晶體內(nèi)部整體相互錯動，而是位錯在滑移面上沿滑移方向運(yùn)動。這是因?yàn)?，使位錯運(yùn)動所需要的力比使晶體兩部分整體滑移所需的力小得多。所以實(shí)際晶體的滑移是位錯運(yùn)動得結(jié)果。二、二、 塑性形變的位錯運(yùn)動塑性形變的位錯運(yùn)動(yndng)理論理論l1）在位錯處出現(xiàn)勢能空位。鄰近原子(yunz) 遷移空位 上需要克服的勢壘 比 小。l2）在外力作用下，滑移面 就有分剪應(yīng)力 。 此時，勢能曲線

26、變得不對稱， 遷移到空2ChhCD2C第49頁/共86頁第五十頁，共86頁。位要克服得勢壘為 ，且 小 于 ， 的作用(zuyng)使 降低。 原子遷移變得容易。()H()Hh h2Cl3） 叫做位錯運(yùn)動激活能位錯運(yùn)動激活能。與 有關(guān) , 大, ??； 小， 大； 故 為 的函數(shù)。()H()H()H()H下圖中:（a）有位錯時原子列中出現(xiàn)勢能(shnng)空位； （b）未受力時的勢能(shnng)曲線； （c）加剪應(yīng)力t后的勢能(shnng)曲線。第50頁/共86頁第五十一頁，共86頁。完整晶體的勢能曲線完整晶體的勢能曲線有位錯時，晶體的勢能有位錯時，晶體的勢能曲線曲線加剪應(yīng)力后的勢能曲線加剪應(yīng)

27、力后的勢能曲線 hh H( )滑移面滑移面第51頁/共86頁第五十二頁，共86頁。KTEeE KTHeVV0式中： 與原子熱振動固有頻率有關(guān)得常數(shù)， 波爾茲曼常數(shù)為1.3810-23J/K, 絕對溫度.0VKTl 1） 當(dāng)無外力(wil)時， ，比 大得多. l 如，室溫 =300K， 則 =4.1410-21J l =0.26ev hHKTTKT第52頁/共86頁第五十三頁，共86頁。l2）位錯只能在滑移面上運(yùn)動，只有(zhyu)滑移面上的分l 剪應(yīng)力才能使 降低金屬材料(cilio) 約為0.10.2ev，無機(jī)材料(cilio)約為1ev。所以，室溫下無機(jī)材料(cilio)中位錯運(yùn)動十分困

28、難。h Hl3）溫度升高，位錯運(yùn)動的速度加快，對于一些在常溫下不發(fā)生塑性形變的材料，在高溫下具有一定塑性。 l由于滑移反映出來的宏觀上的塑性形變是位錯 l 運(yùn)動的結(jié)果，因此宏觀上的形變速率和位錯運(yùn)l 動有關(guān)(yugun)，圖中的簡化模型表示了這種關(guān)系。第53頁/共86頁第五十四頁，共86頁。第54頁/共86頁第五十五頁，共86頁。tlllldtdlln2lnD 位錯運(yùn)動(yndng)的平均速度為 vtlv 另外，在時間 內(nèi)不但此 個位錯通過試樣邊界，而且還會引起位錯增殖，使通過邊界的位錯數(shù)增加到 個， 稱為(chn wi)位錯增殖系數(shù)。ntncc第55頁/共86頁第五十六頁，共86頁。tltn

29、bc則宏觀(hnggun)應(yīng)變率vDbctllbncltbncltldtd2 因此，要造成宏觀塑性變形，必須滿足下列條件：（）有足夠(zgu)多的位錯（）位錯有一定的運(yùn)動速度（ 3 ）柏氏矢量 大的材料 大b第56頁/共86頁第五十七頁，共86頁。2aGbE bb第57頁/共86頁第五十八頁，共86頁。三、三、 塑性形變速率塑性形變速率(sl)對屈服強(qiáng)度的影響對屈服強(qiáng)度的影響式中， 為位錯運(yùn)動速率的應(yīng)力敏感性指數(shù)。m 在一定的剪應(yīng)力 作用下，將使位錯運(yùn)動激活能 減小。 越大， 越小，因而，位錯運(yùn)動速 率 越大。所以塑性形變速率 與所受剪應(yīng)力 的大 小呈正比。 H Hv形變速率大，相應(yīng)的剪應(yīng)力最

30、大值也大。表現(xiàn)在宏觀上屈服(qf)強(qiáng)度點(diǎn)也越高。因而塑性變形速率 與屈服(qf)強(qiáng)度有一定關(guān)系： mYS第58頁/共86頁第五十九頁，共86頁。 結(jié)結(jié) 論論 1、位錯運(yùn)動理論、位錯運(yùn)動理論(lln)說明，無機(jī)材料中難以發(fā)生塑說明，無機(jī)材料中難以發(fā)生塑性形變。性形變。2、當(dāng)滑移面上的分剪應(yīng)力尚未使位錯以足夠速度運(yùn)、當(dāng)滑移面上的分剪應(yīng)力尚未使位錯以足夠速度運(yùn)動時，此應(yīng)力可能已超過微裂紋擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力動時，此應(yīng)力可能已超過微裂紋擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力，最終導(dǎo)致材料的脆斷。，最終導(dǎo)致材料的脆斷。第59頁/共86頁第六十頁，共86頁。第三節(jié)第三節(jié) 材料的高溫材料的高溫(gown)蠕變?nèi)渥兊?0頁/共86

