材料物理-材料的受力形變-課件

材料物理-材料的受力形變材料物理-材料的受力形變1材料科學(xué)物理科學(xué)材料物理緒論物理學(xué)概念、原理等物理學(xué)模型材料性能材料科學(xué)物理科學(xué)材料物理緒論物理學(xué)概念、原理等物理學(xué)2研究?jī)?nèi)容：物理性能與材料的成分、結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程的關(guān)系及其變化規(guī)律。熱學(xué)性能電學(xué)性能光學(xué)性能

材料物理性能磁學(xué)性能聲學(xué)性能力學(xué)性能研究?jī)?nèi)容：熱學(xué)性能電學(xué)性能光學(xué)性能材料物理性能磁學(xué)性能聲學(xué)3本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：基本概念、物理本質(zhì)、影響因素和分析應(yīng)用。學(xué)習(xí)要求：1、掌握基本概念2、定性了解各種物理性能的物理本質(zhì)本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：基本概4使用教材：使用教材：5本課程講授內(nèi)容一、力學(xué)性能二、熱學(xué)性能三、電學(xué)性能四、磁學(xué)性能本課程講授內(nèi)容一、力學(xué)性能6考核辦法：期末考試80%，平時(shí)20%。平時(shí)成績(jī)：測(cè)驗(yàn)3次75%,出勤25%。遲到5次或曠課3次及以上，出勤成績(jī)?yōu)?分；考核辦法：期末考試80%，平時(shí)20%。7大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流8大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流82.1應(yīng)力和應(yīng)變2.2彈性形變2.3滯彈性2.4材料的塑性形變2.5材料的高溫蠕變第2章材料的受力形變2.1應(yīng)力和應(yīng)變第2章材料的受力形變9

各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，稱之為形變。形變：形變方式：作用力較小—彈性形變（可逆）；作用力較大—塑性形變（不可逆）；高溫恒應(yīng)力條件下—蠕變；各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，10基本力學(xué)行為：材料受力→彈性形變→塑性形變→斷裂基本力學(xué)指標(biāo)：強(qiáng)度塑性韌性屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度延伸率斷面收縮率基本力學(xué)行為：材料受力→彈性形變→塑性形變→斷裂11單向靜載荷拉伸試驗(yàn)單向靜載荷拉伸試驗(yàn)12

材料在外力作用下都要產(chǎn)生內(nèi)力，同時(shí)發(fā)生形變。通常內(nèi)力用應(yīng)力描述，形變則用應(yīng)變表示。

應(yīng)力的定義：?jiǎn)挝幻娣e上所受的內(nèi)力。

一、應(yīng)力2.1應(yīng)力和應(yīng)變FSL0LS0伸長(zhǎng)外力面積應(yīng)力單位：1Pa=1N/m2

材料在外力作用下都要產(chǎn)生內(nèi)力，同時(shí)發(fā)生形變。通常內(nèi)力13

分類：工程應(yīng)力（名義應(yīng)力）：真實(shí)應(yīng)力：FSL0LS0伸長(zhǎng)變形小時(shí)：

分類：工程應(yīng)力（名義應(yīng)力）：真實(shí)應(yīng)力：FSL0LS0伸長(zhǎng)變14

分類：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：同作用面垂直的稱為正應(yīng)力，同作用面平行的稱為切應(yīng)力，正應(yīng)力引起材料的伸長(zhǎng)或縮短，切應(yīng)力引起材料的畸變，并使材料發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。S0

分類：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：同作用面垂直的151.單向拉伸應(yīng)變F二、應(yīng)變

應(yīng)變是用來(lái)描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移。名義應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：量綱：無(wú)SL0LS0伸長(zhǎng)F1.單向拉伸應(yīng)變F二、應(yīng)變名義應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：16名義應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變通常為了方便起見(jiàn)都用名義應(yīng)變。小形變時(shí)基本相同大形變時(shí)差別較大SL0LS0FF名義應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變通常為了方便起見(jiàn)都用名義應(yīng)變。小形變時(shí)基本172.

剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾角的變化。

外力方向與作用面平行——切應(yīng)力2.

剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾角的183.壓縮應(yīng)變（體積應(yīng)變）V0V受流體靜壓力作用壓縮應(yīng)力靜壓力P壓縮應(yīng)變3.壓縮應(yīng)變（體積應(yīng)變）V0V受流體靜壓力作用壓縮應(yīng)力19三、應(yīng)力與應(yīng)變曲線不同材料的變形行為不同三、應(yīng)力與應(yīng)變曲線不同材料的變形行為不同20××××211.脆性材料（陶瓷）：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒(méi)有塑性變形（或塑性變形很?。┙又褪菙嗔?，總彈性應(yīng)變能非常小。不同材料的變形行為不同。2.延性材料（金屬）：如上圖曲線（b）開(kāi)始為彈性形變，接著有一段彈塑性形變，然后才斷裂，總變形能很大。3.彈性材料（橡膠）：如上圖曲線（c），沒(méi)有殘余形變。1.脆性材料（陶瓷）：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒(méi)有塑22

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，研究材料在受力情況下產(chǎn)生形變的規(guī)律是有重要意義的。材料的形變是重要的力學(xué)性能，與材料的制造、加232.2彈性形變

物體在外力的作用下會(huì)發(fā)生形變，當(dāng)外力撤銷后有些物體可以恢復(fù)到原來(lái)的形狀。物體這種能消除由外力引起的形變的性能，稱為彈性。

外力去除后，形變完全消失的現(xiàn)象叫彈性形變。

2.2彈性形變物體在外力的作用下會(huì)發(fā)24一、虎克定律（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）

a以單向拉伸為例各向同性體xz彈性模量一、虎克定律（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）a以單向拉伸為例各向同性25

彈性模量，對(duì)各向同性體為一常數(shù)。表示材料抵抗彈性變形的能力。彈性模量，對(duì)各向同性體為一常數(shù)。表示材料抵抗彈性變形的能力26當(dāng)長(zhǎng)方體伸長(zhǎng)時(shí)，側(cè)向要發(fā)生橫向收縮當(dāng)長(zhǎng)方體伸長(zhǎng)時(shí)，側(cè)向要發(fā)生橫向收縮27。

橫向變形系數(shù)（泊松比）泊松比：表示材料在受外力作用時(shí)，側(cè)向收縮能力對(duì)于彈性形變，金屬材料的泊松比為0.29~0.33，無(wú)機(jī)材料為0.2～0.25。。橫向變形系數(shù)（泊松比）泊松比：表示材料在受外力作用28長(zhǎng)方體在單向正應(yīng)力作用下長(zhǎng)方體在單向正應(yīng)力作用下29若長(zhǎng)方體各面分別受有均勻分布的正應(yīng)力

,則在各方面的總應(yīng)變可以將三個(gè)應(yīng)力分量中的第一個(gè)應(yīng)力分量引起的應(yīng)變分量疊加而求得。若長(zhǎng)方體各面分別受有均勻分布的正應(yīng)力30廣義虎克定律為：虎克定律：廣義虎克定律為：虎克定律：31對(duì)于剪切應(yīng)變，則有：式中為剪切模量或切變模量。

之間有下列關(guān)系：對(duì)于剪切應(yīng)變，則有：式中為剪切模量或切變模量。32——各向同等的壓力除以體積變化為材料的體積彈性模量。對(duì)于均勻壓縮應(yīng)變則有：——各向同等的壓力除以體積變化為材料的體積33彈性模量拉伸模量E剪切模量G體積模量K關(guān)系：彈性模量拉伸模量E關(guān)系：34理論上：理論上：35二、彈性變形機(jī)理

1、彈性的特點(diǎn)

（1）可逆性（2）單值線性（線彈性）（3）變形量較小

一般：金屬、陶瓷、結(jié)晶態(tài)高聚物小于1%

例外：橡膠態(tài)高聚物：1000%、非線性二、彈性變形機(jī)理1、彈性的特點(diǎn)（1）可逆性362、彈性變形的本質(zhì)（過(guò)程）無(wú)外力作用時(shí)，原子在平衡位置作微振動(dòng)。

彈性變形本質(zhì)：構(gòu)成材料的原子（離子）或分子從平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。2、彈性變形的本質(zhì)（過(guò)程）無(wú)外力作用時(shí)，原子在平衡位置作微37材料物理-材料的受力形變-課件38在r0附近結(jié)論：ks的大小反映了原子間的作用力曲線在r=r0處斜率大小。3、原子間相互作用力和彈性常數(shù)的關(guān)系在r0附近結(jié)論：ks的大小反映了原子間的作用力曲線在r394、原子間的勢(shì)能與彈性常數(shù)的關(guān)系4、原子間的勢(shì)能與彈性常數(shù)的關(guān)系40就是勢(shì)能曲線在最小值處的曲率，它是δ與無(wú)關(guān)的常數(shù)。結(jié)論：彈性系數(shù)ks的大小實(shí)質(zhì)上反映了原子間勢(shì)能曲線極小值尖峭度的大小。就是勢(shì)能曲線在最小值處的曲率，結(jié)論：彈性系數(shù)ks的大小實(shí)質(zhì)上41彈性系數(shù)ks對(duì)于一定的材料它是個(gè)常數(shù)，它代表了對(duì)原子間彈性位移的抗力，即原子結(jié)合力。彈性系數(shù)ks對(duì)于一定的材料它是個(gè)常數(shù)，它代表了對(duì)原子間彈性位425、彈性模量彈性模量E是一個(gè)重要的材料常數(shù)，它是原子間結(jié)合強(qiáng)度的一個(gè)標(biāo)志。微觀上：表征了原子間結(jié)合能的大小。宏觀上：表征了材料抵抗彈性變形的能力。5、彈性模量微觀上：表征了原子間結(jié)合能的大小。43彈性模量E：彈性模量E：44E共價(jià)鍵＞E離子鍵＞E金屬鍵＞E分子鍵E無(wú)機(jī)非金屬＞E金屬＞E高聚物E化學(xué)鍵＞E物理鍵三、彈性模量的影響因素量。彈性模量E：彈性模量。彈性模量，量E共價(jià)鍵＞E離子鍵＞E金屬鍵＞E分子鍵E無(wú)機(jī)非金屬＞45材料物理-材料的受力形變-課件46材料物理-材料的受力形變-課件47材料物理-材料的受力形變-課件48E0—材料無(wú)氣孔時(shí)的彈性模量，P—為氣孔率.E0—材料無(wú)氣孔時(shí)的彈性模量，P—為氣孔率.49材料物理-材料的受力形變-課件507、兩相復(fù)合材料的彈性橫量在兩相系統(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。假定兩相系統(tǒng)的泊松比相同并聯(lián)模型串聯(lián)模型7、兩相復(fù)合材料的彈性橫量在兩相系統(tǒng)中，總彈性模量在高彈性模51vA、vB分別為兩相的體積分?jǐn)?shù)EA、EB分別為分別為兩相的彈性模量AB并聯(lián)模型E為兩相系統(tǒng)彈性模量的最高值，叫上限模量。條件vA、vB分別為兩相的體積分?jǐn)?shù)AB并聯(lián)模型E為兩相系統(tǒng)彈52BA

兩相系統(tǒng)彈性模量的最低值也叫下限模量。串聯(lián)模型條件BA兩相系統(tǒng)彈性模量的最低值也叫下限模量。串聯(lián)53

2.3滯彈性

對(duì)于理想彈性固體，作用應(yīng)力會(huì)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。對(duì)于實(shí)際固體相應(yīng)于最大應(yīng)力的彈性應(yīng)變滯后于引起這個(gè)應(yīng)變的最大負(fù)荷。因此測(cè)得的彈性模量隨時(shí)間而變化。彈性模量依賴于時(shí)間的現(xiàn)象稱為滯彈性。加載卸載滯彈性：應(yīng)變滯后于應(yīng)力2.3滯彈性對(duì)于理想彈性固體，作用應(yīng)力會(huì)54

一、理想模型

2.3.1力學(xué)模型

1.虎克固體模型或力學(xué)元件力學(xué)特性一、理想模型2.3.1力學(xué)模型1.虎克固體模型或力55流動(dòng)時(shí)有速度梯度存在流動(dòng)阻力——內(nèi)摩擦力F切應(yīng)力

2.牛頓液體模型（1）牛頓粘性定律

兩塊相距為Y的平板，兩板間充滿均勻的真實(shí)流體，平板面積S足夠大。粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動(dòng)力對(duì)其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示，粘度大表現(xiàn)內(nèi)摩擦力大。

