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1. 名義應(yīng)力:真實(shí)應(yīng)力:
正應(yīng)力——伸長或縮短的量——正應(yīng)變,用σ表示;
剪切應(yīng)力——畸變或轉(zhuǎn)動(dòng)的量——剪切應(yīng)變,用τ表示。
名義應(yīng)變:真實(shí)應(yīng)變:
正應(yīng)變:xx,yy,zz;
剪切應(yīng)變:xy,yz,zx。
2. 材料受力形變的三個(gè)階段:
彈性形變:當(dāng)外力去除后,能恢復(fù)到原來形狀和尺寸的形變。
塑性形變:外力去除后,形狀或尺寸不能恢復(fù)的形變。
斷裂。
3. 根據(jù)受力形變.征,材料可分為:
脆性材料(非金屬材料):只有彈性形變,無塑性,形變或塑性形變很小。
延性材料(金屬材料):有彈性形變和塑性形變。
彈性材料(橡膠):彈性變形很大,沒有殘余形變(無塑性形變)。
4. 結(jié)論:
彈性形變的物理本質(zhì):原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)。
彈性系數(shù)ks和彈性模量E是反映原子間結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志。
5. 影響彈性模量的因素即影響原子間結(jié)合力的因素。
?。?)鍵合方式:共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合力強(qiáng),彈性模量E較大;金屬鍵和分子鍵結(jié)合力弱,E較低。(2)晶體結(jié)構(gòu)因材料的方向不同差別很大,排列越致密的方向結(jié)合越緊密,E越大。(3)溫度大部分固體,受熱后漸漸開始膨脹、變軟,原子間結(jié)合力減弱,彈性常數(shù)降低。(4)復(fù)相的彈性模量在二相系統(tǒng)中,總模量介于高模量成分和低模量成分間,類似于二相系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù),通過假定材料有許多層組成,這些層平行或垂直于作用單軸應(yīng)力,找出.寬的可能界限。
6. *些非晶體有時(shí)甚*多晶體在比較小的應(yīng)力作用下可同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘性,稱為粘彈性。理想彈性體受應(yīng)力作用立即產(chǎn)生應(yīng)變,與時(shí)間無關(guān)。*旦應(yīng)力撤除,應(yīng)變也隨之立即消除。實(shí)際固體材料的應(yīng)變產(chǎn)生與消除需要有限時(shí)間,這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。
7. 應(yīng)變?nèi)渥児腆w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程,或材料受力后內(nèi)部原子由不平衡到平衡的過程,也叫徐變。當(dāng)外力除去后,徐變變形不能立即消失。應(yīng)力弛豫在持續(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)的減小,由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間延續(xù)而逐漸減少的現(xiàn)象。
8. *個(gè)自由振動(dòng)的固體,即使與外界完全隔離(如處于真空環(huán)境),它的機(jī)械能也會轉(zhuǎn)化成熱能,從而使振動(dòng)逐漸停止;如果是強(qiáng)迫振動(dòng),則外界必須不斷提*能量,才能使這個(gè)固體維持振動(dòng)。這種由于固體內(nèi)部原因而使機(jī)械能消耗的現(xiàn)象稱為內(nèi)耗,又叫阻尼,內(nèi)耗變化的.大值稱為內(nèi)耗峰。
9. 材料屈服時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力值,即材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的能力。
10. 產(chǎn)生滑移的條件
幾何條件:面間距大;滑移矢量(柏格斯矢量)小。
靜電條件:每個(gè)面上是同*種電荷的原子,相對滑動(dòng)面上的電荷相反。
11. 滑移系統(tǒng)
包括滑移方向和滑移面,即滑移按*定的晶面和方向進(jìn)行。
12. 為什么無機(jī)非金屬材料不易塑性形變?
