7.3 應力－應變行為.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 7.12 孔隙對陶瓷機械性質之影響 對某些陶瓷製程技術而言，其原料是以粉末的形式存在，而後緊壓使這些粉末顆粒形成所需要之形狀，而縫隙或空孔將存在於粉末顆粒之間。任何殘留孔隙對於彈性性質與強度都會有不良的影響。 孔隙基於下述兩個理由而對抗彎強度有不良之影響： (1) 孔隙會降低負荷施加所能通過的橫截面面積； (2) 它們扮演著應力集中者角色—對於單一的圓孔洞而言，其施加的拉伸應力放大了兩倍。 P.218 7.13 應力－應變行為 高分子的機械性質使用許多與金屬一樣相同的參數，包括彈性模數、降伏與抗拉強度。高分子機械特性，對於變形速率（應變率）、溫度和化學環境（水、氧、有機溶劑等）相當敏感。 圖 7.22 顯示高分子材料三種不同的典型應力－應變行為。曲線 A 說明脆性高分子的應力－應變行為，其破壞發生在彈性變形時。某些塑性材料的特性如曲線 B，與許多金屬材料相似，剛開始是彈性變形，接著是降伏和塑性變形區域。最後，曲線 C 顯示的是完全彈性變形，類似橡膠的彈性（低應力可產生大的可回復應變），這類高分子稱為彈性體（elastomer）。 P.219 高分子的機械行為: 圖7.22 P.220 圖 7.22　脆性（曲線 A）、塑性（曲線 B）和高彈性（曲線 C）高分子的應變應力－應變行為。 7.14 巨觀變形 半結晶高分子在巨觀變形的某些方面值得我們注意，某半結晶材料的拉伸應力－應變曲線如圖 7.25 所示，圖中同時顯示在不同階段時的試片輪廓。 P.221 圖7.25 P.221 圖 7.25　半結晶高分子拉伸應力－應變曲線的示意圖，包含各階段變形的試片輪廓。 7.15 黏彈變形 非晶質高分子在低溫時其行為像玻璃，而在中間溫度（在玻璃轉換溫度以上）為橡膠狀固體，於溫度更高時則為黏性液體。其在中間溫度時呈現橡膠固體，則具有結合兩種極端情況的機械特性，此情況稱為黏彈性（viscoelasticity）。 對於中間的黏彈性行為，如圖 7.26a 的應力作用方式會造成產生瞬間的彈性應變，隨後產生與時間相依之應變的黏性行為，即滯彈性行為。 P.222 圖7.26 P.222 圖 7.26　(a) 負載對時間圖，其中作用負載是於時間 ta 時瞬間施加，而於時間 tr 時釋放。對於在 (a) 中之負載－時間循環，應變對時間反應於 (b) 為完全彈性， (c) 為黏彈性， (d) 為黏滯性行為。 黏彈性鬆弛模數 Viscoelastic Relaxation Modulus 高分子材料的黏彈性行為取決於時間和溫度兩種因素，應力鬆弛（stress relaxation）測量可用來測量及量化此行為。 高分子中分子鬆弛過程會使應力隨時間降低。我們可定義鬆弛模數（relaxation modulus；Er(t)）為一黏彈性高分子與時間相依的彈性模數 P.223 圖7.27 P.224 圖 7.27　黏彈性高分子鬆弛模數對時間圖（以對數尺度作圖）；等溫曲線產生於溫度 T1至 T7。鬆弛模數的溫度相依性是以 log Er(t1) 對溫度來表示。 黏彈性潛變 Viscoelastic Creep 許多高分子材料當應力維持在常數時，其變形易受時間影響，此種變形稱為黏彈性潛變（viscoelastic creep）。這種形式的變形即使在室溫及低於材料降伏強度的適度應力下也可能很顯著。 潛變結果是以與時間函數潛變模數（creep modulus）Ec(t) 來表示，其定義為 P.226 7.16 硬度 硬度（hardness），它是材料對局部塑性變形（如小凹痕或刮痕）抵抗能力的一種量測。過去幾年已發展出定量的硬度技術，在控制應用負荷和速率條件下，將一小壓痕器壓入材料的表面來作測試。經由量測壓痕的深度或大小，可轉換成相對硬度值。 P.226 硬度試驗較其它機械試驗更常被使用基於以下幾個原因： 1.操作簡單且價格不貴 2.試驗是非破壞性的 3.可由硬度數據來推估其它的機械性質 P.226 洛氏硬度試驗 Rockwell Hardness Tests 洛氏硬度試驗是測量硬度最常用的方法，利用不同壓痕器和不同負荷的可能組合，有數種不同的等級可用來測試所有金屬合金和一些高分子。 此系統硬度值的決定是藉由施加開始的次負荷，接著加一較大的主負荷後，其穿透深度的不同來決定。基於主負荷和次負荷的大小，有兩種不同的測試形式：洛氏和表面洛氏。 當標示洛氏和表面硬度時，必須標出硬度值和等級符號。它的等級以符號 HR 緊接著適當尺度來標示。 P.227 表 7.5 硬度試驗技術 P.228 勃氏硬度試驗 Brinell Hardness Tests 在勃氏試驗中，如同洛氏量測一樣，是將一硬圓球的壓痕器壓入待測金屬表面。