材料的力學(xué)行為

1、第三章材料的力學(xué)行為T(mén)C1材料在外力作用下所產(chǎn)生的變形、抵抗力儡鬣壞等,又稱第一節(jié)材料的彈性、彈性和彈性變形A材料變形的實(shí)質(zhì)：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在外力作用下，偏離或改變了原來(lái)的平衡位置，產(chǎn)生了相對(duì)位移。A應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上材料內(nèi)部產(chǎn)生的平衡外力的抵抗力。A應(yīng)變：材料相對(duì)變形的大小。一、彈性和彈性變形彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后，變形隨即消失，材料恢復(fù)至原來(lái)的形狀。-彈性變形（瞬時(shí)變形、可恢復(fù)變形）:即刻恢復(fù)的變形。Hooke定律=8彈性模量彈性模量彈性變形的力學(xué)特點(diǎn)：小形變、可回復(fù)拉應(yīng)力或壓應(yīng)力:b=EwC7垂直應(yīng)力;剪切應(yīng)力:一垂直應(yīng)變；E彈性模量（楊氏模量或縱向彈性模量）7剪切應(yīng)力；t

2、=Gy靜水壓應(yīng)力：丫一剪切應(yīng)變;G剪切模量（剛性模量或橫向彈性模量）靜水壓應(yīng)力;“一體積應(yīng)變;K體積彈性模量（壓縮模量）二、彈性模量二、彈性模量IIIIII二、彈性模量E、G、K關(guān)系：E=2G(1+v)=3K(1v)泊松比E-2G3K-E2G橫向收縮系數(shù)，固體彈性伸長(zhǎng)一定量時(shí)其橫截面的減少量,為縮短應(yīng)變與伸長(zhǎng)應(yīng)變的比值上述公式適用于各向同性材料。E、G、K表示材料的彈性變形阻力，即材料的剛度。|=:-材料的彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大。改變材料的成分和組織會(huì)對(duì)材料的強(qiáng)度（如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）有顯著影響，但對(duì)材料的剛度影響不大。共價(jià)鍵結(jié)合的材

3、料彈性模量最高，而主要依靠分子鍵結(jié)合的高分子，由于鍵力弱其彈性模量最低。彈性模量是和材料的熔點(diǎn)成正比的，越是難熔的材料彈性模量也越溫度的升高導(dǎo)致晶格熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，原子鍵合剛度下降-彈性模量隨溫度上升而稍有降低。混凝土的彈性模量混凝土的彈性模量ElasticModulus切線模量TangentModuluscT=OSecantModulusE：=dads三、滯彈性無(wú)機(jī)固體和金屬的與時(shí)間有關(guān)的彈性理想的彈性固體-彈性變形一馬上恢復(fù)實(shí)際材料，盡管彈性變形可逆且呈線性關(guān)系,但存在變形和回復(fù)在時(shí)間上的滯后。這種與時(shí)間有關(guān)的彈性行為稱為滯彈性。滯彈性本質(zhì)：交變應(yīng)力導(dǎo)致原子不斷換位，而位移的往返需要一定的時(shí)間

4、。原子移動(dòng)消耗部分機(jī)械能為熱能而消散迥線包圍的面積表示輸入的能量，即單位體積的材料在每一周期所消耗的能量（消耗于加熱材料和周圍的環(huán)境）。滯彈性對(duì)振動(dòng)過(guò)程起阻尼作用高彈性一般彈性變形不能超過(guò)某一個(gè)范圍。A如：結(jié)晶態(tài)物質(zhì)彈性體：可逆彈性變形范圍大的材料。A如：橡膠100%以上A特點(diǎn)：彈性變形大，彈性模量小，且彈模隨溫度升高而增大橡膠彈性：可耐非常大的變形而不被破壞除去外力后可恢復(fù)到原來(lái)長(zhǎng)度要求分子鏈長(zhǎng)，易于變形，具有交聯(lián)點(diǎn)第二節(jié)材料的塑性飛塑性變形A塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后不能完全恢復(fù)原有形狀。塑性變形（永久變形、殘余變形）：不可恢復(fù)的變形與彈性變形不同：外力所做的功沒(méi)有全部變

