材料力学行为课件：第七章 高分子材料的力学行为
高分子材料的力学状态演示课件
2.1 高分子材料的力学状态
? 结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于聚合物的摩 尔平均质量。
不呈现高弹态
呈现高弹态
图2.2 高结晶度聚合物的热机械曲线
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2.1 高分子材料的力学状态
问题： 交联、网状聚合物是否有粘流态？
Cross-linked 交联
Network（3D） 网状
答案： 不出现粘流态。
（2）力学特征：形变量很大（流动）
形变不可逆
模量极小
（3）Tf与摩尔平均质量有关
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2.1 高分子材料的力学状态
? 结晶聚合物的力学三态及其转变
? 结晶聚合物的非晶区具有非晶态聚合物的力学三态 ? 轻度结晶聚合物
? 晶区起交联点作用。温度? ，非晶区进入高弹态， 整个材料具有韧性和强度。
? 结晶度>40% ? 晶区互相衔接，贯穿成连续相。观察不到明显的 非晶区玻璃化转变现象。
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2.1 高分子材料的力学状态
? 玻璃化转变现象及Tg的重要性
自由体积?理玻论璃化转变是高聚物的一种普遍现象。
? 发生玻璃化转变时，许多物理性能发生急剧变化，可完全 改变材料的使用性能： ? T>Tg 时高聚物处于高弹态（弹性体） ? T<Tg 时高聚物处于玻璃态（塑料、纤维）
? Tg是决定材料使用范围的重要参数： ? Tg 是橡胶的最低使用温度 ? Tg 是塑料的最高使用温度
PMMA 酚醛树脂
增韧EP
PC ABS HDPE
硫化橡胶 未硫化橡胶
软PVC
齐聚物
软~硬：模量 强~弱：拉伸强度 韧~脆：断裂22能
2.2 高分子材料的力学性能
? 高弹性
高弹态聚合物最重要的力学
《材料力学性能》PPT课件
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
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消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
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金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
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第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
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《高分子物理》课件-第七章粘弹性
第7 章聚合物的粘弹性形变对时间不存在依赖性εσE =虎克定律理想弹性体外力除去后完全不回复dt d εηγησ==.牛顿定律理想粘性体弹性与粘性弹性粘性储能性可逆性σ与ε的关系与t 关系瞬时性依时性储存耗散回复永久形变εσE =dt d εηγησ==.虎克固体牛顿流体粘弹性力学性质兼具有不可恢复的永久形变和可恢复的弹性形变小分子液体–粘性小分子固体–弹性在时间内，任何物体都是弹性体在时间内，任何物体都是粘性体在的时间范围内，任何物体都是粘弹体超短超长一定高分子材料具有显著的粘弹性粘弹性分类静态粘弹性动态粘弹性蠕变、应力松弛滞后、内耗7.1 粘弹性现象7.1.1 蠕变（creep)在一定的温度下，软质PVC丝钩一定的砝码，会慢慢伸长蠕变：指在一定的温度和较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象蠕变反映了材料的尺寸稳定性及长期负荷能力从分子运动和变化的角度分析线性PVC的形变—时间曲线，除去外力后，回缩曲线？11E σε=1ε1t 2t t键长和键角发生变化引起，形变量很小，瞬间响应σ：应力E 1：普弹形变模量1.普弹形变链段运动使分子链逐渐伸展发生构象变化引起τ：松弛时间，与链段运动的粘度η2和高弹模量E 2有关，τ＝η2/ E 2)1(/22τσεt eE --=2ε1t t2t 2.