材料的滞弹性与内耗.pptVIP

(a)应力－时间曲线 (c)应力－应变滞后回线 (b)应变－时间曲线 交变应力下滞弹性的行为 应变为什么会落后于应力呢？应变落后于应力又为什么会形成内耗呢？ 平衡状态1 × 平衡状态2 调节 过渡 弛豫过程 2 滞弹性内耗产生的机制 需要一定的时间完成，即弛豫时间，同时需要越过一定的势垒，即需要提供一定的激活能。 内耗是材料内部的内耗源在应力作用下的行为的本质反映。 各类点缺陷、线缺陷、面缺陷 内耗源：固体内部的各类点缺陷、现缺陷、面缺陷的运动变化以及它们之间的相互作用。 外加应力：内耗峰与应力的频率有关 弛豫时间：弛豫时间依赖于温度。不同的内耗源有不同的弛豫时间。 激活能：不同的内耗源所需的激活能不同 测量温度：实验也证明内耗峰还与温度有关 滞弹性内耗四要素 1) 点阵中原子有序排列引起的内耗 应力感生有序内耗 体心立方(bcc)晶体中间隙原子引起的内耗 ——Snoek峰 用近似于1Hz的频率测量含氮的α-Fe（bcc结构）的内耗，发现在室温20℃附近出现内耗峰，而含碳的α-Fe在40 ℃出现内耗峰。 1903年，测定钢制 音叉的阻尼时发现阻尼作为温度的函数存在一个极大值，并且这个极值的位置取决于音叉的频率 二维正方晶格及其间隙原子 体心立方(bcc)晶格模型 如α-Fe 间隙原子 bcc晶格中，可以容纳间隙原子的位置在晶格的面心及棱心位置，如蓝色小球所示的位置。 无应力作用时 应力为零时，1，2，3间隙位置等效，间隙原子将以无规方式占据这些间隙位置，每一种位置都具有间隙原子总数的1/3。 施加单向拉应力后，间隙原子倾向于沿拉力方向分布，这种现象称为应力感生有序。间隙原子存在应力感生有序倾向，对于应力产生的应变就有弛豫现象。当晶体在这个方向受到交变应力作用的时候，间隙原子就在这些位置上来回跳动，使应变落后于应力，导致能量损耗。 有应力作用时 小结 由于间隙原子在受外力作用时存在着应力感生有序的倾向，对应于应力产生的应变就有弛豫现象。当晶体在这个方向上受交变应力作用时间隙原子就在这些位置上来回地跳动、且应变落后于应力，导致能量损耗。 交变应力频率很高时，间隙原子来不及跳跃，即不能产生弛豫现象，故不能引起内耗。 交变应力频率很低时，这是一种接近静态完全弛豫过程．应力和应变滞后线面积为零．也不会产生内耗。 材料的滞弹性与内耗 第一节 金属的弹性 一、弹性模量及其物理本质 在静弹性变形阶段，应力与应变成正比。其比例系数为弹性模量。 正弹性模量E: 切变弹性模量G: 体积模量K: P 为体积压缩应力。 所以，E、G、K为单位应变时的应力，是材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量越高，其刚度越好。它们之间的关系：  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。 （1）、所以，弹性模量的物理本质是原子间结合力大小的标志。 因为各个方向的结合力不同，故弹性模量有各向异性。 （2）、因为弹性取决于原子间结合力，故弹性模量是一个组织不敏感参数。 （3）、与熔点和蒸发热的关系。 熔点也反映原子结合力的大小。 V为比容； K、a、b为常数。 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。 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