材料性能PPT思考题.doc

第一部分 力学性能 1、描述材料弹性变形的能力的物理指标有哪些？其物理意义是什么？ （1）杨氏（正）弹性模量E：σ=Eε，反映材料抵抗正应变的能力。 （2）剪切模量G：在纯剪应力状态下 τ=G γ ，反映材料抵抗切应变的能力。 （3）体弹性模量：.表示材料在三向压缩(流体静压力)下，压强p与体积变化率ΔV/V之间的线性比例关系 （4）横向变形系数（泊松比）：在单向受力状态下，，反映材料横向正应变与受力方向线应变的相对比值。 2、分析总结弹性模量的影响因素。 凡是能影响键合强度的因素，如健合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、及温度等均能影响材料的弹性模量。 （1）键合方式：一般来讲，构成材料聚集状态有4种健合方式，金属、离子、共价、分子键。相应的，金属、离子、共价键间作用力强大，弹性模量高。无机非金属材料一般以离子键、共价键以及其混合键构成，因而具有较高的E。 （2）原子结构：与元素的原子结构，原子半径有密切关系，原子半径越大，E值越小。 （3）晶体结构：同一材料晶体结构不同则E不同。单晶材料在不同的晶体学方向上E各向异性。 （4）显微结构：对于工程陶瓷材料，E与构成陶瓷的材料种类、粒度、分布、比例、气孔率有关。两相系统总弹性模量在高弹性模量成分与低弹性模量数值之间。 （5）温度：T升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距离增大，结合力减弱，E降低。弹性模量温度系数β= （6）加载条件和持续时间 3、给出两相层片相间的复相陶瓷材料三明治结构模型，分析如何估算该复相陶瓷的两个不同方向的弹性模量的值。 1、什么是理想弹性、滞弹性与粘弹性？ 理想弹性：在外力作用下，应力和应变服从胡克定律，即σ=E ε ， τ=G γ ，并同时满足三个条件： ①应力和应变的响应是线性的；②应力和应变同相位；③应变是应力的单值函数。 滞弹性：材料在快速加载和卸载时，随着时间的延长而产生附加弹性应变的性能。往往也把无机材料（含金属）的与时间有关的弹性称为滞弹性。 粘弹性：材料在在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为，其应变对应力的响应不是瞬时完成，需要一个弛豫过程。往往把高分子材料表现出的应变依赖于时间特性称为粘弹性。现在认为粘弹性仅仅是严重发展的滞弹性。 2、写出标准线性固体的应力应变方程，并指出其中参数的物理意义。 标准线性固体的应力应变方程： 参数物理意义：σ、 ε分别为应力、应变；为应力对时间变化率，即dσ/ dt ；为应变对时间变化率，即dε/ dt。为在恒应变下，应力弛豫到接近平衡值的时间，称为应力弛豫时间；为在恒应力下应变弛豫到接近平衡值的时间，称为应变弛豫时间；ER为弛豫模量。 3、写出恒定应力条件下、恒定应变条件下应变、应力弛豫解析式，并分析当时间达到无穷大时和弛豫平衡时间时的应变、应力值。 应变弛豫：恒定应力条件下，应变随时间的延长而增加。 当t→∞时，,表示恒应力σ0作用下，材料最后趋于平衡时的应变值。 当t=时，，表示此时弛豫应变与最终应变的差值是最初与最终应变的差值的1/e，因为τσ的物理意义在于反映了恒应力作用下蠕变过程速度。 应力弛豫：恒定应变条件下，应力随时间的延长而减小。。 当t→∞时，表示在恒应变ε0作用下，材料最后趋于平衡时的应力值。 当t=时，应力与其平衡值的差变为开始偏离值 的1/e，它反映了恒应变条件下，应力弛豫进行的速度。 4、分析晶体中内耗的产生机制。 （1）点阵中原子有序排列引起的内耗：外加应力时，溶解在固溶体中孤立的间隙原子所处的位置的能量出现差异，原子发生重新分布，即产生有序排列，间隙原子就在这些位置上进行跳动，导致能量损耗。 （2）位错引起的内耗：在外加交变应力的作用下，位错线进行脱钉，缩回的往复运动，在这个过程导致能量损耗，因而产生内耗。 （3）晶界产生内耗：多晶体晶界的原子排列是一个有一定厚度的原子无规则排列的过渡带，使晶体表现出非晶体的一些性质，如晶界的粘滞行为，并且在切应力的作用下产生粘滞性流动，从而引起能量损耗。 除了上面三种内耗产生机制以外，另外内耗产生机制包括磁弹性内耗，热弹性内耗和相变内耗。 1、分析三类材料的塑性变形的机理。 金属材料：滑移是金属材料在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。滑移面和滑移方向的组合成为滑移系，滑移系越多，金属的塑性变形越好，滑移面和滑移方向往往是原子密排面和原子密排方向。 陶瓷材料：陶瓷材料主要是多晶体材料，多为离子键、共价键。 具有方向性、饱和性，同号离子相遇斥力极大，所以只有个别滑移系满足位错运动条件。 高分子材料：结晶高分子受拉发生形变时，首先是晶体之间的非晶部分首先发生形变，通过片晶和片晶向的无定形区域的相互作用，产生塑性变形。非晶态高分子材料的塑性变形主