高弹形变3ε2t 1t t外力作用造成分子间的相对滑移（线型高聚物）t33ησε=η3——本体粘度3.粘性流动t eE E t t 3/21321)1()(ησσσεεεετ+-+=++=-线型高聚物的蠕变曲线总应变交联聚合物的蠕变曲线1.由于分子链间化学键的键合，分子链不能相对滑移，在外力作用下不产生粘性流动，蠕变趋于一定值2. 无粘性流动部分，能完全回复T<T g 时，主要是()，T>T g 时，主要是()A ε1B ε2C ε3三种形变的相对比例依具体条件不同而不同下列情况那种形变所占比例大？A B聚合物蠕变的危害性蠕变降低了聚合物的尺寸稳定性抗蠕变性能低不能用作工程塑料如：PTFE不能直接用作有固定尺寸的材料硬PVC抗蚀性好，可作化工管道，但易蠕变影响蠕变的因素1.温度2.外力3.分子结构蠕变与T，外力的关系温度外力蠕变T过低外力过小T过高外力过大T g附近适当外力很小很慢，不明显很快，不明显明显（链段能够缓慢运动)23℃时几种高聚物蠕变性能10002000（％）小时2.01.51.00.512345t链的柔顺性主链含芳杂环的刚性高聚物，抗蠕变性能较好12345聚苯醚PCABS(耐热)POM尼龙如何防止蠕变？◆交联橡胶通过硫化来防止由蠕变产生不可逆的形变◆结晶微晶体可起到类似交联的作用◆提高分子间作用力7.1.2 应力松弛(stress relaxation)在一定温度、恒定应变的条件下，试样内的应力随时间的延长而逐渐减小的现象应力松弛的本质加力链段运动使分子链间相对位置的变化分子重排，以分子运动来耗散能量，从而维持一定形变所需要的力逐渐减小交联聚合物和线形聚合物的应力松弛t交联线性高聚物的应力松弛曲线t不同温度下的应力松弛曲线应力松驰与温度的关系温度过高应力松驰很快温度过低内摩擦力很大，应力松驰极慢T g 附近应力松驰最为明显123应力松弛的应用对密封制件，应力松弛行为决定其使用寿命高分子制件加工中，应力松弛行为决定残余应力的大小不变的量变化的量蠕变应力松弛蠕变与应力松弛比较温度力形变根本原因高分子链的构象重排和分子链滑移应力温度形变动态粘弹性在交变应力或交变应变作用下材料的力学行为σωtπ2πεωtδεωtδ正交变化的应力：t sin )t (0ωσσ=无相位差，无能量损耗理想弹性体tsin )t (0ωεε=有相位差，功全部损耗成热理想粘性液体)2-t sin( )t (0πωεε=相位差δ，损耗部分能量)-t sin( )t (0δωεε=聚合物(粘弹性)高聚物在交变应力作用下的应变变化落后于应力变化的现象tt o ωσσsin )(=)sin()(δωεε-=t t o 0<δ<π/2滞后现象原因链段运动时受到内摩擦阻力, 外力变化时,链段运动跟不上外力的变化内摩擦阻力越大，δ 也就越大，滞后现象越严重外力对体系做的功每次形变所作的功= 恢复形变时所作的功无滞后时没有功的消耗每一次循环变化会有功的消耗，称为内耗有滞后时产生形变提供链段运动时克服内摩擦阻力所需要的能量滞后现象的危害σεσ0ε1拉伸硫化橡胶拉伸—回缩应力应变曲线拉伸曲线下面积为外力对橡胶所作的功回缩曲线下面积为橡胶对外力所作的功滞后环面积越大,损耗越大ε0回缩ε2面积之差损耗的功δεπσsin o o W =∆δ :力学损耗角,常用tanδ来表示内耗大小)]dt-t cos(t)[sin ()t (d )t (W Δ020200δωωεωσεσωπωπ⎰⎰==σεσ0回缩拉伸内耗角δεπσsin o o W =∆δ=0，△W=0,所有能量都以弹性能量的形式存储起来滞后的相角δ决定内耗δ=900，△W→max , 所有能量都耗散掉了滞后和内耗对材料使用的利弊？用作轮胎的橡胶制品要求内耗小（内耗大，回弹性差）隔音材料和吸音材料要求在音频范围内有较大的力学损耗防震材料要求在常温附近有较大的力学损耗温度内耗很高很低T g 附近1. 温度影响滞后和内耗的因素高小小小小大大2.外力变化的频率高聚物的内耗与频率的关系频率 内耗很高很低适中小小小小大大橡胶品种内耗顺丁丁苯丁腈3.内耗与分子结构的关系对于作轮胎的橡胶，则选用哪种？内耗大的橡胶，吸收冲击能量较大，回弹性较差较小较大较大7.1.3 粘弹性参数静态粘弹性蠕变应力松弛模量柔量应力，应变与时间的关系模量、柔量与时间的关系蠕变柔量)()(σεt t D =应力松弛模量)()(εσt t E =tsin (t)0ωεε=t cos sin t sin cos (t)00ωδσωδσσ+=)t sin( (t)0δωσσ+=δεσcos '00=E δεσsin "00=E E ′—储能模量，反映材料形变时的回弹能力（弹性）E ″—耗能模量，反映材料形变时内耗的程度（粘性）1.力学损耗角,tg δ动态粘弹性2.动态模量用复数模量的绝对值表示（绝对模量）2''2'*||E E E E +==通常E ″＜＜E ′，常直接用E ′作为材料的动态模量。