5、成內(nèi)功，在外力超過(guò)材料質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力后，引起材料部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)造的破壞，造成不可恢復(fù)的永久變形。圣維南固體模型圣維南固體模型上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)靜摩擦動(dòng)摩擦A0塑性變形曲線變形00脆性材料：破壞前無(wú)顯著變形而突然破壞磚瓦、生鐵塑性材料：破壞前有顯著塑性變形瀝青、低碳鋼混凝土、鋼筋混凝土：一種彈、塑、粘性混合的材料塑性和脆性隨溫度、含水率、加荷速度而改變A瀝青：低溫脆性，高溫塑性塑性變形屈服強(qiáng)度材料由彈性行為轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕袨闀r(shí)所承受的應(yīng)力。fyG広一比例極限Q彈性極限b-屈服上限C-屈服下限”一極限強(qiáng)度二、塑性變形機(jī)理二、塑性變形機(jī)理亞微觀和微觀看，永久變形是結(jié)構(gòu)發(fā)生了流動(dòng)A流動(dòng)：材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)調(diào)換其

6、相鄰質(zhì)點(diǎn)的切變過(guò)程固體材料的塑性變形一晶體的塑性流動(dòng)原子面按照晶體學(xué)規(guī)律相互滑動(dòng)單晶體的塑性流動(dòng)單晶體的塑性流動(dòng)（-）單晶體的塑性流動(dòng)對(duì)滑移線的觀察也表明了晶體塑性變形的不均勻性，滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，而滑移帶或滑移線之間1、滑移（主要原因）A晶體的一部分沿著一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）相對(duì)于晶體的另一部分發(fā)生滑動(dòng)。A結(jié)果：在晶體表面造成相對(duì)位移，形成滑移臺(tái)階的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之間作相對(duì)位移而已。滑移總是沿著晶體中原子排列密度最大的晶面進(jìn)行A最密排晶面間距最大，結(jié)合力最弱，滑移阻力最小發(fā)生滑移的晶面和晶向稱為滑移面和滑移方向一個(gè)滑移面和這個(gè)面上的一個(gè)滑移方向組

7、成滑移系滑移系數(shù)量=滑移面數(shù)X滑移方向數(shù)滑移系越多，滑移的可能性越大，塑性越好。溫度影響：溫度較高時(shí)，滑移系增加。滑移與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)位錯(cuò)使屈服強(qiáng)度降低很多。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果產(chǎn)生了滑移變形2、攣生晶體的一部分沿著一定晶面（李生面）沿一定方向（攣生方向）發(fā)生切變。切變2、李生A李晶（帶）:發(fā)生切變的晶體部分。每層原子面相對(duì)于相鄰原子面的移動(dòng)量相同，移動(dòng)距離和離李生面的距離成正比，且不是原子間距的整數(shù)倍。李生變形部分晶體與未變形部分晶體在李生面兩側(cè)呈鏡面對(duì)稱。A產(chǎn)生李生所需要的切應(yīng)力一般高于滑移所需，即是否產(chǎn)生李生與晶體是否產(chǎn)生滑移有關(guān)。A李生變形會(huì)引起晶格畸變，因此產(chǎn)生的塑性變形量不大（10%）

8、,但速度很快（接近于聲速）O攣生與滑移的主要區(qū)別1、李生使晶格位向改變，造成變形晶體與未變形晶體的對(duì)稱分布；滑移不引起晶格變化。2、李生時(shí)原子沿?cái)伾较虻南鄬?duì)位移是原子間距的分?jǐn)?shù)；滑移時(shí)原子在滑移方向的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)倍。3、李生變形所需切應(yīng)力比滑移大。李生一般在不易滑移的條件下發(fā)生。4、李生產(chǎn)生的塑性變形量比滑移小得多。攣生與滑移的主要區(qū)別(-)多晶體的塑性變形(-)多晶體的塑性變形多晶體中存在著大量位向不同的單晶體晶格,存在大量原子排列不規(guī)整的晶界，因此，變形復(fù)雜得多，但基本變形機(jī)理仍然是滑移和李生。1、晶粒取向的影響晶粒取向?qū)Χ嗑w塑性變形的影響，主要表現(xiàn)在各晶粒變形過(guò)程中的相互

9、制約和協(xié)調(diào)性。1、晶粒取向的影響1、晶粒取向的影響In當(dāng)外力作用于多晶體時(shí)，由于晶體的各向異性，位向不同的各個(gè)晶體所受應(yīng)力并不一致。處于有利位向的晶粒首先發(fā)生滑移，處于不利方位的晶粒卻還未開(kāi)始滑移。但多晶體中每個(gè)晶粒都處于其他晶粒包圍之中，它的變形必然與其鄰近晶粒相互協(xié)調(diào)配合，不然就難以進(jìn)行變形，甚至不能保持晶粒之間的連續(xù)性，會(huì)造成空隙而導(dǎo)致材料的破裂。為了使多晶體中各晶粒之間的變形得到相互協(xié)調(diào)與配合，每個(gè)晶粒不只是在取向最有利的單滑移系上進(jìn)行滑移，而必須在幾個(gè)滑移系其中包括取向并非有利的滑移系上進(jìn)行，其形狀才能相應(yīng)地作各種改變。理論分析指出，多晶體塑性變形時(shí)要求每個(gè)晶粒至少能在5個(gè)獨(dú)立的滑移

10、系上進(jìn)行滑移?？梢?jiàn)，多晶體的塑性變形是通過(guò)各晶粒的多系滑移來(lái)保證相互間的協(xié)調(diào)，即一個(gè)多晶體是否能夠塑性變形，決定于它是否具備有5個(gè)獨(dú)立的滑移系來(lái)滿足各晶粒變形時(shí)相互協(xié)調(diào)的要求。2、晶界的影響2、晶界的影響晶界上原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，何況晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移方向和滑移面彼此不一致，因此,滑移要從一個(gè)晶粒直接延續(xù)到下一個(gè)晶粒是極其困難的,在室溫下晶界對(duì)滑移具有阻礙效應(yīng)。-對(duì)多晶體而言，外加應(yīng)力必須大至足以激發(fā)大量晶粒中的位錯(cuò)源動(dòng)作，產(chǎn)生滑移，才能覺(jué)察到宏觀的塑性變形。一粘性系數(shù)（粘度）第三節(jié)材料的粘性流動(dòng)粘性流動(dòng)：材料在一定的剪切應(yīng)力下，以一定的變形速度進(jìn)行的流動(dòng)，但若除去外力，材

11、料會(huì)靜止在這個(gè)位置上而不能恢復(fù)其變形。完全粘性體（牛頓液體）牛頓液體模型dtr/I-變形速度T剪切應(yīng)力粘性流動(dòng)高于玻璃化溫度，原子集團(tuán)發(fā)生持續(xù)的熱運(yùn)動(dòng),同時(shí)作用應(yīng)力使局部構(gòu)型發(fā)生偏離，粒子有選擇地調(diào)換其近鄰的粒子，以產(chǎn)生適應(yīng)作用應(yīng)力的形狀變化。粘度卬正是這種重排的速率和難易程度的度量在高于玻璃化溫度并受到相當(dāng)大的應(yīng)力作用時(shí),無(wú)機(jī)玻璃和熱塑性聚合物會(huì)發(fā)生顯著的粘性流動(dòng)。非晶態(tài)固體_阿累尼烏斯Airhenius方程QIRT一粘度Q-激活能“0系數(shù)弘和。取決于材料鍵合和結(jié)構(gòu)混凝土材料一一賓漢姆模型wxww1|WTT0.4Tm,蠕變隨應(yīng)力水平提高而增大。蠕變的流變模型開(kāi)爾文模型(y(t)=Es+r/d