31、頁第六十一頁，共86頁。 材料在高溫下長時間的受到小應(yīng)力作用，出現(xiàn)材料在高溫下長時間的受到小應(yīng)力作用，出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，即時間應(yīng)變的關(guān)系。蠕變現(xiàn)象，即時間應(yīng)變的關(guān)系。從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了不可逆的微觀過程。發(fā)生了不可逆的微觀過程。典型的蠕變曲線如圖所示。 第61頁/共86頁第六十二頁，共86頁。第62頁/共86頁第六十三頁，共86頁。oaabnAtdtdAtAnln1，3232

32、Btn，為常數(shù)(chngsh).低溫時，高溫(gown)時，該曲線分四個階段:第63頁/共86頁第六十四頁，共86頁。dl） 穩(wěn)定蠕變階段。特點(diǎn)(tdin)是蠕變速率幾乎保持l 不變。 ，所以， bc（常數(shù)）kdtdktcd第64頁/共86頁第六十五頁，共86頁。（） 或應(yīng)力較低時，穩(wěn)定蠕變階段延長。（）外力對應(yīng)變速率的影響很大， 為220。Tnkn，第65頁/共86頁第六十六頁，共86頁。l 1）在高溫下原子熱運(yùn)動加劇?？梢允刮诲e從障礙l 中解放出來，并使位錯運(yùn)動加速。l 2）位錯運(yùn)動除產(chǎn)生滑移外，位錯攀移也能產(chǎn)生宏l 觀上的形變(xngbin)。由于晶體中存在過飽和的空位,l 多余的半片原

33、子可以向空位擴(kuò)散，通過吸收空 l 位，位錯可攀移到滑移面以外，繞過障礙物， l 使滑移面移位。一、高溫蠕變一、高溫蠕變(r bin)(r bin)的位錯理論的位錯理論第66頁/共86頁第六十七頁，共86頁。第67頁/共86頁第六十八頁，共86頁。二、擴(kuò)散二、擴(kuò)散(kusn)蠕變理論蠕變理論拉CKTCCexp0拉空位體積 平衡(pnghng)空位濃度0C在受壓晶面上，空位濃度 減少。壓CKTCCexp0壓則：第68頁/共86頁第六十九頁，共86頁。第69頁/共86頁第七十頁，共86頁。三、晶界蠕變?nèi)?、晶界蠕?r bin)(r bin)理論理論 多晶陶瓷中存在(cnzi)著大量晶界。當(dāng)晶界位相差

34、大時，可以把晶界看成是非晶體，因此在溫度較高時，晶界粘度迅速下降。外力導(dǎo)致晶界粘滯流動，發(fā)生蠕變。四、影響蠕變的因素四、影響蠕變的因素t第70頁/共86頁第七十一頁，共86頁。第71頁/共86頁第七十二頁，共86頁。2 m1250oC2 m1350oC2 m1450oC第72頁/共86頁第七十三頁，共86頁。 玻璃(b l)相對晶相的濕潤情況圖第73頁/共86頁第七十四頁，共86頁。第74頁/共86頁第七十五頁，共86頁。 玻璃相或陶瓷材料中的玻璃相在高溫下，粘度降低，同時又有剪應(yīng)力的作用就會發(fā)生粘性(zhn xn)流動。在粘性(zhn xn)流動中，剪應(yīng)力與速度梯度成正比。即：dtdrdxd

35、vdxdv或sPa第四節(jié)第四節(jié) 高溫高溫(gown)下玻璃相的粘性流動下玻璃相的粘性流動第75頁/共86頁第七十六頁，共86頁。 這一定律稱為(chn wi)牛頓定律。符合這一定律的流體叫牛頓液體。其特點(diǎn)是應(yīng)力與應(yīng)變率之間呈直線關(guān)系。 一、流動(lidng)模型 出發(fā)點(diǎn)：出發(fā)點(diǎn)： 認(rèn)為液體流動是一種速率過程。液體層相對認(rèn)為液體流動是一種速率過程。液體層相對于鄰層液體流動時，液體分子從開始于鄰層液體流動時，液體分子從開始(kish)的平衡狀的平衡狀態(tài)過渡到另一平衡狀態(tài)。其間液體分子必須越過勢壘態(tài)過渡到另一平衡狀態(tài)。其間液體分子必須越過勢壘 絕對速率模型絕對速率模型 。如圖。如圖1.18所示。所示。E第76頁/共86頁第七十七頁，共86頁。第77頁/共86頁第七十八頁，共86頁。l1）在沒有剪切力 作用時，勢能(shnng)曲線是對 稱的。EkTuekTE2sinh213201dxdv根據(jù)牛頓定律 : , 得: kTekTE3sinh2132011第78頁/共86頁第七十九頁，共86頁?？烧J(rèn)為 , 則：