高分子材料(力学性能) ppt课件
三、粘弹性
§5.1 力学性能
三、粘弹性
§5.1 力学性能
2、动态粘弹性 （滞后）
• 滞后：一定温度下，受交变的应力，形变随时
间的变化跟不上力随时间的变化
应力周期性变化：σ＝σ 0 Sin ω t 应变：ε ＝ε 0 Sin（ω t ＋δ ）
落后一相位角
结果：产生滞后圈－－能耗
（机械能（弹性能）－－热能） －－－－力学损耗
如何§解5.决1 ？力学性能
1、特征
➢涂料涂装时流挂问题如何 解决？
1) 粘度大；分子量越大，粘度越大；分布越宽，粘度越大；
2) 流动机理：分子重心相对位移，是由链段的相继跃迁实 现的
3) 伴有高弹形变－－－具有粘弹性
现象：出口膨大、爬杆效应、融体破裂
一、高聚物的流动性 ？？？
§5.1 力学性能
4）是一假塑性流体：
运动单元高度取向（m 不为零）
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
C 断裂:
脆性断裂：没有屈服，断裂面光滑；
§5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
韧性断裂：出现屈服后的断裂，断裂面粗糙。
T < Tb 时： σB <σY －－－脆性断裂
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
2) 结晶高聚物的应力~应变曲线
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物） §5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
注意: • 使用时υ趋于很小－－－长期强度，其远远小于所测值 ，
例：PVC: σB(1000h）＝1/2σB （测） • Tb、Tg测定时，是在一定时间尺度下，
（ υ比较小，时间长） 实际受力时（特别是在冲击力时）往往υ很高， 例：PVC 的Tb= - 50度，T使> - 30 ~ -15度
高分子材料的力学行为与应用
高分子材料的力学行为与应用简介：高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物。
由于其独特的结构和性质，高分子材料在许多领域都有广泛的应用。
本文将探讨高分子材料的力学行为及其在不同领域的应用。
一、高分子材料的力学行为高分子材料表现出与其他材料截然不同的力学行为。
其在外力作用下，常常呈现出弹性、塑性和粘弹性等特性。
1. 弹性行为高分子材料的弹性行为是指在受力后能够恢复原状的特性。
由于高分子材料的长链结构，使其能够发生链段的转动和拉伸。
当外力撤离后，链段会重新回到初始位置，从而使材料恢复原状。
2. 塑性行为与弹性行为相对的是高分子材料的塑性行为。
高分子材料在受力过程中，可以发生链断裂和滑移等变形行为，导致材料无法完全恢复到原来的状态。
这种变形行为使高分子材料能够承受较大的变形和形状改变。
3. 粘弹性行为高分子材料还表现出粘弹性行为，即同时具有弹性和黏性的特性。
在外力作用下，高分子材料会有一部分能量以弹性形式储存，但也会有一部分能量以粘性形式损耗。
这种粘弹性行为在高分子材料的加工和应用过程中是需要考虑和控制的。
二、高分子材料的应用领域由于高分子材料独特的力学行为，使其在各个领域具有广泛的应用。
1. 塑料制品高分子材料是塑料制品的主要成分，广泛应用于日常生活中的各个领域。
例如，塑料袋、塑料瓶、塑料容器等。
2. 工程材料高分子材料在工程领域中也有重要的应用。
例如，聚合物复合材料、高分子弹性体等被广泛应用于航天、汽车、建筑等领域。
3. 医疗器械由于高分子材料的生物相容性和可塑性，它在医疗器械领域发挥着重要作用。
例如，人工关节、医用塑料制品等都是高分子材料的应用。
4. 纤维材料高分子材料还被应用于纺织和纤维领域。
例如，合成纤维、纺织品等都是高分子材料的产物。
总结：高分子材料的力学行为与其在不同领域的应用密切相关。
高分子材料的弹性、塑性和粘弹性行为使其能够适应复杂的力学环境，并有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，高分子材料的力学性能将得到进一步的改善和优化，为各个领域带来更多的创新和发展。
《高分子物理》ppt课件
《高分子物理》ppt课件目录•高分子物理概述•高分子链结构与形态•高分子溶液性质与行为•高分子聚集态结构与性能•高分子材料力学性能与增强机制•高分子材料电学、光学等其他性能•高分子物理研究方法与技术PART01高分子物理概述高分子物理定义与特点定义高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学，是高分子科学的一个重要分支。
特点高分子物理的研究对象是具有高分子量的聚合物，这些聚合物具有独特的结构和性质，如链状结构、分子量分布、粘弹性、相转变等。
高分子链结构高分子聚集态结构高分子溶液性质高分子固体性质高分子物理研究内容研究高分子链的化学结构、构象、链的柔顺性和刚性等。
研究高分子溶液的粘度、扩散、沉降、凝胶化等性质。
研究高分子在溶液中的形态、高分子液晶、高分子膜等。
研究高分子的力学性能、电学性能、热学性能、光学性能等。
高分子物理与化学关系联系高分子物理和高分子化学都是研究高分子的科学，两者相互联系，互为补充。
高分子化学合成出具有特定结构和功能的高分子，而高分子物理则研究这些高分子的结构和性质之间的关系。
区别高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关系。
此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种物理手段和理论计算的方法。
PART02高分子链结构与形态高分子链化学结构链的组成与结构单元高分子链由许多结构单元通过共价键连接而成，每个结构单元通常包含一个或多个原子或原子团。
链的规整性高分子链的规整性是指链上原子或基团的排列顺序和空间构型的规律性。
规整性好的高分子链往往具有较高的结晶能力和力学性能。
链的支化与交联支化是指高分子链上分支结构的形成，而交联则是指不同高分子链之间的连接。
支化和交联都会对高分子的物理性质产生显著影响。
高分子链的构象是指链上原子或基团在空间的排列方式。
不同的构象会导致高分子链呈现不同的形态和性质。
高分子材料高聚物的分子运动与力学状态
高分子材料高聚物的分子运动与力学状态引言高分子材料是一种由连续的重复单元构成的聚合物材料。
在材料科学领域，研究高分子材料的分子运动和力学状态对理解材料性质和行为至关重要。
了解高聚物的分子运动和力学状态有助于优化材料设计、改进材料性能，并应用于各种领域，如生物医学、电子器件、纳米技术等。
高聚物的分子运动高聚物的分子运动主要包括乌尔布雷希特运动和扭曲运动。
乌尔布雷希特运动是高聚物链的摆动和旋转运动，其中链段在某一时刻的位置可以被视为围绕平均位置进行振动。
扭曲运动是高分子链的连续扭转运动，由旋转键和左旋键之间的相互作用引起。
高分子材料的分子运动主要受到温度和外部应力的影响。
温度的升高会增加高聚物链的摆动和旋转运动的速率，从而增加整体材料的流动性。
外部应力会导致高聚物链的拉伸和扭转，改变材料的形状和力学性能。
高聚物的力学状态高聚物材料的力学状态可以分为固态、流动态和弹性态。
在固态中，高聚物链之间的空隙较小，链的摆动和旋转受限制，材料呈现刚性和坚固的性质。
在流动态中，高聚物链的摆动和旋转增加，材料呈现流动性，可以被塑性加工和注射成型。
在弹性态中，高分子链在受到外部应力后，发生可逆形变，材料在去除应力后可以恢复原状。
高聚物材料的力学状态可以通过物理测试和分析方法来确定，例如拉伸试验、硬度测量和动态力学分析。
拉伸试验可以测量材料的强度、延展性和断裂性能，硬度测量可以评估材料的硬度和刚度，动态力学分析可以研究材料的粘弹性和弹性恢复能力。
高聚物材料的应用高聚物材料由于其丰富的性质和可调控性，在各种领域中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.生物医学领域：高聚物材料可以用于制造人工器官、药物传输系统和医疗设备，具有良好的生物相容性和可降解性。
2.电子器件领域：高聚物材料可以用作电子器件的绝缘层、封装材料和柔性电子材料，具有优异的电气性能和机械可塑性。
3.纳米技术领域：高聚物材料可以用于纳米级分子组装和纳米颗粒制备，用于制备纳米传感器、纳米药物传递系统等。
高分子物理(第三版)第七章--高分子的屈服和断裂(玻璃...
