陶瓷材料力學性能

陶瓷材料力學性能第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日?Tensilestress,s:?Shearstress,t:Stresshasunits:N/m2orlb/in2ENGINEERINGSTRESS第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日?Elasticmodulus,E?E~curvatureatroEislargerifEoislarger.PROPERTIESFROMBONDING:E第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日?ElasticShearmodulus,G:t=G

g?ElasticBulkmodulus,K:?Specialrelationsforisotropicmaterials:simpletorsiontestpressuretest:Init.vol=Vo.Volchg.=DVOTHERELASTICPROPERTIES第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日?Tensilestrain:?Lateralstrain:?Shearstrain:qStrainisalwaysdimensionless.(L)(-LL)ENGINEERINGSTRAIN第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure6.3(a)Tensile,compressive,shearandbendingstresses.(b)IllustrationshowinghowYoung’smodulusisdefinedforelasticmaterial.(c)Fornonlinearmaterials,weusetheslopeofatangentasavariablequantitythatreplacestheYoung’smodulusconstant第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日TheTensileTest:UseoftheStress-StrainDiagramLoad-Theforceappliedtoamaterialduringtesting.StraingageorExtensometer-Adeviceusedformeasuringchangeinlengthandhencestrain.Glasstemperature(Tg)-Atemperaturebelowwhichanotherwiseductilematerialbehavesasifitisbrittle.Engineeringstress-Theappliedload,orforce,dividedbytheoriginalcross-sectionalareaofthematerial.Engineeringstrain-Theamountthatamaterialdeformsperunitlengthinatensiletest.第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure6.7Aunidirectionalforceisappliedtoaspecimeninthetensiletestbymeansofthemoveablecrosshead.Thecross-headmovementcanbeperformedusingscrewsorahydraulicmechanism第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure6.9Tensilestress-straincurvesfordifferentmaterials.Notethatthesearequalitative第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日?Ductilefractureisdesirableforstructuralapplications!?Classification:Ductile:warningbeforefracture,i.e.changesgeometrybeforefailureBrittle:NowarningAdaptedfromFig.8.1,Callister6e.DUCTILEVSBRITTLEFAILURE第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure6.10Thestress-straincurveforanaluminumalloy第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日1.Initial2.Smallload3.UnloadElasticmeansreversible!ELASTICDEFORMATION第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日31.Initial2.Smallload3.UnloadPlasticmeanspermanent!PLASTICDEFORMATION(METALS)第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure6.11(a)Determiningthe0.2%offsetyieldstrengthingraycastion,and(b)upperandloweryieldpointbehaviorinalow-carbonsteel第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日TrueStressandTrueStrainTruestressTheloaddividedbytheactualcross-sectionalareaofthespecimenatthatload.TruestrainThestraincalculatedusingactualandnotoriginaldimensions,givenbyεtln(l/l0).Figure6.17Therelationbetweenthetruestress-truestraindiagramandengineeringstress-engineeringstraindiagram.Thecurvesareidenticaltotheyieldpoint第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日TheBendTestforBrittleMaterialsBendtest-Applicationofaforcetothecenterofabarthatissupportedoneachendtodeterminetheresistanceofthematerialtoastaticorslowlyappliedload.Flexuralstrengthormodulusofrupture-Thestressrequiredtofractureaspecimeninabendtest.Flexuralmodulus-Themodulusofelasticitycalculatedfromtheresultsofabendtest,givingtheslopeofthestress-deflectioncurve.第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日Figure6.18Thestress-strainbehaviorofbrittlematerialscomparedwiththatofmoreductilematerials第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日Figure6.19(a)Thebendtestoftenusedformeasuringthestrengthofbrittlematerials,and(b)thedeflectionδobtainedbybending第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日Figure6.21(a)Threepointand(b)four-pointbendtestsetup第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日HardnessofMaterialsHardnesstest-Measurestheresistanceofamaterialtopenetrationbyasharpobject.Macrohardness-Overallbulkhardnessofmaterialsmeasuredusingloads>2N.MicrohardnessHardnessofmaterialstypicallymeasuredusingloadslessthan2NusingsuchtestasKnoop(HK).Nano-hardness-Hardnessofmaterialsmeasuredat1–10nmlengthscaleusingextremelysmall(~100μN)forces.第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日Figure6.23IndentorsfortheBrinellandRockwellhardnesstests第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日VickersHardness,Hv第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日FRACTURETOUGHNESSFracturetoughness:Kc=Ysc(pa)0.5=Y(2Egs)0.5

KcisamaterialpropertyY~1,dependsongeometry第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日increasingBasedondatainTableB5,Callister6e.Compositereinforcementgeometryis:f=fibers;sf=shortfibers;w=whiskers;p=particles.Additiondataasnoted(vol.fractionofreinforcement):1.(55vol%)ASMHandbook,Vol.21,ASMInt.,MaterialsPark,OH(2001)p.606.2.(55vol%)CourtesyJ.Cornie,MMC,Inc.,Waltham,MA.3.(30vol%)P.F.Becheretal.,FractureMechanicsofCeramics,Vol.7,PlenumPress(1986).pp.61-73.4.CourtesyCoorsTek,Go