12、sdt令應(yīng)力保持常數(shù)5玉之+2空EEdtboE線性粘彈性材料_蠕變隨時(shí)間呈指數(shù)型變化混凝土材料勃格爾模型蠕變曲線O二、蠕變曲線1.瞬時(shí)彈性變形和瞬時(shí)塑性變形2、初始蠕變：材料應(yīng)變硬化，蠕變速率持續(xù)降低穩(wěn)態(tài)蠕變階段：應(yīng)變硬化和熱回復(fù)（加熱軟化），兩者抵消。曲線近似一直線，蠕變速率近似為常數(shù)，也叫恒定蠕變速率階段。4、第三階段蠕變：裂紋生長(zhǎng)形成內(nèi)部孔洞或出現(xiàn)頸縮，局部應(yīng)力提高，蠕變速率增高，最終突然破壞。二、蠕變曲線-金屬、陶瓷和高分子材料類似曲線1。-曲線2：瞬時(shí)變形后蠕變經(jīng)歷了第一階段，在較低應(yīng)力下,穩(wěn)態(tài)蠕變階段很短，甚至趨近于零。蠕變應(yīng)變可穩(wěn)定在一定水平，通常不會(huì)產(chǎn)生大量變形和斷裂。三、蠕變

13、機(jī)理晶界滑動(dòng)和位錯(cuò)通過(guò)攀移越過(guò)障礙物的運(yùn)動(dòng)O這兩個(gè)過(guò)程都取決于熱激活的原子活動(dòng)性在極低溫度下，原子幾乎是固定在晶格中其所在的位置上。當(dāng)接近熔點(diǎn)溫度時(shí)，原子卻在非?？斓叵嗷ジ淖冎恢谩?、晶界機(jī)理2、晶格機(jī)理1晶界機(jī)理晶界處原子活動(dòng)性比內(nèi)部原子大，行為類似粘滯性的液體。在中、高溫時(shí)的應(yīng)力作用下，晶界產(chǎn)生粘滯性流動(dòng),造成晶粒相對(duì)移動(dòng)，晶體材料通過(guò)晶界滑動(dòng)而發(fā)生蠕變?？刂凭Ы缧巫儯炊嗑w中晶粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。III-擴(kuò)散蠕變：溫度接近熔點(diǎn)時(shí)，在外應(yīng)力作用下，晶體中的空位定向擴(kuò)散引起晶粒沿晶界相對(duì)移動(dòng)或改變了晶粒尺寸，使晶體材料產(chǎn)生蠕變一一類似于線性粘性流動(dòng)（應(yīng)變速率正比于應(yīng)力）擴(kuò)散蠕變僅僅在溫度接

14、近于熔點(diǎn)時(shí)才較為重要。2、晶格機(jī)理在較高溫度下，作用在晶體材料上的外應(yīng)力低于屈服應(yīng)力時(shí)，經(jīng)過(guò)一段持續(xù)荷載，熱激活的原子的活動(dòng)性能幫助晶體中的位錯(cuò)攀越原不能克服的勢(shì)壘而運(yùn)動(dòng)一一位錯(cuò)攀移控制的是與原子或空位擴(kuò)散以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的過(guò)程。位錯(cuò)攀移與原子和空位的擴(kuò)散密切相關(guān)一一對(duì)蠕變作用隨溫度的增加而迅速增加。丄丄丄丄一般認(rèn)為A應(yīng)力低，蠕變速率小時(shí)，晶界滑動(dòng)是主要過(guò)程。A高應(yīng)力和高溫情況下，位錯(cuò)攀移是主要過(guò)程。混凝土的徐變t素混凝土的標(biāo)準(zhǔn)徐變曲線蠕變影響因素蠕變影響因素、應(yīng)力A外加應(yīng)力越大，材料的蠕變速率越大。A蠕變極限：在一定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生一定大小變形的應(yīng)力，或在一定時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生一定變形速率

15、的應(yīng)力。長(zhǎng)時(shí)間工作和蠕變速率極小時(shí)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)容許的總變形量|蠕變速率較大時(shí)，容許的蠕變速率四、蠕變影響因素四、蠕變影響因素2、溫度溫度升高促進(jìn)蠕變升高溫度將降低擴(kuò)散激活能，增大擴(kuò)散速率in熱能促進(jìn)了變形過(guò)程是蠕變的基本特征。A般，熔點(diǎn)越高，抗蠕變能力越強(qiáng)。陶瓷材料一一蠕變溫度高，作耐火材料蠕變影響因素蠕變影響因素3、晶粒尺寸A細(xì)晶粒晶體比粗晶粒晶體蠕變大細(xì)晶粒晶體內(nèi)部晶界多，蠕變時(shí)晶界滑動(dòng)引起的變形更大。晶粒尺寸并非越大越好一一最佳晶粒尺寸超過(guò)該尺寸，蠕變極限有不同程度的降低。彌散的第二相顆粒熔點(diǎn)高的第二相顆粒可阻礙高溫下位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用，有利于提高材料的抗蠕變能力。顆粒大小太小，位錯(cuò)很容易通

