物理弹性内耗解读.ppt

第五章 材料的弹性与内耗 弹性：外力去除后，物体恢复到变形前的形状和尺寸的能力。 内耗：由于内部原因而使机械能消耗（转为热能）的现象。 在实际应用中，有的零件为消振须有高内耗，有的零件为低阻尼须有低内耗。 所以必须了解其物理本质。  为泊松比：在单相正应力作用下，物体发生弹性变形时其横向与纵向尺寸相对变化之比： 一般 为0.2~0.4。钢在未受外应力时，原子在平衡位置。原子间引力和斥力平衡，此时原子具有最低位能。 当受到外力时，外应力将部分克服原子间的相互作用力，使原子发生相对位移而改变原子间距，产生弹性应变。由于弹性应力不足以完全克服相邻原子间的相互作用力，当外力去除后，原子间相互作用力又使其恢复到原来的平衡位置，即弹性应变消失。 二、影响弹性模量的因素 1、原子结构的关系 原子间结合力与原子结构有关，在周期表中，金属元素的弹性模量随着原子序数呈现周期性变化。如图6-1，P117。 一般情况下，弹性模量E与原子间距a有如下关系： K、m为与原子结构有关的常数。 过渡族元素有所不同。 3、相变的影响 金属发生相变时，其弹性模量会偏离正常变化的规律，有时会发生突变。如图6-3，P119： Fe在768 发生磁性转变，E发生拐折；在910  由 -Fe向 -Fe转变时，E发生突变性升高。 Ni的反常较明显，先陡降，到180~360 （居里点）间，E升高，此后又降低。 而磁化到饱和状态的Ni，E随着温度成正常下降，符合一般金属变化规律：图6-4，P119。 弹性的铁磁性反常是由于磁致伸缩效应而造成的，铁磁体在退磁状态下其磁畴是随机取向的，当有应力时，各个磁畴将通过壁移和磁矩转动以适应应力方向而降低磁弹性能，如对力致磁质伸缩材料加力时，其磁畴矢量必须要转向平行于拉伸方向，因而产生附加伸长，把这种现象称为磁质伸缩。这个伸缩产生附加应变，造成弹性模量的亏损。 当铁磁体预先被处理成磁饱和态时，则应力就不再使畴壁移动或磁矩转动，力致伸缩为零。 第二节 金属的内耗 一、内耗与滞弹性现象 自由振动的物体在外界完全隔绝的系统中，其振动能量也会逐渐衰减而使振动停止。所以，定义： 内耗：由于内部原因而使机械能消耗（转为热能）的现象。 理想弹性体：遵守虎克定律，即应力是应变单值函数。 实际弹性体：在一定应力下，产生一个瞬时应变 ，还产生一个随时间而变化的附加应变（驰豫应变） ，这一现象为弹性蠕变。 当应力去除后，应变不完全消失，有一部分随着时间延长而逐渐回复。这为弹性后效。 将弹性蠕变和弹性后效统称为滞弹性。如图6-9，P122。 所以，实际金属的应力不仅与应变有关，还与时间有关，即应力与应变之间不呈现单值关系，不服从虎克定律。 驰豫时间：在应变驰豫中，完成最大驰豫应变所需的时间。 如图6-11，P124.当 与 作用为6-11(b)时，形成一个密封回线，该回线所围面积为应力应变一周时振动能量在材料内部的损耗，以热能的形式释放。 需要说明的是：若加、卸载时间极慢，即在静态实验条件下应力与应变不出现滞后回线。即无内耗。 第三节 产生内耗的机制 一、溶质原子应力感生有序引起内耗 在晶体中造成不对称畸变的溶质原子，在无应力时呈无序分布，在外应力作用下，它们将会沿某一方向择优分布以降低畸变能。这种现象为应力感生有序。由于感生有序是通过溶质原子的扩散来实现，故这一过程需要一定的驰豫时间，并产生附加应变。 二、晶格内耗 晶格处大部分原子排列是不规则的，晶界有呈现非晶态结构的特点，具有粘滞性。粘滞性是流体的特性，表现为不能承受切应力的作用。所以晶界在切应力作用下将会发生相对滑动。在交变应力作用下晶界发生相对滑动而产生驰豫应变，造成内耗。 。 从铁磁理论知道,铁磁体中存在着自发磁化和磁畴结构。铁磁体的磁化必将出