课件：材料的热学性能.ppt

代入式:? 式中：? ρ： 密度，?? Cp： 恒压热容 为第三热应力因子 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 ⑥ 气孔的影响 思考？ 1、固体热导率的普遍形式？声子平均自由程受哪些因素影响从而影响热导率？ 2、影响材料热导率的因素？ 3、晶体和非晶体的导热系数随温度变化规律有何差异？产生该差异的原因（画出λ-T图）？ 2.5 材料的热稳定性 一 热稳定性的提出 现象： 　 瓷胆暖瓶在温度发生急剧变化时，碎裂。 讨论： 　如果是不锈钢暖瓶（或者塑料壶）， 　会不会碎裂？ 　　　 　　 热稳定性（抗热震性）： 　材料承受温度的急剧变化而不　　 　致破坏的能力。 　　 　温度急剧变化时瓷为什么易碎呢？ 　　　　 　　　　 瓷本身易碎！ 孩子吃饭用瓷碗吗？ 不用！ 用不锈钢碗或塑料碗！ 　　　　 　　　　 瓷的力学性能决定的！ 脆——形变的能力差！ 弹性形变应力 断裂条件 　　　　 热学性能和力学性能有联系？ 有联系！ 怎么联系？ 弹性形变应力 热胀冷缩 热胀冷缩一定产生应力？ 否！ 热胀冷缩建立了热学性能和 力学性能的联系 热胀冷缩受到约束才会产生应力——热应力！ 热应力：由于温度变化而产生的应力。 约束 构件整体受约束 构件局部温度不均受约束 瓷胆暖瓶在温度发生急剧变化时，碎裂。 　过程总结 　温度急剧变化时，材料的热胀冷缩受到约束产生热应力，当热应力超过材料的力学强度时，材料发生断裂。 热应力怎么计算？ T0 T′ L 1) 根据热膨胀定义 温度为T0，杆件不受力时长度为L， 温度升为T′，杆件不受力时长度为L+ΔL F 2) 温度为T′时，施加压力使长度由L+ ΔL缩短为L，则根据胡克定律： 杆件 应力： T′ T0 L Δ L 3) 温度为T0时，杆件两端固定，当温度升为T′时，杆件所受内应力等于温度为T′时由L+ ΔL压短为L时所受力： T′ 各向同性的薄板的热应力计算 当温度变化（ΔT）时，有： （不允许x方向涨缩） （不允许z方向涨缩） 解得： 当温差升高到使材料的内应力达到强度极限时， 材料会断裂，此时的温差是材料能承受的 最大温差。 对于非薄板材料： S-形状因子 2.5.3 抗热冲击断裂性能 ????????????????? 1） 第一热应力断裂抵抗因子 只要材料中最大热应力值σmax(一般在表面或中心部位），不超过材料的强度极限σf，材料就不会破坏。显然，ΔTmax越大，则材料的热稳定性越好。故定义： ??? 为第一热应力断裂抵抗因子。 　在材料的实际应用中，最大温差　　产生的实际应力比按照式（2-57）计算的最大应力　σmax,theory滞后发生，且数值也大为折减。 定义无因次应力：σ* = σ / σmax,theory 则实际应力　 σ = σ* σmax,theory 　式中:σ*:无因次应力;?σ:折减后的实际应力; σmax,lilun:最大温差　　按照式（2-57）计算的理论最大应力 。 当温差升高到使材料的实际内应力达到 强度极限时，材料会断裂，则有 将式(2-57)　　　　　　　　　代入上式，有 　例：如果材料的断裂强度为130GPa，对材料施加热冲击的温差为50℃时，按照式(2-57)计算，产生的内应力为130GPa。若实际应力比按式(2-57)计算的应力值小，分别计算如下情况材料产生断裂的最大温差。 　1) 实际应力是按式(2-57)计算的应力值的1/2，1/3,1/4？ 　2) 实际应力是按式(2-57)计算的应力值的σ* 倍？ 　思考：如果材料的断裂强度为σf ，对材料施加热冲击的温差　　　　　　　　为 时，按照式(2-57)计算，产生的内应力为σf 。若实际应力σ比按式(2-57)计算的应力值σf小，是其σ* 倍，在此情况下，材料产生断裂的最大温差是多少？ (2) 决定无因次应力σ*的因素　　——第二热应力断裂抵抗因子Rˊ 　i)??材料的热导率：热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 　ii)? 传热途径：薄的材料传热途径短，易使温度均匀快。传热途径(通道)短，易使材料中的温度均匀; 　iii) 表面散热速率。该速率大，内外温差就大，热应力就高，就越不利于热稳定性。 　　表面热传递系数h：材料表面温度比周围环境温度高1K　　　　　 　　　　　　　　　　　时在单位面积单位时间带走的热量。 定义β-毕奥模数：β = h rm/λ，式中:β:毕奥模数;? h:表面热传导系数;? rm:材料的半厚。 S.S.Manson 发现: 定义： 为第二热应力断裂抵抗因子。 2.5.5 提高热震性的措施 提高应力强度σ，减小弹性模量E， σ/E增大，即提高