16、過(guò)它而在基體中運(yùn)動(dòng)太大，位錯(cuò)可在顆粒之間的相當(dāng)大的空間中通過(guò)5、氣孔率氣孔減小了抵抗蠕變的有效截面積蠕變速率隨氣孔率的增大而提高第六節(jié)材料的理論強(qiáng)度-強(qiáng)度是材料最基本的性能。強(qiáng)度：材料抵抗由外力所造成的機(jī)械破壞的能力，在力學(xué)上表示為材料破壞時(shí)所達(dá)到的極限應(yīng)力值。1）離子鍵結(jié)合、固體材料的結(jié)合力和結(jié)合能1、原子間作用力任何材料都是由分子、原子、離子等微粒所組成，其相互作用力稱鍵力。|金屬鍵(Metallicbonding)化學(xué)鍵(Chemicalbonding)離子鍵(ionicbonding)主價(jià)鍵primaryinteratomicbondsl共價(jià)鍵(covalentbonding)物理鍵(

17、physicalbonding),次價(jià)鍵(Secondarybonding),亦稱VanderWaalsbonding、氫鍵(Hydrogen-bonding),介于化學(xué)鍵和范德華力之間離子鍵結(jié)合、共價(jià)鍵結(jié)合、金屬鍵結(jié)合、范氏力結(jié)合實(shí)質(zhì)金屬原子非金屬原子A帶正電的正離子帶負(fù)電的負(fù)離子靜電引力-離子鍵1!特點(diǎn)：鍵力強(qiáng)，無(wú)方向性。其配位數(shù)可為4、6或8,由正負(fù)離子電荷、相對(duì)尺寸和晶體結(jié)構(gòu)決定。由離子鍵形成的晶體叫離子晶體多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物離子晶體特點(diǎn)良好的絕緣體A所有電子都受到各個(gè)離子的強(qiáng)約束作用，在離子晶體中很難產(chǎn)生能自由運(yùn)動(dòng)的電子。A但在熔融態(tài)或溶液中，正負(fù)離子在外電場(chǎng)作用下可作定向移

18、動(dòng)而具有導(dǎo)電性。強(qiáng)度大、熔點(diǎn)高、脆性大A正負(fù)離子結(jié)合較強(qiáng)。離子鍵要求正負(fù)離子作相間排列,使異號(hào)離子之間吸引力達(dá)到最大，同號(hào)離子之間排斥力最小，所以當(dāng)受剪力作用產(chǎn)生滑移時(shí)，很容易引起同號(hào)離子相斥而破碎。3）金屬鍵結(jié)合3）金屬鍵結(jié)合2）共價(jià)鍵結(jié)合實(shí)質(zhì)：由二個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過(guò)共用電子對(duì)而成非極性：位于兩成鍵原子中間極性：共用電子對(duì)偏于某成鍵原子離子鍵一一共價(jià)鍵極性鍵的極限狀態(tài)特點(diǎn)：鍵力很強(qiáng)，有方向性和飽和性。由共價(jià)鍵形成的晶體叫共價(jià)晶體亞金屬（C、Si、Sn、Ge）,聚合物和無(wú)機(jī)非金屬材料特點(diǎn)：硬度特別大，熔點(diǎn)高，延展性不好。典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價(jià)電子極易掙脫原子核

