无机材料物理性能.ppt

无机材料物理性能无机材料物理性能芶芶立立教学方式与内容教学方式与内容??教师讲授教师讲授+ +课堂讨论课堂讨论+ +课后作业课后作业??考 核考 核: : Final exam(60%)+Practice(15%)+ Final exam(60%)+Practice(15%)+ Attendance(15%) + Discussion(10%) Attendance(15%) + Discussion(10%) ??教学内容教学内容: : 突出基本概念、原理和关键点突出基本概念、原理和关键点重点:力学(塑性形变、微裂纹重点:力学(塑性形变、微裂纹)/ )/ 热学热学/ / 光学光学/ / 电学(介电) 电学(介电) / /磁学磁学先修课程:大学物理、理论力学、材料力学、材料科学基础先修课程:大学物理、理论力学、材料力学、材料科学基础第一章第一章无机材料的受力形变无机材料的受力形变无机材料的应力、应变及弹性形变无机材料的应力、应变及弹性形变??应力应力??应变应变??无机材料的弹性变形行为无机材料的弹性变形行为??课堂讨论题课堂讨论题: Al : Al 2 2O O 3 3片片/Al /Al 片片/ /硅橡胶受到硅橡胶受到压力时压力时, ,会有哪些现象会有哪些现象? ?产生这些现象的原产生这些现象的原因是什么因是什么? ? 无机材料的应力、应变及弹性形变无机材料的应力、应变及弹性形变各种材料在外力作用下,发生形状和大小的变化, 各种材料在外力作用下,发生形状和大小的变化, 称为形变。称为形变。??应力应力: : 单位面积上所受的内力单位面积上所受的内力式中式中 F F为外力, 为外力, σσ为应力,应力的单位为为应力,应力的单位为 Pa Pa , ,A A为为面积。面积。??名义应力、真实应力名义应力、真实应力??应变应变: :物体内部各质点之间的相对位移的。一根长物体内部各质点之间的相对位移的。一根长度为度为 L L 0 0的杆,在单向拉应力作用下被拉长到的杆,在单向拉应力作用下被拉长到 L L l l, , 则应变的定义为: 则应变的定义为: 体积元单位面积上的力可分解为法体积元单位面积上的力可分解为法向应力和剪切应力,见图向应力和剪切应力,见图: : 无机材料的弹性变形行为无机材料的弹性变形行为??1 1、广义虎克定律、广义虎克定律??横向变形: 横向变形: 泊松比泊松比: :横向变形系数横向变形系数μμ= =?? y y / /?? x x = = ?? z / / z / / ?? x x 剪切应变: 剪切应变: 式式引入剪切模量引入剪切模量 G G ??体积变化引入体积模量体积变化引入体积模量 K K。。??杨氏模量杨氏模量 E E; ;剪切模量剪切模量 G G; ;体积模量体积模量 K K的相互的相互关系关系各向同性材料: 各向同性材料: E=2G(1+ E=2G(1+ μμ) =3K(1-2 ) =3K(1-2 μμ) ) ?弹性模量 E 实际上和原子间结合力曲线上任一受力点的曲线斜率有关。在不变外力的情况下, tgα就反映了弹性模量 E 的大小。原子间结合力弱, 如图中曲线 1,α1较小, tgα 1 较小, E1 也就小;原子问结合力强,如图中曲线 2,α 2和 tgα 2 都较大, E 2也就大。两相系统中弹性模量的估算两相系统中弹性模量的估算??上限弹性模量上限弹性模量 E E H H: : 下限弹性模量下限弹性模量 E E L L: : ??对于连续基体内含对于连续基体内含有封闭气孔时,总有封闭气孔时,总弹性模量的经验公弹性模量的经验公式为: 式为: E=E E=E 0 0 (1-+ (1-+ 2 2) ) E E 0 0为无气孔时的弹性模为无气孔时的弹性模量, 量, P P为气孔率为气孔率粘弹性与滞弹性粘弹性与滞弹性??粘弹性粘弹性( ( Visoelasticity Visoelasticity ) ) 自然界中实际存在的材料, 自然界中实际存在的材料, 其形变一般介于理想弹性其形变一般介于理想弹性固体与理想粘性液体之间, 固体与理想粘性液体之间, 即具有固体的弹性又具有即具有固体的弹性又具有液体的粘性。液体的粘性。??最典型的是高分子材料;一些最典型的是高分子材料;一些非晶体,有时甚至多晶体在比非晶体,有时甚至多晶体在比较小的应力时较小的应力时??实际固体中弹性应变的产实际固体中弹性应变的产生与消除需要有限时间。生与消除需要有限时间。固体和金属这种与时间有固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。聚关的弹性称为滞弹性。聚合物的粘弹性可以认为仅合物的粘弹性可以认为仅仅是严重发展的滞弹性。仅是严重发展的滞弹性。