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对于韧性材料,有弹性和塑性两个阶段。
弹性阶段的力学性能有:
①比例极限。应力与应变保持成正比关系的应力最高限。当应力小于或等于比例极限时,应力与应变满足胡克定律,即应力与应变成正比。
②弹性极限。弹性阶段的应力最高限。在弹性阶段内,载荷除去后,变形全部消失。这一阶段内的变形称为弹性变形。绝大多数工程材料的比例极限与弹性极限极为接近,因而可近似认为在全部弹性阶段内应力和应变均满足胡克定律。
③弹性模量:弹性阶段内,法应力与线应变的比例常数(E );剪切弹性模量:弹性阶段内,剪应力与剪应变的比例常数(G );泊松比:垂直于加载方向的线应变与沿加载方向线应变之比(ν)。上述3种弹性常数之间满足
塑性阶段的力学性能有:
①屈服强度。材料发生屈服时的应力值。又称屈服极限。屈服时应力不增加但应变会继续增加。
②条件屈服强度。某些无明显屈服阶段的材料,规定产生一定塑性应变量(例如 0.2%)时的应力值 ,作为条件屈服强度。应力超过屈服强度后再卸载,弹性变形将全部消失,但仍残留部分不可消失的变形,称为永久变形或塑性变形。
③强化与强度极限。应力超过屈服强度后,材料由于塑性变形而产生应变强化 ,即增加应变需继续增加应力。这一阶段称为应变强化阶段。强化阶段的应力最高限,即为强度极限。应力达到强度极限后,试样会产生局部收缩变形,称为颈缩。
④延伸率(δ )与截面收缩率(ψ)。
对于脆性材料,没有明显的屈服与塑性变形阶段,试样在变形很小时即被拉断,这时的应力值称为强度极限 。某些脆性材料的应力 -应变曲线上也无明显的直线阶段,这时,胡克定律是近似的。弹性模量由应力 - 应变曲线的割线的斜率确定。
压缩时,大多数工程韧性材料具有与拉伸时相同的屈服强度与弹性模量,但不存在强度极限。大多数脆性材料,压缩时的力学性能与拉伸时有较大差异。例如铸铁压缩时会表现出明显的韧性,试样破坏时有明显的塑性变形,断口沿约45°斜面剪断,而不是沿横截面断裂;强度极限比拉伸时高4~5倍。
弹性模数是弹性应变为1时的弹性应力。这样的定义从数学关系来看是正确的,但就实际金属来说,因其本身弹性应变极小(一般不超过0.5%),此定义却显得没有意义,也无法按照这种定义去测定。因此,金属弹性模数只能理解为应力应变的比值,表征金属对弹性变形的抗力。其值的大小反映了金属弹性变形的难易程度。
从原子间相互作用力来看,弹性模数也是表征原子间结合力的一个参量,其值反映了原子间结合力的大小。
在工程上往往将构件产生弹性变形的难易程度叫做构件刚度。拉伸件的刚度常用F0E(E是弹性模数的字母表示)表示,F0E越大,拉伸件弹性变形越小。因此,E是决定构件刚度的材料性能,叫做材料刚度。这就是弹性模数的技术意义。
一般机器零件大都在弹性状态下工作,均有一定的刚度要求。如镗床的镗杆,若刚度不足,加工出的内孔就会有锥度而影响加工精度。所以在设计,选材时,除了设计足够的截面F0外,还应选用弹性模数高的钢铁材料。
塑料材料中弹性模量大了说明塑料的弹性好,还是弹性模量小了说明材料的弹性好?
模量反应的是材料抵御变形的能力,不能反映材料的弹性。模量大说明材料不易变形,反之则表示材料很容易发生变形。弹性是指材料发生变形后回复原始形状的能力,和模量没有必然的联系。举例而言,弹簧钢的模量很高,要...
弹性模量 拼音:tanxingmoliang 英文名称:Elastic Modulus,又称 Young 's Modulus(杨氏模量) 定义:材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例...