Thedevelopmentof materialsover time.The materialsof pre-history, onthe left,all occurnaturally;the challengefor theengineers ofthat era wasone ofshaping them.Thedevelopmentofthermochemist 11121314 1516 17在小伸长时，拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义。
应变：。
：为材料的起始截面积。
当材料发生较大形变时，上式计算的应力与材料的真实应力会发生较大的偏差，这时正确计算应力应该以真实截面积真应力：相应地可提出真应变的定义，如果材料在某一时刻长度从+dl i，则真应变为:真应变：对于理想的弹性团体，应力与应变关系服从虎克定律，25简单拉伸时的杨氏模量：在简单剪切的情况下，材料受到的力F 是与截面相平行的大小相等、方向相反的两个力。
在这剪切力作用下，材料将发生偏斜，偏斜角的正切定义为切应变。
当切应变足够小时，。
相应地，材料的剪切应力为：剪切模量：θγ≈切应变：剪切位移S ，剪切角θ，剪切面间距d体积模量：必须注意的是，试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长屈服强度断裂强度Polymers with different properties增强途径增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。
惰性填料怎么办？例：PVC+CaCO，PP+滑石粉glassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷。
Carbon fiber弯曲模量：增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。
由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做“原位”复合增强。
Charpy试验IZOD试验40补充材料：聚合物的韧性与增韧-----冲击强度Impact strength——是衡量材料韧性的一种指标高速拉伸试验测量材料冲击强度的依据。
材料力学ppt
材料力学ppt材料力学是研究材料在受到外部载荷作用下的力学行为和性能的学科。
它是工程力学的一部分，也是材料科学与工程学的重要基础学科之一。
材料力学的研究对象主要包括金属材料、复合材料、高分子材料等。
材料力学主要研究材料在承受外力和受力状态下的应力、应变和变形等力学行为。
它研究材料受力后的变形和破坏过程，以及材料的性能，旨在提高材料的使用寿命和安全性。
材料力学的研究内容包括受力分析、应力分析、应变分析和变形分析等。
材料受力分析是研究材料在受到外力作用下的受力状态和分布规律。
它主要通过应力分析和应变分析来研究材料受力的情况。
应力是单位面积上的力，一般用N/m^2表示。
材料受力状态的分析可以帮助我们了解材料的强度和刚度等性能，为材料的设计和使用提供依据。
应力分析是研究材料受力后内部应力的分布规律。
材料的内部应力是由于外力的作用而产生的，它可以分为正应力、剪应力和法向应力等。
正应力指材料在某一方向上的拉伸或压缩应力，剪应力指材料在某一方向上的切变应力，法向应力指材料在某一方向上的正应力或剪应力。
应力分析可以帮助我们深入了解材料的受力状态，为材料的强度计算和结构设计提供基础。
应变分析是研究材料受力后产生的变形情况。
材料在受到外力作用时会发生形变，形变可以分为弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指材料在受力后可以恢复到原来的形状，而塑性变形是指材料在受力后会永久变形。
应变分析可以帮助我们衡量材料的刚度和韧性等性能，为材料的选择和使用提供参考。
变形分析是研究材料受力后的变形情况。
材料受到外力作用后会发生形变，形变可以分为线性变形和非线性变形。
线性变形是指材料受力后变形与受力大小成正比，而非线性变形是指材料受力后变形与受力大小不成正比。
变形分析可以帮助我们了解材料的变形机制和规律，为材料的改性和优化提供参考。
总之，材料力学是研究材料受力和变形行为的学科，它研究材料的应力、应变、变形等力学行为，为材料的设计和使用提供基础。
材料性能学课件第七章 材料的高温力学性能
蠕变极限，记作
T /t
，其中T表示测试温度，
ε/t 表示在给定的时间t内产生的蠕变应变为ε。
在蠕变时间短而蠕变速率又较大的情况下，
一般采用这种定义方法。
2．持久强度
某些在高温下工作的机件，蠕变变形很小或对 变形要求不严格，只要求机件在使用期内不发生断 裂。在这种情况下，要用持久强度作为评价材料、 设计机件的主要依据。
⑷ 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力作用下，分子链由卷
曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值 减小的过程。当外力减小或去除后，体系自发地 趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲 状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。
2．蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况： 一种情况是对于那些不含裂纹的高温机件，
低温下由空位扩散导致的这种断裂过程 十分缓慢，实际上观察不到断裂的发生。
金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为： 一是在断口附近产生塑性变形，有很多裂纹，使断 裂机件表面出现龟裂现象； 另一个特征是由于高温氧化，一层氧化膜所覆盖。
微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。
三、蠕变性能指标
蠕变极限、持久强度、松弛稳定性等 1．蠕变极限
在高应力高应变速率下，温度低时，金属材 料通常发生滑移引起的解理断裂或晶间断裂，这 属于一种脆性断裂方式，其断裂应变小。温度高 于韧脆转变温度时，断裂方式从脆性解理和晶间 断裂转变为韧性穿晶断裂。
在较低应力和较高温度下，通过在晶界 空位聚集形成空洞和空洞长大的方式发生晶 界蠕变断裂，这种断裂是由扩散控制的。
1. 蠕变变形机理 位错滑移、原子扩散和晶界滑动
高分子材料：分子 链段沿外力的舒展
⑴ 位错滑移蠕变机理
材料的塑性变形主要是由于位错的滑移引起 的。在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动 到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能 继续滑移，也就是只能产生一定的塑性变形。
高分子物理-第七章-屈服和强度
银纹和剪切带
均有分子链取向，吸收能量，呈现屈服现象
主要区别
形
变
曲线特征
体
积
力
结
果
剪切屈服
45o
90o
a
抵抗外力的方式
两
种
抗张强度：抵抗拉力的作用
0
aan
aas
0 /2
抗剪强度：抵抗剪力的作用
0o
45o
90o
抗张强度什么面最大？ a=0， an=0
抗剪强度什么面最大？ a=45， as=0/2
当应力0增加时，法向应力和切向应力增大的幅度不同
在45o时, 切向应力最大
泊松比: 在拉伸实验中，材料横向应变
与纵向应变之比值的负数
m
v
l
m0
l0
T
常见材料的泊松比
泊松比数值
解
释
0.5
不可压缩或拉伸中无体积变化
0.0
没有横向收缩
0.49~40
塑料的典型数值
E, G, B and
E2
G
(1
)
EB
3 (1
2
第 一 期 的 入 党积极 分子培 训课将 要结束 了，在 培训期 间，通 过尊敬 的合江 县府王
督 学 、 学 院 党委王 书记及 学院党 办邬主 任和相 关领导 、教授 对党章 ，党课 及现阶
段 国 内 外 形 式的讲 解，以 及通过 参加学 院开展 的颂歌 献给党 、喜迎 十八大 歌咏比
赛 及 参 观 了 武警合 江中队 和合江 县清代 考试院 、合江 县汉代 石棺陈 列馆等 活
韧性断裂 ductile fracture
各种情况下的应力-应变曲线
高分子材料的力学行为模拟与分析
高分子材料的力学行为模拟与分析引言：高分子材料是现代工程领域中一类重要的材料，具有广泛的应用，包括塑料、橡胶、纤维等。
这些材料的力学行为研究对于材料的设计和应用具有重要意义。
为了更好地理解和预测高分子材料的力学行为，研究人员使用了力学行为模拟和分析的方法。
本文将探讨高分子材料力学行为的模拟与分析方法及其在工程领域的应用。
第一部分：高分子材料的力学行为模拟在过去的几十年里，随着计算机技术的飞速发展，高分子材料的力学行为模拟方法得到了长足的发展。
目前常用的高分子材料力学行为模拟方法包括分子动力学（MD）和有限元方法（FEM）。
1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于原子尺度的方法，通过模拟原子间的运动和相互作用，揭示高分子材料力学行为的微观机理。
通过建立分子的势能函数，模拟力的交换以及时间步进法，可以计算出高分子材料的动力学行为。
分子动力学模拟方法在高分子材料的弹性、屈服、断裂等方面具有很好的应用效果，能够提供重要的微观信息和机理理解。
2. 有限元模拟有限元模拟是一种常用的宏观力学行为模拟方法，通过将材料划分为有限大小的单元，建立单元之间的力学关系，再通过对这些单元进行求解，得到材料的应力分布和变形情况。
有限元模拟方法在高分子材料的整体性能研究中得到广泛应用，通过调整单元的划分和边界条件，可以模拟材料在不同加载条件下的力学行为。
第二部分：高分子材料力学行为的分析高分子材料的力学行为分析是对力学行为数据进行处理和解释的过程，旨在从实验数据中提取有用的信息，如强度、刚度、延展性等。
1. 应力-应变分析应力-应变曲线是高分子材料力学行为分析的基础。
通过对应力-应变曲线的分析，可以提取出材料的弹性模量、屈服强度、断裂应变等力学特性参数。
这些参数可以进一步用于材料的性能评估和设计。
2. 破损机制分析高分子材料的破损机制研究对于材料的应用和改进具有重要意义。
通过对材料断裂面的观察和分析，可以揭示材料的断裂机制，如裂纹扩展、断裂模式等。
材料力学行为
材料力学行为
材料力学行为是材料科学中的一个重要概念，它描述了材料在外力作用下的变
形和破坏过程。
材料力学行为的研究对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
在材料科学领域，人们常常关注材料的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能，这些性能直接关系到材料在工程领域中的应用。
材料的力学行为受到多种因素的影响，包括材料的组织结构、化学成分、晶体
结构等。
不同种类的材料具有不同的力学行为，例如金属材料通常具有良好的塑性和韧性，而陶瓷材料则具有较高的硬度和脆性。
因此，了解材料的力学行为对于选择合适的材料以及预测材料在实际工程中的表现具有重要意义。
材料的力学行为可以通过实验和理论模型来研究。
实验是了解材料力学行为的
直接途径，通过施加外力并观察材料的变形和破坏过程，可以得到材料的应力-应
变曲线等重要数据。
同时，理论模型也是研究材料力学行为的重要手段，通过建立数学模型和计算方法，可以预测材料在不同条件下的力学性能。
材料的力学行为还受到温度、湿度、应变速率等外部条件的影响。
在高温、高
湿或高速加载条件下，材料的力学行为可能发生显著变化，甚至导致材料的失效。
因此，在工程实践中，需要考虑材料的力学行为在不同环境条件下的表现，以确保材料的可靠性和安全性。