流動(dòng)時(shí)有速度梯度存在流動(dòng)阻力——內(nèi)摩擦力56速度梯度=剪切速率粘度的物理意義：產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力牛頓粘性定律牛頓粘性定律速度梯度=剪切速率粘度的物理意義：產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪57牛頓粘性定律牛頓粘性定律58牛頓液體模型力學(xué)元件力學(xué)特性牛頓液體模型力學(xué)元件力學(xué)特性59彈簧粘壺彈簧粘壺60二、組合模型

麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)由彈性和粘性兩種成分組成的聚集體。1.麥克斯韋模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：應(yīng)力松弛串聯(lián)模型二、組合模型麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體61二、組合模型

麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)由彈性和粘性兩種成分組成的聚集體。1.麥克斯韋模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：應(yīng)力松弛串聯(lián)模型二、組合模型麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體622.開(kāi)爾文固體模型——固態(tài)粘彈性物體并聯(lián)模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：蠕變（應(yīng)變松弛）2.開(kāi)爾文固體模型——固態(tài)粘彈性物體并聯(lián)模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：63材料物理-材料的受力形變-課件642.3.2滯彈性一、標(biāo)準(zhǔn)線性固體2.3.2滯彈性一、標(biāo)準(zhǔn)線性固體65材料物理-材料的受力形變-課件66材料物理-材料的受力形變-課件67為恒定應(yīng)變下的應(yīng)力松弛弛豫時(shí)間。為恒定應(yīng)力下的應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)線性固體方程為恒定應(yīng)變下的應(yīng)力松弛弛豫時(shí)間。為恒定應(yīng)力下的應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。68二、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛1、應(yīng)變松弛（蠕變）

應(yīng)變松弛是固體材料在恒定荷載下，變形隨時(shí)間延續(xù)而緩慢增加的不平衡過(guò)程。蠕變：是指在恒定的應(yīng)力作用下，材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。例如：瀝青、水泥、混凝土、玻璃、高聚物在室溫下，金屬、陶瓷在較高溫度下，在持續(xù)外力作用下，除初始彈性變形外，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的隨時(shí)間延續(xù)而發(fā)展的緩慢變形。二、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛1、應(yīng)變松弛（蠕變）應(yīng)69蠕變?nèi)渥兓貜?fù)蠕變?nèi)渥兓貜?fù)702、應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力作用下，發(fā)生變形著的物體，在總的變形值保持不變的情況下，由于徐變變形漸增，彈性變形相應(yīng)減小，由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間延續(xù)而逐漸減少的過(guò)程。應(yīng)力松弛：是在恒定溫度和形變保持不變的情況下，材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。例如：打包帶變松、橡皮筋變松

2、應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力作用下，發(fā)生71三、松弛時(shí)間1、恒定應(yīng)力設(shè)為總應(yīng)變的滯后部分滯后大小：注意：三、松弛時(shí)間1、恒定應(yīng)力設(shè)為總應(yīng)變的滯后部分滯后72分離變量：積分：滯彈性應(yīng)變與時(shí)間t

的關(guān)系總應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，加上分離變量：積分：滯彈性應(yīng)變與時(shí)間t的關(guān)系總應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)73討論：應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間：在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變達(dá)到所需時(shí)間

越大，應(yīng)變滯后越大，因此可以反映不同材料應(yīng)變滯后的程度。即越大滯彈性也越大。討論：應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間：在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變達(dá)到742、恒定應(yīng)變（應(yīng)力松弛）對(duì)于彈簧2，恒定應(yīng)變則不變對(duì)于彈簧1，2、恒定應(yīng)變（應(yīng)力松弛）對(duì)于彈簧2，恒定應(yīng)變則75應(yīng)力松弛方程分離變量，解方程討論：是應(yīng)力從原始值松弛到所需時(shí)間即應(yīng)力松弛方程分離變量，解方程討論：是應(yīng)力從原始值松弛76應(yīng)力松弛時(shí)間。應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。如果大，或E

小，則都大，滯后大如果則，，E為常數(shù)，不隨時(shí)間變化，理想彈性如果則，，體系E隨時(shí)間變化，應(yīng)力松弛時(shí)間。應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。如果大，或E77

塑性形變是指一種在外力移去后不能恢復(fù)的形變。材料經(jīng)受塑性形變而不破壞的能力叫延展性，此種性能在材料加工和使用中都很有用，是一種重要的力學(xué)性能。2.4材料的塑性形變塑性變形是金屬區(qū)別于非金屬的重要特征。塑性形變是指一種在外力移去后不能恢復(fù)的形2.478彈性極限產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力；屈服強(qiáng)度、金屬開(kāi)始塑性變形的最小應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度材料抵抗大塑性變形的能力，反映極限承載能力。彈性極限產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)79

δ和ψ都是材料的塑性指標(biāo)，表示金屬的塑性變形能力。斷面收縮率：斷后伸長(zhǎng)率（延伸率）:塑性指標(biāo)δ和ψ都是材料的塑性指標(biāo)，表示金屬的塑性變形能力。斷面收縮80塑性變形方式

從宏觀上看，固體的塑性變形方式很多，如伸長(zhǎng)和縮短、彎曲、扭轉(zhuǎn)以及各種復(fù)雜變形。從微觀上看，單晶體的塑性變形的基本方式只有兩種，就是滑移和孿晶。

滑移是金屬塑性變形的最主要形式.

塑性變形方式從宏觀上看，固體的塑性81滑移：晶體受力時(shí)，晶體的一部分相對(duì)另一部分發(fā)生平移滑動(dòng)。滑移是在剪應(yīng)力作用下在一定滑移系統(tǒng)上進(jìn)行的。不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。滑移：晶體受力時(shí)，晶體的一部分相對(duì)另一部分發(fā)生平移滑動(dòng)?；?2孿晶:是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿晶方向）相對(duì)于另一部分，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生連續(xù)順序的切變。

孿晶:是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和832.4.1晶格滑移一、滑移條件

滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進(jìn)行。這是因?yàn)椋好芘琶嬷g的面間距大，滑移阻力?。幻芘欧较蛟用芏却?，移動(dòng)距離短。

產(chǎn)生滑移條件：面間距大；移動(dòng)距離短；相對(duì)滑移面上的電荷相反。2.4.1晶格滑移一、滑移條件滑移總是沿著晶體84

滑移系

單晶體的滑移

滑移總是沿著一定的晶面和該面上一定的晶向進(jìn)行，這種晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向；一個(gè)滑移面與其面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。