19、之束縛而成為自由電子，形成電子氣。金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵。特點(diǎn)：鍵力強(qiáng)，無(wú)方向性和飽和性，配位數(shù)高。除亞金屬外的金屬Sn金屬鍵和共價(jià)鍵A特點(diǎn)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好，強(qiáng)度高。4）范氏力結(jié)合4）范氏力結(jié)合-實(shí)質(zhì)：分子的固有電偶極矩之間或瞬時(shí)電偶極矩之間的相互作用力。包括：靜電力、誘導(dǎo)力和二sv原子或分子偶扱圖17極性分子間的范德華力示意圖色散力，屬物理鍵，系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大，但能很大程度改變材料性質(zhì)。特點(diǎn)：鍵力弱。分子晶體大部分有機(jī)化合物、惰性氣體特點(diǎn)：熔點(diǎn)、硬度低。2、固體的結(jié)合力和結(jié)合能1）結(jié)合力典型的粒子間相互作用力是電子的負(fù)電荷與原子核的正電荷之間的

20、靜電引力。包括一個(gè)長(zhǎng)程吸引力和一個(gè)短程排斥力引力fx=Arn斥力f2-Brmr兩原子中心間距；A、B常數(shù)；n引力系數(shù)；m斥力系數(shù)。合力F=Arn引力斥力BrmF：鍵力曲線r0：原子的平衡距離r=r0:原子間作用力為零,即引力等于斥力；rrQ:拉伸，引力超過(guò)斥力，合力先隨r的增加而增大，達(dá)到最大值后又隨的增加而逐漸減小到零。2）結(jié)合能原子間的相互作用力，還可用互作用勢(shì)能表示。dv互作用勢(shì)能（結(jié)合能）變化量;dr兩原子間距變化量；從平衡點(diǎn)心出發(fā)，F(xiàn)與dr的方向總是相反的。積分得:co廠-(加-1)m1當(dāng)=0時(shí)，互作用勢(shì)能（結(jié)合能）最小:A(nm)(nl)(m1)互作用勢(shì)能與原子間距關(guān)系示意圖作作力

21、力引斥14-po一作m)子功功原正負(fù)二、理論抗拉強(qiáng)度惰性氣體的結(jié)合最弱堿金屬的結(jié)合為中等強(qiáng)度過(guò)渡族金屬、共價(jià)鍵結(jié)合的碳結(jié)合極強(qiáng)離子晶體的結(jié)合最強(qiáng)鍵力曲線，當(dāng)禪至一定值時(shí)，鍵力曲線達(dá)到峰值Fm，即引力最大，若外力繼續(xù)增大，鍵力就急劇下降，不足以抵抗外力，r也急劇增大，晶體趨于斷裂。=)略ax就稱為晶體材料的最大抵抗力，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為晶體材料的理論抗拉強(qiáng)度（理論斷裂強(qiáng)度）。將鍵力曲線簡(jiǎn)化為正弦曲線，橫坐標(biāo)X為原子間距變化，入為波長(zhǎng)。max17DCsin2材料斷裂的實(shí)質(zhì)就是應(yīng)力少作功產(chǎn)生的彈性能轉(zhuǎn)換為新斷面的表面能八a2adx=2y積分得:三、理論剪切強(qiáng)度三、理論剪切強(qiáng)度X楊氏彈性模量:d(r兄=

22、為L(zhǎng)tO晶體的楊氏模量各向異性，因此理論強(qiáng)度隨外力對(duì)晶軸的取向不同而變化。對(duì)金屬晶體、離子晶體和分子晶體GbGaxG剪切彈性模量；b滑移向的原子中心間距；h滑移面的面間距；IDTmax一一理論抗剪強(qiáng)度（滑移向的屈服強(qiáng)度）。四、理論強(qiáng)度與高強(qiáng)材料具有最大破壞強(qiáng)度的材料，楊氏模量段高，表面能7要大，原子間距0要小。具有最大抗剪強(qiáng)度的材料，剪切彈性模量G要高，原子密度要?。╞大），相鄰原子面間距要?。???。?。三丿IDiif通吊丁max小于max于剪切強(qiáng)度。,因此許多晶體材料的最大強(qiáng)度取決屈服比:maxmax變形小1共價(jià)晶體、離子晶體斷裂前max/amaxBe、C、N、0、Al、SiA化學(xué)結(jié)構(gòu)分析：

23、小一一較輕的元素；定向鍵一一非密堆積的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，密度低；彈性模量高一一結(jié)合能大，熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小。因此，最強(qiáng)的固體材料將具有彈性模量高，密度低，熔點(diǎn)高及熱膨脹系數(shù)小等性質(zhì)。第七節(jié)材料的實(shí)際強(qiáng)度-、材料的實(shí)際強(qiáng)度任何實(shí)際材料內(nèi)部都會(huì)存在雜質(zhì)和缺陷0A玻璃斷裂理論Griffiths完全脆性的材料在形成過(guò)程中，內(nèi)部有微裂縫形成。材料在受到外力時(shí)在裂紋附近產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象;為斷裂拉應(yīng)力,界寬度的一半。是單位面積的表面自由能，C為裂縫臨E為楊氏彈性模量,1102m數(shù)量級(jí)的裂縫在各種實(shí)際材料中均能發(fā)現(xiàn)。材料的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度外力作用方向與材料強(qiáng)度外力作用方向與材料強(qiáng)度材料的強(qiáng)度通常用靜力破壞性試

24、驗(yàn)來(lái)確定,試件破壞時(shí)的極限應(yīng)力值即強(qiáng)度。受力I抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度R拉材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；P一一試件破壞時(shí)的最大荷載，N；A一一試件受拉面積，mm2oP混凝土固定試件困難，很少進(jìn)行直接抗拉試驗(yàn),多釆用立方體或圓柱體劈裂抗拉試驗(yàn)測(cè)定。2PcP=0.6377lAAR劈拉R劈拉一一混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；P試件破壞時(shí)的最大荷載，N；A試件劈裂面面積，mm2o2、抗壓強(qiáng)度R壓材料的抗壓強(qiáng)度，MPa；P一一試件破壞時(shí)的最大荷載，N；11150mm立方體試件PPA試件承壓面積，mm2olOOimn立方體強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的換算關(guān)系小于C50的混凝土，修正系數(shù)“=095。隨混凝土

25、強(qiáng)度的提高，修正系數(shù)“值有所降低。當(dāng)/yo=lOON/imn2時(shí)，換算系數(shù)“約為0.9。軸心抗壓強(qiáng)度軸心抗壓強(qiáng)度釆用棱柱體試件測(cè)定，用符號(hào)人表示，它比較接近實(shí)際構(gòu)件中混凝土的受壓情況。棱柱體試件高寬比一般為h/b=34,我國(guó)通常取150mmX150mmX450mm的棱柱體試件，也常用100X100X300試件。1020304050607010203040506070立方抗壓與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系規(guī)范對(duì)小于C50級(jí)的混凝土取A=076,對(duì)C80取A=0.82,其間按線性插值。504030/c(N/mm2).-fc=kfcu尋.歹?對(duì)于同一混凝土，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度。100/cuCN/

26、mm2)/11111111111113、抗彎強(qiáng)度3PL2bh中央集中加荷pR彎材料的抗彎強(qiáng)度，MPa；P一一試件破壞時(shí)的最大荷載，N；L試件跨度，即兩支點(diǎn)間距，mm；b試件截面寬度，mm；150mmX150mmX600(550)mm棱柱體試件7S:忑h試件截面高度，mm。PL三等分點(diǎn)加荷pID4、抗剪強(qiáng)度7?剪一一材料的抗剪強(qiáng)度，MPa；P一一試件破壞時(shí)的最大荷載,A剪切破壞面積，mm2oN；1pp為得到可靠的強(qiáng)度指標(biāo)，必須芒格1遵守規(guī)定的材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。材料強(qiáng)度主要取決于材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。還會(huì)因孔隙率、構(gòu)造特征、試驗(yàn)條件（試件尺寸、形狀、含水量、表面狀態(tài)、溫度、加荷速度等）而