無機(jī)非金屬材料的離子鍵或共價(jià)鍵具有方向性,同號離子斥力.大,滿足幾何條件與靜電條件的滑移系統(tǒng)少。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,滿足條件就越困難。金屬的柏格斯矢量*般為3A左右,較小,根據(jù)位錯(cuò)形成能E=aGb2,易形成位錯(cuò);無機(jī)材料的柏格斯矢量較大,如MgAl2O4三元化合物為8A,Al2O3的為*,難以形成位錯(cuò)。
13. 高溫蠕變:材料在高溫下長時(shí)間的受到小應(yīng)力作用,出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象,即時(shí)間——應(yīng)變的關(guān)系。在高溫條件下,借助于外應(yīng)力和熱激活的作用,形變的*些障礙物得以克服,材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了*逆的微觀過程。
14. 高溫蠕變機(jī)理
晶格機(jī)理——位錯(cuò)攀移理論,主要針對于單晶蠕變,但也可能控制著多晶的蠕變過程;
擴(kuò)散蠕變理論——空位擴(kuò)散流動(dòng);
晶界機(jī)理——多晶體的蠕變。
15. 高溫蠕變的影響因素
(1)溫度、應(yīng)力(外界因素)
當(dāng)溫度升高時(shí),形變速率加快,恒定蠕變階段縮短。增加應(yīng)力時(shí),曲線形狀的變化類似與溫度。合力越大,越不易發(fā)生蠕變,所以共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的材料具有好的抗蠕變性。
?。?)晶體的組成結(jié)構(gòu)
?。?)顯微結(jié)構(gòu)
材料中的氣孔、晶粒、玻璃相等對蠕變都有影響。氣孔率增加,穩(wěn)態(tài)蠕變速率也增大;晶粒越小,穩(wěn)態(tài)蠕變速率越大;溫度升高,玻璃相黏度降低,變形速率增大,蠕變速率增大。
16. 理論斷裂強(qiáng)度: th =( E/ r0 )1/2=( E/ a )1/2
Griffith微裂紋理論: c=(2 E / C)1/2
17. 斷裂韌性即臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子K1C
當(dāng)K1隨著外應(yīng)力增大到某*臨界值,裂紋.端處的局部應(yīng)力不斷增大到足以使原子鍵分離的應(yīng)力c,此時(shí),裂紋快速擴(kuò)展并導(dǎo)致試樣斷裂。反映了具有裂紋的材料對外界作用的抵抗能力,即材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力因素。
概念區(qū)分——韌性表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好,則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。
18. 裂紋的起源
晶體微觀缺陷發(fā)展成裂紋
材料表面的機(jī)械強(qiáng)度損.與化學(xué)腐蝕形成的表面裂紋——.危險(xiǎn)的的裂紋(裂紋的擴(kuò)展由表面裂紋開始)
熱應(yīng)力引起裂紋
氣體逸出形成的裂紋
晶體生長或無定形向晶形轉(zhuǎn)變形成裂紋
19. 亞臨界裂紋擴(kuò)展的定義
指脆性材料在受到低于其臨界應(yīng)力的使用應(yīng)力作用下,裂紋擴(kuò)展取決于溫度、應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì),隨著時(shí)間的推移而緩慢擴(kuò)展。在這過程中,材料處于穩(wěn)態(tài)。又叫靜態(tài)疲勞。
20. 亞臨界裂紋擴(kuò)展機(jī)理
1)環(huán)境介質(zhì)的作用(應(yīng)力腐蝕)引起裂紋的擴(kuò)展
定義:材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性斷裂稱為應(yīng)力腐蝕斷裂。實(shí)質(zhì):在*定的壞境條件和應(yīng)力場強(qiáng)度因子作用下,材料中關(guān)鍵裂紋.端處,裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力與裂紋阻力的相對大小,構(gòu)成裂紋生長或不生長的必要充分條件。起因:材料長期暴露在腐蝕性環(huán)境介質(zhì)中,斷裂強(qiáng)度降低。