滑移系在一定程度上決定了金屬塑性的好壞。如面心立方和體心立方金屬的塑性好于密排六方金屬。但在相同條件下，金屬塑性好壞還取決于滑移面原子密排程度及滑移方向的數(shù)目等因素?；葡祮尉w的滑移滑移總是沿著一定的晶面和85(a)面心立方晶體三種晶體結(jié)構(gòu)的滑移系面心立方金屬為12個(gè)滑移系{111}<110>(a)面心立方晶體三種晶體結(jié)構(gòu)的滑移系面心立方金屬為12個(gè)86(c)體心立方晶體可能的滑移系12-48個(gè)：{110}<111>,{112}<111>,{123}<111>.(c)體心立方晶體可能的滑移系12-48個(gè)：87(0001)<1120>密排六方金屬有3個(gè)滑移系：（c）密排六方晶體(0001)<1120>密排六方金屬有3個(gè)滑移系：（c）密排88

滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲螅悦嫘牧⒎浇饘俦润w心立方金屬的塑性更好。

一個(gè)滑移系就是滑移時(shí)的一種空間取向或一種可能性。因此，滑移系越多，金屬變形能力越大。常見(jiàn)金屬的滑移系如下：

滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面?9二、臨界分切應(yīng)力

只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力首先達(dá)到一定的臨界值時(shí)，這一滑移系開(kāi)動(dòng)，晶體才開(kāi)始滑移。該分切應(yīng)力即稱為滑移的臨界分切應(yīng)力，它是使滑移系開(kāi)動(dòng)的最小分切應(yīng)力。

應(yīng)力與外力F方向相同，可分解為兩個(gè)分應(yīng)力，一個(gè)為垂直于滑移面的分正應(yīng)力，另一個(gè)為分切應(yīng)力。二、臨界分切應(yīng)力只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力首90設(shè)試棒橫截面積為A軸向拉力為F滑移面法線與外力F之間的夾角為λ滑移方向與外力F之間的夾角為φ作用此滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力（）設(shè)試棒橫截面積為A作用此滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力（）91滑移的臨界分切應(yīng)力（c）：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力。

當(dāng)σ=σs（屈服強(qiáng)度）時(shí)，微觀上晶體開(kāi)始滑移，宏觀上開(kāi)始塑性變形，此時(shí)對(duì)應(yīng)著τ=τc。τc稱為臨界分切應(yīng)力。不同滑移面及滑移方向的剪應(yīng)力不一樣同一滑移面上不同滑移方向剪應(yīng)力也不一樣滑移的臨界分切應(yīng)力（c）：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最92

滑移的臨界分切應(yīng)力（c）

c取決于金屬的本性，不受，的影響；

或＝90時(shí)，

；c＝coscos

的取值

，＝45時(shí)，最小，晶體易滑移；

軟取向：值大；

取向因子：coscos

硬取向：值小。

93{}

{}

{<>

<>

<{}

{}

{都是

<

部分金屬單晶體的臨界切應(yīng)力

{}

{}

{<>

<>

<{}

{}

{都是

<部分金屬94三、金屬與非金屬晶體滑移難易的比較

如果晶體只有一個(gè)滑移系統(tǒng)，產(chǎn)生滑移的機(jī)會(huì)就很少。如果有多個(gè)滑移系統(tǒng)，達(dá)到臨界切應(yīng)力的機(jī)會(huì)就多。金屬：主要由一種原子組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，金屬鍵無(wú)方向性，滑移系統(tǒng)多，塑性好。無(wú)機(jī)材料：組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。共價(jià)鍵有方向性，同號(hào)離子相遇，斥力極大。只有個(gè)別滑移系統(tǒng)才能滿足幾何條件與靜電作用條件?；葡到y(tǒng)很少，塑性差。只有少數(shù)無(wú)機(jī)材料晶體在室溫下具有延性。三、金屬與非金屬晶體滑移難易的比較如果晶體只952.4.2塑性變形機(jī)理實(shí)驗(yàn)證明，滑移是位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

形成刃型位錯(cuò)新的原子面2.4.2塑性變形機(jī)理實(shí)驗(yàn)證明，滑移是位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)96刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)97ττ位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意1位錯(cuò)的滑移ττ位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意1位錯(cuò)的滑移98在高溫下使用的材料，必須考慮其高溫蠕變。2.5材料的高溫蠕變高溫:

很多構(gòu)件長(zhǎng)期在高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的使用溫度高達(dá)1000℃，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子使用溫度約為550℃等。

高溫對(duì)金屬材料的力學(xué)性能影響很大。

所謂高溫蠕變是指材料在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力作用下，隨加載時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。

在高溫下使用的材料，必須考慮其高溫蠕變。2.5材料的高溫99１）在外力作用下發(fā)生瞬時(shí)彈性形變２）蠕變減速階段。特點(diǎn)是應(yīng)變速率隨時(shí)間遞減。高溫時(shí)，2.5.1典型的蠕變曲線低溫時(shí)，３）bc穩(wěn)定蠕變階段。特點(diǎn)是蠕變速率幾乎保持不變。4）cd加速蠕變階段。特點(diǎn)是應(yīng)變率隨時(shí)間增加t而增加，最后到d點(diǎn)斷裂。形變速率最?。保┰谕饬ψ饔孟掳l(fā)生瞬時(shí)彈性形變高溫時(shí)，2.5.100（１）溫度升高時(shí)，n值變小，形變速率加快，恒定蠕變階段縮短。（２）外力對(duì)應(yīng)變速率的影響很大。當(dāng)外力和溫度不同時(shí)，蠕變各階段的曲線傾斜程度將有所變化。n=4最為常見(jiàn)n為2～20（１）溫度升高時(shí)，n值變小，形變速率加快，恒定蠕變階段縮短1011）在高溫下原子熱運(yùn)動(dòng)加劇?？梢允刮诲e(cuò)從障礙中解放出來(lái)，并使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加速。

1.晶格機(jī)理2.5.2高溫蠕變機(jī)理2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)除產(chǎn)生滑移外，位錯(cuò)攀移也能產(chǎn)生宏觀上的形變。由于晶體中存在過(guò)飽和的空位,多余的半片原子可以向空位擴(kuò)散，通過(guò)吸收空位，位錯(cuò)可攀移到滑移面以外，繞過(guò)障礙物，使滑移面移位。1）在高溫下原子熱運(yùn)動(dòng)加劇。可以使位錯(cuò)從障礙中解放出來(lái)，并使102

高溫下的蠕變現(xiàn)象類似于晶體中的擴(kuò)散現(xiàn)象。并且把蠕變過(guò)程看成是外力作用下沿應(yīng)力作用方向擴(kuò)散的一種形式。1）當(dāng)試件受拉時(shí)，受拉晶界的空位濃度增加，在受壓晶面上，空位濃度減少。二、擴(kuò)散蠕變理論——空位體積——平衡空位濃度高溫下的蠕變現(xiàn)象類似于晶體中的擴(kuò)散現(xiàn)象。并且把蠕1032）受拉晶界與受壓晶界產(chǎn)生空位濃度差，受拉晶界的空位向受壓晶界遷移。同時(shí)，原子朝相反方向擴(kuò)散。導(dǎo)致沿受拉方向伸長(zhǎng)，發(fā)生形變。3）這種擴(kuò)散可以是體擴(kuò)散，沿晶粒內(nèi)部進(jìn)行；也可以是晶界擴(kuò)散。原子空位2）受拉晶界與受壓晶界產(chǎn)生空位濃度差，受拉晶界的空位向受壓晶104三、晶界蠕變理論

多晶體中存在著大量晶界。當(dāng)晶界位相差大時(shí)，可以把晶界看成是非晶體，因此在溫度較高時(shí)，晶界粘度迅速下降。外力導(dǎo)致晶界粘滯流動(dòng)，發(fā)生蠕變。

高溫和應(yīng)力的作用下，晶界上的原子易于擴(kuò)散，受力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)，促進(jìn)蠕變進(jìn)行。三、晶界蠕變理論多晶體中存在著大量晶界。當(dāng)晶界位1051）如果蠕變由擴(kuò)散過(guò)程產(chǎn)生，為了保持品粒聚在一起，就要求晶界滑動(dòng)；2）如果蠕變起因于晶界滑動(dòng)，要求擴(kuò)散過(guò)程來(lái)調(diào)整。

晶界蠕變不是獨(dú)立機(jī)理，晶界滑動(dòng)要與晶內(nèi)變形配合。擴(kuò)散蠕變與晶界蠕變是互動(dòng)的。1）如果蠕變由擴(kuò)散過(guò)程產(chǎn)生，為了保持品粒聚在一起，就要求晶界1061.溫度溫度升高，蠕變大。因?yàn)闇囟壬?，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界錯(cuò)動(dòng)加快。2.應(yīng)力

蠕變隨應(yīng)力增加而增大.

若對(duì)材料施加壓應(yīng)力，則增加了蠕變的阻力。2.5.3影響蠕變的因素外界因素1.溫度2.5.3影響蠕變的因素外界因素1073.晶體的組成

組成不同的材料其蠕變行為不同。結(jié)合力大，不易蠕變。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)程度增加，擴(kuò)散及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)降低抗蠕變性能就較好。4.顯微結(jié)構(gòu)的影響

內(nèi)部因素氣孔率增加，蠕變率增大。晶粒越小，蠕變率越大。玻璃相含量高,蠕變率增大。3.晶體的組成內(nèi)部因素氣孔率增加，蠕變率增大。108再見(jiàn)再見(jiàn)109材料物理-材料的受力形變材料物理-材料的受力形變110材料科學(xué)物理科學(xué)材料物理緒論物理學(xué)概念、原理等物理學(xué)模型材料性能材料科學(xué)物理科學(xué)材料物理緒論物理學(xué)概念、原理等物理學(xué)111研究?jī)?nèi)容：物理性能與材料的成分、結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程的關(guān)系及其變化規(guī)律。熱學(xué)性能電學(xué)性能光學(xué)性能

材料物理性能磁學(xué)性能聲學(xué)性能力學(xué)性能研究?jī)?nèi)容：熱學(xué)性能電學(xué)性能光學(xué)性能材料物理性能磁學(xué)性能聲學(xué)112本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：基本概念、物理本質(zhì)、影響因素和分析應(yīng)用。學(xué)習(xí)要求：1、掌握基本概念2、定性了解各種物理性能的物理本質(zhì)本課程的內(nèi)容龐雜，每章都自成體系。從四個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：基本概113使用教材：使用教材：114本課程講授內(nèi)容一、力學(xué)性能二、熱學(xué)性能三、電學(xué)性能四、磁學(xué)性能本課程講授內(nèi)容一、力學(xué)性能115考核辦法：期末考試80%，平時(shí)20%。平時(shí)成績(jī)：測(cè)驗(yàn)3次75%,出勤25%。遲到5次或曠課3次及以上，出勤成績(jī)?yōu)?分；考核辦法：期末考試80%，平時(shí)20%。116大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流117大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流82.1應(yīng)力和應(yīng)變2.2彈性形變2.3滯彈性2.4材料的塑性形變2.5材料的高溫蠕變第2章材料的受力形變2.1應(yīng)力和應(yīng)變第2章材料的受力形變118

各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，稱之為形變。形變：形變方式：作用力較小—彈性形變（可逆）；作用力較大—塑性形變（不可逆）；高溫恒應(yīng)力條件下—蠕變；各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，119基本力學(xué)行為：材料受力→彈性形變→塑性形變→斷裂基本力學(xué)指標(biāo)：強(qiáng)度塑性韌性屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度延伸率斷面收縮率基本力學(xué)行為：材料受力→彈性形變→塑性形變→斷裂120單向靜載荷拉伸試驗(yàn)單向靜載荷拉伸試驗(yàn)121

材料在外力作用下都要產(chǎn)生內(nèi)力，同時(shí)發(fā)生形變。通常內(nèi)力用應(yīng)力描述，形變則用應(yīng)變表示。

應(yīng)力的定義：?jiǎn)挝幻娣e上所受的內(nèi)力。

一、應(yīng)力2.1應(yīng)力和應(yīng)變FSL0LS0伸長(zhǎng)外力面積應(yīng)力單位：1Pa=1N/m2

材料在外力作用下都要產(chǎn)生內(nèi)力，同時(shí)發(fā)生形變。通常內(nèi)力122

分類：工程應(yīng)力（名義應(yīng)力）：真實(shí)應(yīng)力：FSL0LS0伸長(zhǎng)變形小時(shí)：

分類：工程應(yīng)力（名義應(yīng)力）：真實(shí)應(yīng)力：FSL0LS0伸長(zhǎng)變123

分類：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：同作用面垂直的稱為正應(yīng)力，同作用面平行的稱為切應(yīng)力，正應(yīng)力引起材料的伸長(zhǎng)或縮短，切應(yīng)力引起材料的畸變，并使材料發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。S0

分類：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：同作用面垂直的1241.單向拉伸應(yīng)變F二、應(yīng)變

應(yīng)變是用來(lái)描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移。名義應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：量綱：無(wú)SL0LS0伸長(zhǎng)F1.單向拉伸應(yīng)變F二、應(yīng)變名義應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：125名義應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變通常為了方便起見(jiàn)都用名義應(yīng)變。小形變時(shí)基本相同大形變時(shí)差別較大SL0LS0FF名義應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變通常為了方便起見(jiàn)都用名義應(yīng)變。小形變時(shí)基本1262.

剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾角的變化。

外力方向與作用面平行——切應(yīng)力2.

剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾角的1273.壓縮應(yīng)變（體積應(yīng)變）V0V受流體靜壓力作用壓縮應(yīng)力靜壓力P壓縮應(yīng)變3.壓縮應(yīng)變（體積應(yīng)變）V0V受流體靜壓力作用壓縮應(yīng)力128三、應(yīng)力與應(yīng)變曲線不同材料的變形行為不同三、應(yīng)力與應(yīng)變曲線不同材料的變形行為不同129××××1301.脆性材料（陶瓷）：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒(méi)有塑性變形（或塑性變形很?。┙又褪菙嗔?，總彈性應(yīng)變能非常小。不同材料的變形行為不同。2.延性材料（金屬）：如上圖曲線（b）開(kāi)始為彈性形變，接著有一段彈塑性形變，然后才斷裂，總變形能很大。3.彈性材料（橡膠）：如上圖曲線（c），沒(méi)有殘余形變。1.脆性材料（陶瓷）：如上圖曲線（a），即在彈性變形后沒(méi)有塑131

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，研究材料在受力情況下產(chǎn)生形變的規(guī)律是有重要意義的。材料的形變是重要的力學(xué)性能，與材料的制造、加1322.2彈性形變

物體在外力的作用下會(huì)發(fā)生形變，當(dāng)外力撤銷后有些物體可以恢復(fù)到原來(lái)的形狀。物體這種能消除由外力引起的形變的性能，稱為彈性。

外力去除后，形變完全消失的現(xiàn)象叫彈性形變。

2.2彈性形變物體在外力的作用下會(huì)發(fā)133一、虎克定律（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）

a以單向拉伸為例各向同性體xz彈性模量一、虎克定律（應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系）a以單向拉伸為例各向同性134

彈性模量，對(duì)各向同性體為一常數(shù)。表示材料抵抗彈性變形的能力。彈性模量，對(duì)各向同性體為一常數(shù)。表示材料抵抗彈性變形的能力135當(dāng)長(zhǎng)方體伸長(zhǎng)時(shí)，側(cè)向要發(fā)生橫向收縮當(dāng)長(zhǎng)方體伸長(zhǎng)時(shí)，側(cè)向要發(fā)生橫向收縮136。

橫向變形系數(shù)（泊松比）泊松比：表示材料在受外力作用時(shí)，側(cè)向收縮能力對(duì)于彈性形變，金屬材料的泊松比為0.29~0.33，無(wú)機(jī)材料為0.2～0.25。。橫向變形系數(shù)（泊松比）泊松比：表示材料在受外力作用137長(zhǎng)方體在單向正應(yīng)力作用下長(zhǎng)方體在單向正應(yīng)力作用下138若長(zhǎng)方體各面分別受有均勻分布的正應(yīng)力

,則在各方面的總應(yīng)變可以將三個(gè)應(yīng)力分量中的第一個(gè)應(yīng)力分量引起的應(yīng)變分量疊加而求得。若長(zhǎng)方體各面分別受有均勻分布的正應(yīng)力139廣義虎克定律為：虎克定律：廣義虎克定律為：虎克定律：140對(duì)于剪切應(yīng)變，則有：式中為剪切模量或切變模量。

之間有下列關(guān)系：對(duì)于剪切應(yīng)變，則有：式中為剪切模量或切變模量。141——各向同等的壓力除以體積變化為材料的體積彈性模量。對(duì)于均勻壓縮應(yīng)變則有：——各向同等的壓力除以體積變化為材料的體積142彈性模量拉伸模量E剪切模量G體積模量K關(guān)系：彈性模量拉伸模量E關(guān)系：143理論上：理論上：144二、彈性變形機(jī)理

1、彈性的特點(diǎn)

（1）可逆性（2）單值線性（線彈性）（3）變形量較小

一般：金屬、陶瓷、結(jié)晶態(tài)高聚物小于1%

例外：橡膠態(tài)高聚物：1000%、非線性二、彈性變形機(jī)理1、彈性的特點(diǎn)（1）可逆性1452、彈性變形的本質(zhì)（過(guò)程）無(wú)外力作用時(shí)，原子在平衡位置作微振動(dòng)。

彈性變形本質(zhì)：構(gòu)成材料的原子（離子）或分子從平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。2、彈性變形的本質(zhì)（過(guò)程）無(wú)外力作用時(shí)，原子在平衡位置作微146材料物理-材料的受力形變-課件147在r0附近結(jié)論：ks的大小反映了原子間的作用力曲線在r=r0處斜率大小。3、原子間相互作用力和彈性常數(shù)的關(guān)系在r0附近結(jié)論：ks的大小反映了原子間的作用力曲線在r1484、原子間的勢(shì)能與彈性常數(shù)的關(guān)系4、原子間的勢(shì)能與彈性常數(shù)的關(guān)系149就是勢(shì)能曲線在最小值處的曲率，它是δ與無(wú)關(guān)的常數(shù)。結(jié)論：彈性系數(shù)ks的大小實(shí)質(zhì)上反映了原子間勢(shì)能曲線極小值尖峭度的大小。就是勢(shì)能曲線在最小值處的曲率，結(jié)論：彈性系數(shù)ks的大小實(shí)質(zhì)上150彈性系數(shù)ks對(duì)于一定的材料它是個(gè)常數(shù)，它代表了對(duì)原子間彈性位移的抗力，即原子結(jié)合力。彈性系數(shù)ks對(duì)于一定的材料它是個(gè)常數(shù)，它代表了對(duì)原子間彈性位1515、彈性模量彈性模量E是一個(gè)重要的材料常數(shù)，它是原子間結(jié)合強(qiáng)度的一個(gè)標(biāo)志。微觀上：表征了原子間結(jié)合能的大小。宏觀上：表征了材料抵抗彈性變形的能力。5、彈性模量微觀上：表征了原子間結(jié)合能的大小。152彈性模量E：彈性模量E：153E共價(jià)鍵＞E離子鍵＞E金屬鍵＞E分子鍵E無(wú)機(jī)非金屬＞E金屬＞E高聚物E化學(xué)鍵＞E物理鍵三、彈性模量的影響因素量。彈性模量E：彈性模量。彈性模量，量E共價(jià)鍵＞E離子鍵＞E金屬鍵＞E分子鍵E無(wú)機(jī)非金屬＞154材料物理-材料的受力形變-課件155材料物理-材料的受力形變-課件156材料物理-材料的受力形變-課件157E0—材料無(wú)氣孔時(shí)的彈性模量，P—為氣孔率.E0—材料無(wú)氣孔時(shí)的彈性模量，P—為氣孔率.158材料物理-材料的受力形變-課件1597、兩相復(fù)合材料的彈性橫量在兩相系統(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。假定兩相系統(tǒng)的泊松比相同并聯(lián)模型串聯(lián)模型7、兩相復(fù)合材料的彈性橫量在兩相系統(tǒng)中，總彈性模量在高彈性模160vA、vB分別為兩相的體積分?jǐn)?shù)EA、EB分別為分別為兩相的彈性模量AB并聯(lián)模型E為兩相系統(tǒng)彈性模量的最高值，叫上限模量。條件vA、vB分別為兩相的體積分?jǐn)?shù)AB并聯(lián)模型E為兩相系統(tǒng)彈161BA

兩相系統(tǒng)彈性模量的最低值也叫下限模量。串聯(lián)模型條件BA兩相系統(tǒng)彈性模量的最低值也叫下限模量。串聯(lián)162

2.3滯彈性

對(duì)于理想彈性固體，作用應(yīng)力會(huì)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。對(duì)于實(shí)際固體相應(yīng)于最大應(yīng)力的彈性應(yīng)變滯后于引起這個(gè)應(yīng)變的最大負(fù)荷。因此測(cè)得的彈性模量隨時(shí)間而變化。彈性模量依賴于時(shí)間的現(xiàn)象稱為滯彈性。加載卸載滯彈性：應(yīng)變滯后于應(yīng)力2.3滯彈性對(duì)于理想彈性固體，作用應(yīng)力會(huì)163

一、理想模型

2.3.1力學(xué)模型

1.虎克固體模型或力學(xué)元件力學(xué)特性一、理想模型2.3.1力學(xué)模型1.虎克固體模型或力164流動(dòng)時(shí)有速度梯度存在流動(dòng)阻力——內(nèi)摩擦力F切應(yīng)力

2.牛頓液體模型（1）牛頓粘性定律

兩塊相距為Y的平板，兩板間充滿均勻的真實(shí)流體，平板面積S足夠大。粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動(dòng)力對(duì)其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示，粘度大表現(xiàn)內(nèi)摩擦力大。

流動(dòng)時(shí)有速度梯度存在流動(dòng)阻力——內(nèi)摩擦力165速度梯度=剪切速率粘度的物理意義：產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力牛頓粘性定律牛頓粘性定律速度梯度=剪切速率粘度的物理意義：產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪166牛頓粘性定律牛頓粘性定律167牛頓液體模型力學(xué)元件力學(xué)特性牛頓液體模型力學(xué)元件力學(xué)特性168彈簧粘壺彈簧粘壺169二、組合模型

麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)由彈性和粘性兩種成分組成的聚集體。1.麥克斯韋模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：應(yīng)力松弛串聯(lián)模型二、組合模型麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體170二、組合模型

麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體，是內(nèi)部結(jié)構(gòu)由彈性和粘性兩種成分組成的聚集體。1.麥克斯韋模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：應(yīng)力松弛串聯(lián)模型二、組合模型麥克斯韋液體是一種液態(tài)粘彈性物體1712.開(kāi)爾文固體模型——固態(tài)粘彈性物體并聯(lián)模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：蠕變（應(yīng)變松弛）2.開(kāi)爾文固體模型——固態(tài)粘彈性物體并聯(lián)模型運(yùn)動(dòng)方程：應(yīng)用：172材料物理-材料的受力形變-課件1732.3.2滯彈性一、標(biāo)準(zhǔn)線性固體2.3.2滯彈性一、標(biāo)準(zhǔn)線性固體174材料物理-材料的受力形變-課件175材料物理-材料的受力形變-課件176為恒定應(yīng)變下的應(yīng)力松弛弛豫時(shí)間。為恒定應(yīng)力下的應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)線性固體方程為恒定應(yīng)變下的應(yīng)力松弛弛豫時(shí)間。為恒定應(yīng)力下的應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。177二、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛1、應(yīng)變松弛（蠕變）

應(yīng)變松弛是固體材料在恒定荷載下，變形隨時(shí)間延續(xù)而緩慢增加的不平衡過(guò)程。蠕變：是指在恒定的應(yīng)力作用下，材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。例如：瀝青、水泥、混凝土、玻璃、高聚物在室溫下，金屬、陶瓷在較高溫度下，在持續(xù)外力作用下，除初始彈性變形外，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的隨時(shí)間延續(xù)而發(fā)展的緩慢變形。二、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛1、應(yīng)變松弛（蠕變）應(yīng)178蠕變?nèi)渥兓貜?fù)蠕變?nèi)渥兓貜?fù)1792、應(yīng)力松弛

應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力作用下，發(fā)生變形著的物體，在總的變形值保持不變的情況下，由于徐變變形漸增，彈性變形相應(yīng)減小，由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間延續(xù)而逐漸減少的過(guò)程。應(yīng)力松弛：是在恒定溫度和形變保持不變的情況下，材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。例如：打包帶變松、橡皮筋變松

2、應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力作用下，發(fā)生180三、松弛時(shí)間1、恒定應(yīng)力設(shè)為總應(yīng)變的滯后部分滯后大?。鹤⒁猓喝?、松弛時(shí)間1、恒定應(yīng)力設(shè)為總應(yīng)變的滯后部分滯后181分離變量：積分：滯彈性應(yīng)變與時(shí)間t

的關(guān)系總應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，加上分離變量：積分：滯彈性應(yīng)變與時(shí)間t的關(guān)系總應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)182討論：應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間：在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變達(dá)到所需時(shí)間

越大，應(yīng)變滯后越大，因此可以反映不同材料應(yīng)變滯后的程度。即越大滯彈性也越大。討論：應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間：在恒定應(yīng)力作用下，應(yīng)變達(dá)到1832、恒定應(yīng)變（應(yīng)力松弛）對(duì)于彈簧2，恒定應(yīng)變則不變對(duì)于彈簧1，2、恒定應(yīng)變（應(yīng)力松弛）對(duì)于彈簧2，恒定應(yīng)變則184應(yīng)力松弛方程分離變量，解方程討論：是應(yīng)力從原始值松弛到所需時(shí)間即應(yīng)力松弛方程分離變量，解方程討論：是應(yīng)力從原始值松弛185應(yīng)力松弛時(shí)間。應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。如果大，或E

小，則都大，滯后大如果則，，E為常數(shù)，不隨時(shí)間變化，理想彈性如果則，，體系E隨時(shí)間變化，應(yīng)力松弛時(shí)間。應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間。如果大，或E186

塑性形變是指一種在外力移去后不能恢復(fù)的形變。材料經(jīng)受塑性形變而不破壞的能力叫延展性，此種性能在材料加工和使用中都很有用，是一種重要的力學(xué)性能。2.4材料的塑性形變塑性變形是金屬區(qū)別于非金屬的重要特征。塑性形變是指一種在外力移去后不能恢復(fù)的形2.4187彈性極限產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力；屈服強(qiáng)度、金屬開(kāi)始塑性變形的最小應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度材料抵抗大塑性變形的能力，反映極限承載能力。彈性極限產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)188

δ和ψ都是材料的塑性指標(biāo)，表示金屬的塑性變形能力。斷面收縮率：斷后伸長(zhǎng)率（延伸率）:塑性指標(biāo)δ和ψ都是材料的塑性指標(biāo)，表示金屬的塑性變形能力。斷面收縮189塑性變形方式

從宏觀上看，固體的塑性變形方式很多，如伸長(zhǎng)和縮短、彎曲、扭轉(zhuǎn)以及各種復(fù)雜變形。從微觀上看，單晶體的塑性變形的基本方式只有兩種，就是滑移和孿晶。

滑移是金屬塑性變形的最主要形式.

塑性變形方式從宏觀上看，固體的塑性190滑移：晶體受力時(shí)，晶體的一部分相對(duì)另一部分發(fā)生平移滑動(dòng)。滑移是在剪應(yīng)力作用下在一定滑移系統(tǒng)上進(jìn)行的。不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式?；疲壕w受力時(shí)，晶體的一部分相對(duì)另一部分發(fā)生平移滑動(dòng)。滑移191孿晶:是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿晶方向）相對(duì)于另一部分，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生連續(xù)順序的切變。

孿晶:是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和1922.4.1晶格滑移一、滑移條件

滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進(jìn)行。這是因?yàn)椋好芘琶嬷g的面間距大，滑移阻力??；密排方向原子密度大，移動(dòng)距離短。

產(chǎn)生滑移條件：面間距大；移動(dòng)距離短；相對(duì)滑移面上的電荷相反。2.4.1晶格滑移一、滑移條件滑移總是沿著晶體193

滑移系

單晶體的滑移

滑移總是沿著一定的晶面和該面上一定的晶向進(jìn)行，這種晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向；一個(gè)滑移面與其面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。

滑移系在一定程度上決定了金屬塑性的好壞。如面心立方和體心立方金屬的塑性好于密排六方金屬。但在相同條件下，金屬塑性好壞還取決于滑移面原子密排程度及滑移方向的數(shù)目等因素?；葡祮尉w的滑移滑移總是沿著一定的晶面和194(a)面心立方晶體三種晶體結(jié)構(gòu)的滑移系面心立方金屬為12個(gè)滑移系{111}<110>(a)面心立方晶體三種晶體結(jié)構(gòu)的滑移系面心立方金屬為12個(gè)195(c)體心立方晶體可能的滑移系12-48個(gè)：{110}<111>,{112}<111>,{123}<111>.(c)體心立方晶體可能的滑移系12-48個(gè)：196(0001)<1120>密排六方金屬有3個(gè)滑移系：（c）密排六方晶體(0001)<1120>密排六方金屬有3個(gè)滑移系：（c）密排197

滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面心立方金屬比體心立方金屬的塑性更好。

一個(gè)滑移系就是滑移時(shí)的一種空間取向或一種可能性。因此，滑移系越多，金屬變形能力越大。常見(jiàn)金屬的滑移系如下：

滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面?98二、臨界分切應(yīng)力

只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力首先達(dá)到一定的臨界值時(shí)，這一滑移系開(kāi)動(dòng)，晶體才開(kāi)始滑移。該分切應(yīng)力即稱為滑移的臨界分切應(yīng)力，它是使滑移系開(kāi)動(dòng)的最小分切應(yīng)力。

應(yīng)力與外力F方向相同，可分解為兩個(gè)分應(yīng)力，一個(gè)為垂直于滑移面的分正應(yīng)力，另一個(gè)為分切應(yīng)力。二、臨界分切應(yīng)力只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力首199設(shè)試棒橫截面積為A軸向拉力為F滑移面法線與外力F之間的夾角為λ滑移方向與外力F之間的夾角為φ作用此滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力（）設(shè)試棒橫截面積為A作用此滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力（）200滑移的臨界分切應(yīng)力（c）：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力。

當(dāng)σ=σs（屈服強(qiáng)度）時(shí)，微觀上晶體開(kāi)始滑移，宏觀上開(kāi)始塑性變形，此時(shí)對(duì)應(yīng)著τ=τc。τc稱為臨界分切應(yīng)力。不同滑移面及滑移方向的剪應(yīng)力不一樣同一滑移面上不同滑移方向剪應(yīng)力也不一樣滑移的臨界分切應(yīng)力（c）：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最201

滑移的臨界分切應(yīng)力（c）

c取決于金屬的本性，不受，的影響；

或＝90時(shí)，

；c＝coscos

的取值

，＝45時(shí)，最小，晶體易滑移；

軟取向：值大；

取向因子：