27、有所差異。第八節(jié)材料的脆性與脆性破壞抗壓強(qiáng)度極高，抗拉強(qiáng)度很低（僅為抗壓強(qiáng)度的1/501/5）,斷裂前變形極小的材料認(rèn)為是脆性材料一一陶瓷、玻璃、生鐵抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度接近，斷裂前變形較大的材料認(rèn)為是塑性材料一一鋼材、瀝青一、材料脆性的亮度1、斷裂應(yīng)力（抗拉強(qiáng)度與）與屈服應(yīng)力幻的相對(duì)大?。海▂f/（yyafay時(shí)，先達(dá)到屈服應(yīng)力，使材料發(fā)生塑性變形而松弛部分應(yīng)力，趨向于塑性；fy時(shí)，先達(dá)到斷裂應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生塑性變形，一旦達(dá)到兮，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。10,材料屬于塑性，斷裂前發(fā)生顯2、理論抗拉強(qiáng)度務(wù)你與理論剪切強(qiáng)度的比值：max/Tmax材料在常溫下屬于脆性；maJmax5考慮其它因素。AmaJm

28、ax著的塑性流動(dòng);-3、彈性應(yīng)變與極限應(yīng)變的比值、抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值4、斷裂能A斷裂能大，韌性大，脆性小。斷裂理論Griffith斷裂理論-完全脆性的材料Orowan修正塑性材料一一裂縫擴(kuò)展過(guò)程中，裂縫尖端首先發(fā)生塑性變形，然后擴(kuò)展。即裂縫擴(kuò)展不僅要消耗產(chǎn)生新表面的能量y,還要消耗使尖端部分發(fā)生屈服變形的能量（塑性功）。對(duì)非完全脆性材料,Vp比/得多。Inwin引入應(yīng)變能釋放率代替卩與y+yp,既適用于脆性材料，又適用于塑性材料。G.應(yīng)變?cè)b魯縫擴(kuò)展單位面積時(shí)彈性應(yīng)變能損耗的比率。G裂縫擴(kuò)展的動(dòng)力（臨界應(yīng)變能釋放率）時(shí)，裂縫擴(kuò)展。G1C材料抵抗裂縫擴(kuò)展能力的量度，與材料的結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)、環(huán)

29、境溫度有關(guān)。除熱力學(xué)表面能外無(wú)其它能量消耗的裂縫擴(kuò)展過(guò)程,一般Gg2yo只有當(dāng)應(yīng)變能釋放率等于或大于裂縫擴(kuò)展形成新表面所需的能量，裂縫才會(huì)擴(kuò)展。K,應(yīng)力強(qiáng)度因子，描述裂縫尖端應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的參量。K嚴(yán)y程2y：與試樣及裂縫的幾何形狀有關(guān)的幾何因子裂縫端部的局部應(yīng)力取決于外應(yīng)力和裂縫半寬度C的平方根。裂縫尖端附近各點(diǎn)的應(yīng)力隨著&值的增大而提高。當(dāng)值隨著外應(yīng)力增大而增大到某一臨界值Kg時(shí)，裂縫尖端的局部應(yīng)力足以使原子結(jié)合鍵分離，裂縫快速擴(kuò)展并導(dǎo)致材料斷裂。Kg臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子Km二y4cb/材料強(qiáng)度Kg是材料的固有性能，是材料結(jié)構(gòu)及顯微結(jié)構(gòu)的函數(shù)，但于裂紋大小、形狀以及外力無(wú)關(guān)。材料抵抗裂縫擴(kuò)展的阻力因素，又叫斷裂韌性。三、陶瓷材料裂縫擴(kuò)展與脆性斷裂陶瓷材料的特征-脆性晶體結(jié)構(gòu)本質(zhì)在于缺少5個(gè)獨(dú)立的滑移系，在受力狀態(tài)下難以發(fā)生由滑移引起的塑性變形而使應(yīng)力松弛。I*1X1-顯微結(jié)構(gòu)本質(zhì)是存在裂紋，易于導(dǎo)致高度的應(yīng)力集中。裂縫擴(kuò)展很快，消除了應(yīng)力集中的塑性變形，發(fā)生脆性斷裂。-陶瓷材料的裂縫擴(kuò)展分為亞臨界裂縫擴(kuò)展和臨界裂縫擴(kuò)展第九節(jié)材料的疲勞破壞和蠕變破壞一、疲勞破壞材料由于受到反復(fù)的應(yīng)力循環(huán)或應(yīng)變循環(huán)而產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞是金屬材料損壞的主要方