2)高溫下裂紋.端的應(yīng)力空腔作用:
在高溫下,多晶多相材料長期受力作用,晶界玻璃相粘度下降,毛細(xì)管力在此處引起局部應(yīng)力,使晶界發(fā)生蠕變或粘性流動(dòng),晶界處的氣孔、夾雜物、及結(jié)構(gòu)缺陷逐漸長大,形成空腔,空腔進(jìn)*步沿晶界方向長大、連通形成次裂紋,與主裂紋匯合形成裂紋的緩慢擴(kuò)展。
21. 預(yù)測材料壽命的兩種方法:無損探.法\保證試驗(yàn)法
22. 材料強(qiáng)度的影響因素
內(nèi)在因素:材料的物性。如:彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、斷裂能;顯微結(jié)構(gòu):相組成、氣孔、晶界(晶相、玻璃相、微晶相)、微裂紋(長度、.端的曲率大?。?;
外界因素:使用溫度、應(yīng)力、氣氛環(huán)境、試樣的形狀大小、表面;(例如:無機(jī)材料的形變隨溫度升高而變化的情況——塑性——粘性流動(dòng)——彈性——彈塑性)
工藝因素:原料的純度粒度形狀、成型方法、升溫制度、降溫速率、保溫時(shí)間,氣氛及壓力等。
23. 脆性指材料在外力作用下(如拉伸、沖擊等)僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的性質(zhì)。
韌性是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。強(qiáng)度是材料抵抗變形和斷裂的能力,塑性則表示材料斷裂時(shí)總的塑變程度。因此,可以用材料在塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的多少表示韌性的高低。
24. 脆性的本質(zhì)是缺少五個(gè).立的滑移系統(tǒng),在受力狀態(tài)下難于發(fā)生滑移使應(yīng)力淞弛。顯微結(jié)構(gòu)的脆性根源是材料內(nèi)部存在裂紋,易于導(dǎo)致高度的應(yīng)力集中。
25. 克服材料脆性的原則
提高材料的斷裂能(斷裂韌性),便于提高抵抗裂紋擴(kuò)展的能力;減小材料內(nèi)部所含裂紋缺陷的尺寸,以減緩裂紋.端的應(yīng)力集中效應(yīng)。
26. 克服材料脆性的途徑
?。?)彌散增韌——增韌相彌散于材料中
在基體中滲入具有*定顆粒尺寸的微細(xì)粉料,達(dá)到增韌的效果。其本質(zhì)為通過裂紋.端塑性形變的作用能量吸收:裂紋.端的原子發(fā)生*逆的重排,并以塑性功的形式吸收可觀的彈性應(yīng)變能,使裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力減弱。
(2)相變增韌
利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同溫度的相變,從而增韌的效果。本質(zhì):在溫度或應(yīng)力的誘發(fā)下發(fā)生相變,產(chǎn)生體積膨脹,*方面引發(fā)微裂紋,消耗能量,另*方面在主裂紋區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力,二者均能阻止或阻礙裂紋的擴(kuò)展。
(3)微晶、高密度、高均勻度、高純度
為了消除缺陷,提高晶體的完整性,細(xì)、密、勻、純具有重要意義。
?。?)預(yù)加應(yīng)力
人為地預(yù)加應(yīng)力,在材料表面造成*層壓應(yīng)力層,可以提高材料的抗拉強(qiáng)度。
(5)化學(xué)強(qiáng)化
通過改變表面化學(xué)的組成,使表面產(chǎn)生兩向狀態(tài)的壓應(yīng)力。
27. 硬度的測試方法按加載方式分:可分為壓入法和刻劃法兩大類。
28. 根據(jù)格波頻率的大小,可將其分為分為聲頻支和光頻支。聲頻支:格波中頻率較低的振動(dòng)波,質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差不大,相鄰原子具有相同的振動(dòng)方向。類似于彈性體中的應(yīng)變波。光頻支:格波中頻率較高的振動(dòng)波,質(zhì)點(diǎn)間的位相差很大,相鄰原子振動(dòng)方向相反,頻率往往在紅外光區(qū)。