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弹性滞后弹性滞后环

2022/07/15351 作者:佚名
导读:在弹性变形范围内,骤然加载和卸载的开始阶段,应变总要落后于应力,不同步。因此,其结果必然会使得加载线和卸载线不重合,而形成一个封闭的滞后回线,如图2的OABDO所示。 这个回线称为弹性滞后环。这个环说明加载时消耗在变形上的功大于卸载时金属恢复变形所做的功。这就是说,有一部分变形功被金属吸收了。这个环面积的大小正好相当于被金属吸收的那部分变形功的大小。如果所加载荷不是单向的循环载荷,而是交变的循环载

在弹性变形范围内,骤然加载和卸载的开始阶段,应变总要落后于应力,不同步。因此,其结果必然会使得加载线和卸载线不重合,而形成一个封闭的滞后回线,如图2的OABDO所示。

图2 弹性滞后环

这个回线称为弹性滞后环。这个环说明加载时消耗在变形上的功大于卸载时金属恢复变形所做的功。这就是说,有一部分变形功被金属吸收了。这个环面积的大小正好相当于被金属吸收的那部分变形功的大小。如果所加载荷不是单向的循环载荷,而是交变的循环载荷,并且加载速度比较缓慢,弹性后效现象来得及表现时,则可得到两个对称的弹性滞后环,如图3中(a)所示。如果加载速度比较快,弹性后效来不及表现时,则得到图3中(b)和(c)所示的弹性滞后环。这个环的面积相当于交变载荷下不可逆能量的消耗(即内耗),也称为循环韧性。

图3 弹性滞后环

它的大小代表着金属在单向循环应力或交变循环应力作用下,以不可逆方式吸收能量而不破坏的能力,也就是代表着金属靠自身来消除机械振动的能力(即消振性的好坏),所以在生产上有很重要的意义,是一个重要的机械性能指标。例如飞机的螺旋桨和汽轮机叶片等零件由于结构条件限制,很难采取结构因素(外界能量吸收器)来达到消振的目的,此时材料本身的消振能力就显得特别重要。Cr13系列钢之所以常用作制造汽轮机叶片材料,除其耐热强度高外,还有一个重要原因就是它的循环韧性大,即消振性好,灰铸铁循环韧性大,是很好的消振材料,所以常用它做机床和动力机器的底座、支架以达到机器稳定运转的目的。相反,在另外一些场合下,追求音响效果的元件如音叉、簧片、钟等,希望声音持久不衰,即振动的延续时间长久,则必须使循环韧性尽可能地小。

由于弹性的不完整性破坏了载荷与变形间的单值关系,呈现出应变落后于应力的滞后现象,从而引起弹性后效和弹性滞后环(内耗),所以各种因素对弹性滞后环大小及形状的影响和它们对弹性后效的影响是相似的。弹性后效和弹性滞后环的起因,即产生滞弹性滞后环弹性的原因是很多的,可能是因位错的运动引起,也可能由于其他效应所引起。例如,在应力作用下,造成溶质原子有序分布,从而产生沿某一晶向的附加应变,并因此而出现滞弹性现象。或由于在宏观或微观范围内变形的不均匀性,在应变量不同地区间出现温度梯度,形成热流。若热流从压缩区流向拉伸区,则压缩区将因冷却而收缩,拉伸区将因受热而膨胀,由此产生附加应变,既然这种应变是由于热流引起的,那么它就不容易和应力同步变化,因此出现滞弹性现象。此外,也可能由于晶界的粘滞性流变或由于磁致伸缩效应产生附加应变,而这些应变又往往是滞后于应力的。 2100433B

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