弹性模量主要反应的是材料抗弹性变形的能力,材料刚度的一个指标,在构件的理论分析和设计计算时,弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。 拉伸弹性模量是指轴向拉伸应力与轴向拉伸应变在呈线性比例关系范...
弹性模数主要取决于金属本性,与晶格类型和原子间距有密 切关系。室温下金属弹性模数E是原子序数的周期函数。同一周期的元素如Na、Mg、A1、Si等,E值随原子序数增加而增大,这与元素价电子增多及原子半径减小有关。同一族的元素,如Be、Mg、Ca、Sr、Ba等,E值随原子序数增加而减小,这与原子半径增大有关。但是对于过渡金属来说并不适用。由图1可知,过渡族金属的弹性模数最高,这可能和它们的d层电子未被填满而引起的原子间结合力增大有关。常用的过渡族金属,如Fe、Ni、Mo、Mn、Co等,其弹性模数都很大,显然这也是这些金属被广泛应用的原因之一。
合金中固溶溶质元素虽可改变合金的晶格常数,但对于常用钢铁合金来说,合金化对其晶格常数改变不大,因而对弹性模数影响很小。例如各种低合金钢和碳钢相比,其E值相当接近。所以若仅考虑构件刚度问题时,选用碳钢可以满足要求。
热处理是改变组织的强化工艺,但对弹性模数却影响不大。如晶粒大小对E值无影响,第二相大小和分布对E值影响也很小,淬火后稿有下降,但回火后又恢复至退火状态的E值。
冷塑性变形使E值稍有降低,一般降低4~6%,但当变形量很大时,因形变织构而使其出现各向异性,沿变形方向E值最大。
温度升高原予间距增大,使E值降低。钢每加热100℃,下降3~5%。但在-50℃至50℃范围内,钢的E值变化不大,可以不考虑温度的影响。
加载速度对弹性模数也无大影响。这是因为弹性变形极快,声波在金属中的传播速度,远高于一般加载速度。
总之,弹性模数是一个对组织不敏感的机械性能指标,其大小主要决定于金属本性和晶体结构,而和显微组织关系不大。因此,热处理、合金化和冷变形等三大金属强化手段对其作用均很小。
超高弹性模数玻璃更薄更结实
2015年10月16日,日本东京大学的研究小组宣布,他们已经成功研发出一种拥有氧化物玻璃系中最高弹性模数(elastic modulus)的玻璃。这种玻璃是使用氧化铝(Al2O3)和五氧化二钽(Ta2O5)合成的新型材料。
超高弹性模数玻璃更薄更结实
2015年10月16日,日本东京大学的研究小组宣布,他们已经成功研发出一种拥有氧化物玻璃系中最高弹性模数(elastic modulus)的玻璃。这种玻璃是使用氧化铝(Al2O3)和五氧化二钽(Ta2O5)合成的新型材料。
剪切弹性模数G,简称剪切模数,它是剪应力τ与剪应变γ之比。
积变模数K,又称体积弹性模数,为平均正应力(静液压力)与体积应变之比。
在E、G、K、μ四个参数中,已知任意两个,就可查表得知另外两个参数。(见下表)
E,μ |
G,μ |
E,G |
E,K |
G,K |
|
E |
E |
2(1 μ)G |
E |
E |
9KG/(3K G) |
G |
E/2(1 μ) |
G |
G |
3EK/(9K-E) |
G |
K |
E/3(1-2μ) |
2(1 γ)G/3(1-2γ) |
EG/3(G-E) |
K |
K |
μ |
μ |
μ |
(E-2G)/2G |
(3K-E)/6K |
(3K-2G)/3(2K G) |
纵向弹性模数,又称扬氏模数或弹性模量、弹性模数。即应力与应变之间的关系(应力与应变之比),服从胡克定律呈直线的关系。
引入泊松比,又称泊松系数μ,它是侧向应变(横向应变)与纵向应变的比值(
应用广义胡克定理,可得三向应力应变分量: