多晶體新型材料力學(xué)性能分析與研究

1、多晶體新型材料力學(xué)性能分析與研究多晶體新型材料力學(xué)性能分析與研究1材料的構(gòu)造材料的構(gòu)造是指材料的組成單元之間互相排斥、互相吸引的作用到達(dá)平衡時(shí)的空間分布。從宏觀到微觀有三個(gè)不同的層次，分別是宏觀組織構(gòu)造、顯微組織構(gòu)造和微觀構(gòu)造。其中，宏觀組織構(gòu)造是指用肉眼或者使用放大鏡觀察到晶粒、相的集合狀態(tài)。顯微組織構(gòu)造也可稱為亞微觀構(gòu)造，它是利用電子顯微鏡或者光學(xué)顯微鏡觀察到材料內(nèi)部的微區(qū)構(gòu)造或者晶粒、相的集合狀態(tài)。微觀構(gòu)造是比顯微組織構(gòu)造更細(xì)的一層構(gòu)造，它本文由論文聯(lián)盟搜集整理包括分子構(gòu)造、原子構(gòu)造、分子的排列構(gòu)造以及原子的排列構(gòu)造。通常情況下，金屬材料也被看做是由晶體的聚集體組成的。例如，合金可以看做

2、是母相金屬原子的晶體和參加的合金晶體等聚集形成的聚集體；純金屬被看做是微細(xì)晶粒的聚集體。晶粒晶界上的結(jié)合其實(shí)是機(jī)械組合，展開(kāi)來(lái)講就是當(dāng)金屬由高溫熔體凝固析晶時(shí)，彼此嚙合結(jié)實(shí)的在一起。晶粒之前的接觸面積越大，結(jié)合力也就越大。晶粒內(nèi)部的結(jié)合力要大于晶粒間的結(jié)合力。軟銅、鋼、鋁、金可以承受較大的變形和塑形是因?yàn)樵诎l(fā)生滑移變形時(shí)，原子間的互相位置依次錯(cuò)開(kāi)，并形成新的鍵，原子之間的鍵很難斷開(kāi)。2材料的力學(xué)性能理論2.1材料受牽伸時(shí)的力學(xué)性能塑形材料是指在外力作用下，產(chǎn)生宏大變形但不易被破壞的材料。屈服強(qiáng)度是指金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，也是指抵抗微量塑形變形的應(yīng)力。脆性材料是指在外力作用下，產(chǎn)生極

3、小的變形，如陶瓷、灰口鑄鐵等，不存在縮頸現(xiàn)象和屈服階段。2.2材料受壓縮時(shí)的力學(xué)性能壓縮試驗(yàn)是用來(lái)測(cè)定材料受壓時(shí)的力學(xué)性能。在金屬壓縮試驗(yàn)時(shí)，大多采用短粗圓柱形試樣，細(xì)長(zhǎng)試樣在壓縮時(shí)極易失穩(wěn)。一樣的是，在屈服以前，拉伸曲線和壓縮曲線根本一樣。不同的是，低碳鋼試樣在壓力逐漸增大的情況下，越來(lái)越扁。2.3材料的力學(xué)性能分析剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)一種材料和構(gòu)造力學(xué)性能的三大要素3。剛度是指材料抵抗變形的才能，詳細(xì)表達(dá)在變形分析上。強(qiáng)度是指材料抵抗破壞的才能，詳細(xì)表達(dá)在應(yīng)力分析中。斷裂和疲勞也是強(qiáng)度問(wèn)題的一部分，斷裂在宏觀中是因?yàn)闃?gòu)造中裂紋的擴(kuò)展，構(gòu)造中的最大應(yīng)力大于構(gòu)造材料的破壞極限引起斷裂。在微

4、觀中是由于分子之間或者是原子之間的鍵斷開(kāi)引起的。疲勞問(wèn)題主要出如今塑形較高的材料中。對(duì)于強(qiáng)度更進(jìn)一步的分析是彈塑性極限分析。穩(wěn)定性是指構(gòu)造抵抗外來(lái)擾動(dòng)的才能，尤其是板、梁、殼在壓縮荷載下的穩(wěn)定性問(wèn)題。穩(wěn)定性問(wèn)題是構(gòu)造設(shè)計(jì)和分析中非常重要的一個(gè)問(wèn)題，可以從不同的理論分析穩(wěn)定性問(wèn)題，一方面是振動(dòng)分析，構(gòu)造的模態(tài)、動(dòng)力相應(yīng)和固有頻率，對(duì)構(gòu)造固有頻率進(jìn)展分析目的是為了防止構(gòu)造的固有頻率和外力頻率接近引起的共振破壞。彈性穩(wěn)定性理論還有初始后屈曲理論、非線性大撓度理論和前屈曲一致理論等。薄殼穩(wěn)定性有塑性穩(wěn)定性理論和彈性穩(wěn)定性理論等。3多晶體新型材料力學(xué)性能分析工程中的金屬材料很大一部分是多晶體材料，由于各

5、晶粒是通過(guò)晶界聯(lián)結(jié)在一起，各晶粒的空間取向是不一樣的，因此也就決定了多晶體材料塑性變形的特點(diǎn)。各晶粒塑性變形時(shí)的不均勻性和不同時(shí)性，當(dāng)多晶體試樣受到外力作用時(shí)，雖然大部分晶粒還處于彈性變形范圍之中，個(gè)別取向有利的晶粒中和試樣的宏觀切應(yīng)力方向一致的滑移系統(tǒng)中首先到達(dá)了滑移要求的臨界條件，因此塑形變形從這些晶粒開(kāi)始。隨著應(yīng)力的逐漸增大，參加塑形變形的晶粒逐漸增多。由于這種原因，多晶體材料的塑形變形不會(huì)發(fā)生在不同晶粒中。受此影響，塑性變形和連續(xù)屈服材料的應(yīng)力之間沒(méi)有明顯的界限。同時(shí)，在同一個(gè)晶粒內(nèi)的不同區(qū)域的變形量是不同的。因?yàn)樵谝粋€(gè)晶粒的塑形變形會(huì)受到相鄰不同位向晶粒的限制，加之各晶粒的位向差異，

6、此限制在變形晶粒的不同區(qū)域中是不同的。變形的不均勻性，不僅表達(dá)在同一晶粒內(nèi)部，而且也反映在試樣的不同區(qū)域和各晶粒之間。例如多相合金，變形首先發(fā)生在軟相上，組織越不均勻，各相性差異越大，變形的不均勻性越嚴(yán)重，變形的不同時(shí)性越明顯。物體內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)可用切應(yīng)變分量和正應(yīng)變分量表示，由于各晶粒塑性變形的不均勻性和不同時(shí)性，為了維持試樣的變形連續(xù)性和整體性，滑移必須在更多的滑移系統(tǒng)上配合地進(jìn)展，各晶粒必須互相協(xié)調(diào)。綜上所述，同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系統(tǒng)是多晶體內(nèi)任一晶粒實(shí)現(xiàn)任一變形的必要條件。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，晶體塑性變形是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。最初的晶體轉(zhuǎn)動(dòng)或者滑移系統(tǒng)受阻后，沒(méi)有啟動(dòng)的滑移系統(tǒng)上的切應(yīng)力升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界切應(yīng)力時(shí)，進(jìn)入滑移狀態(tài)。由此，一個(gè)晶粒中就啟動(dòng)了幾個(gè)滑移系統(tǒng)，從而形成了多系滑移的場(chǎng)面。多系滑移產(chǎn)生的結(jié)果是滑移系的互相切割和穿插，這就是拉伸試樣外表出現(xiàn)的滑移帶穿插的現(xiàn)象。其實(shí)，在塑性變形中，也可能出現(xiàn)孿活力制?；葡到y(tǒng)足夠多時(shí)，變形的協(xié)調(diào)性可以得到充足保證，以適應(yīng)宏觀變形的要求。由此可以得出，滑移系