第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜.doc

幻灯片1 第四章 材料的性能materials property 性能决定用途。 本章对材料的力学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳米材料的性能进行阐述。 幻灯片2 4－1 固体材料的力学性能Mechanical Properties of Solid Materials 结构件：力学性能为主 非结构件：力学性能为辅，但必不可少 幻灯片3 mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture 幻灯片4 4-1-1 材料的力学状态 mechanical states of matrials1.金属的力学状态 A 晶态结构， B 较高的弹性模量 和强度， C 受力开始为弹性 形变，接着一段 塑性形变，然后 断裂， 总变形能很大， D 具有较高的熔点。 幻灯片5 某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度， C 延伸率很低而并不脆。 D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低， 发生晶化而失去非晶态结构。 幻灯片6 2. 无机非金属的力学状态 A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。 B 气相（气孔）的存在导致陶瓷的弹性模量和机械 强度降低。 C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。 D 绝大多数无机材料在弹性变形后立即发生脆性断 裂，总弹性应变能很小。 陶瓷材料的力学特征 高模量 高硬度 高强度 低延伸率 幻灯片7 3. 聚合物的力学状态 （1） 非晶态聚合物 的三种力学状态 ①玻璃态 ②高弹态 ③粘流态 幻灯片8 （2） 结晶聚合物的力学状态 T m 、 T f A 结晶聚合物常存 在一定的非晶部分，也有玻璃化转变。 B 在T g 以上模量下降不大 C 在T m 以上模量迅速下降 D 聚合物分子量很大，T m T f ，则在T m 与T f 之间将出现高弹态。 E 分子量较低，T m T f ，则熔融之后即转变成粘流态， 幻灯片9 玻璃化温度(Tg)是非晶态塑料使用的上限温度 是橡胶使用的下限温度 熔点(Tm)是结晶聚合物使用的上限温度 幻灯片10 4-1-2 应力和应变 stress-strain If a load is static or changes relatively slowly with a time and is applied uniformly over a cross section or surface of a member, the mechanical behavior may be ascertained by a simple stress-strain test. These are mostly commonly conducted for materials at room temperature. 幻灯片11 4-1-2 应力和应变 (stress and strain) 应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。 名义应力：面积为材料受力前的初始面积的应力。 真实应力：面积为受力后的真实面积的应力。 应变：受到外力不惯性移动时，几何形状和尺寸的变化。 1. 材料的应变方式 各向同性材料，三种基本类型： 简单拉伸 tension 简单剪切 shear 均匀压缩 compression 还有扭转和弯曲形变。 幻灯片12 （1）简单拉伸(tensile) ? = ( l – l 0 ) / l 0 = ? l / l 0 ? =F / S 0 F垂直于截面、大小相等、方向相反并作用于同一直线上 幻灯片13 幻灯片14 （2）简单剪切(shear) 切应变 ? =? l / l 剪切力 ? s= F / S 0 F与截面平行、大小相等，方向相反且不在同一直线上的两个力 幻灯片15 （3