总之，材料力学行为是材料科学中的重要内容，它描述了材料在外力作用下的
变形和破坏过程。
了解材料的力学行为对于材料的设计、制备和应用具有重要意义，需要通过实验和理论模型来研究材料的力学性能，并考虑外部条件对材料力学行为的影响。
只有深入了解材料的力学行为，才能更好地利用材料的优势，并避免材料在工程实践中出现意外失效的情况。
高分子材料的力学行为与模型分析
高分子材料的力学行为与模型分析在现代科技和工业领域中，高分子材料扮演着举足轻重的角色。
从日常生活中的塑料制品到航空航天领域的高性能复合材料，高分子材料的应用无处不在。
而要深入理解和有效利用这些材料，就必须研究它们的力学行为以及相应的模型分析。
高分子材料的力学行为十分复杂，这是由其分子结构和聚集态结构所决定的。
高分子材料通常由大量的长链分子组成，这些分子链之间存在着各种各样的相互作用，如范德华力、氢键等。
在受到外力作用时，高分子材料的响应不是简单的线性关系，而是表现出多种独特的力学特性。
例如，高分子材料具有明显的粘弹性。
粘弹性意味着它们同时表现出粘性和弹性的特征。
当施加一个快速的外力时，高分子材料会像弹性体一样迅速产生变形，并在去除外力后能够部分恢复原状；而当外力作用时间较长时，它们又会像粘性流体一样产生不可逆的流动和变形。
这种粘弹性行为在橡胶、聚合物熔体等材料中表现得尤为突出。
另一个重要的力学行为是屈服和塑性变形。
在一定的外力作用下，高分子材料会达到屈服点，开始发生塑性变形。
与金属材料不同，高分子材料的屈服过程通常较为复杂，可能伴随着分子链的取向、滑移和断裂等微观结构的变化。
高分子材料的力学性能还会受到温度、加载速率、环境等因素的显著影响。
一般来说，温度升高会使高分子材料的模量降低，变得更加柔软和易于变形；加载速率越快，材料表现出的强度和刚度往往越高。
为了描述和预测高分子材料的力学行为，科学家们建立了众多的模型。
其中，最简单且常用的是线性弹性模型。
在这个模型中，假设材料的应力与应变之间呈线性关系，通过弹性模量来描述材料的刚度。
然而，由于高分子材料的非线性力学行为，这种简单的线性模型往往只适用于小变形和低应力的情况。
对于粘弹性行为，常见的模型有麦克斯韦模型和开尔文模型。
麦克斯韦模型将材料视为一个弹性元件和一个粘性元件串联，能够较好地描述应力松弛现象；开尔文模型则是弹性元件和粘性元件并联，适用于模拟蠕变过程。
高分子材料的力学行为和应力应变关系
高分子材料的力学行为和应力应变关系高分子材料是一类常见的材料，它们由聚合物组成，具有许多独特的力学行为和应力应变关系。
理解和掌握高分子材料的力学行为对于工程设计和材料应用具有重要意义。
高分子材料的力学行为受多种因素的影响，其中最重要的因素之一是分子结构。
分子结构包括聚合物的链结构、支链结构、交联结构等。
不同的分子结构会导致高分子材料具有不同的力学行为。
例如，线性聚合物通常具有良好的延展性和可塑性，而交联聚合物则具有较高的刚度和强度。
高分子材料在受力时会发生应变，这种应变可以分为弹性应变和塑性应变。
弹性应变是在施加外力后，高分子材料会发生弹性变形，当外力撤离后，材料可以恢复到初始状态。
塑性应变是材料受到外力作用而发生的不可逆变形。
高分子材料的弹性和塑性应变与多种因素密切相关，例如材料的分子链长度、分子间的相互作用力等。
材料的力学行为还可以通过应力应变曲线来描述。
应力应变曲线是指在应力作用下，材料发生应变的过程。
通常，应力应变曲线包括线性阶段、屈服阶段、流变阶段和断裂阶段。
线性阶段是指在小应变范围内，材料的应力和应变成正比关系，称为胡克定律。
屈服阶段是指当应力达到一定程度时材料发生应变的过程。
高分子材料的屈服点通常低于其抗拉强度，这是由于分子链的自由度和相互作用力的影响。
流变阶段是指在应力超过屈服点后，材料呈现非线性的应力应变关系。
断裂阶段是指当应力进一步增大，材料无法继续承受应力而发生断裂的过程。
除了力学行为和应力应变关系，高分子材料的力学性能还受到温度、湿度等外界环境的影响。
在高温下，高分子材料的分子链会发生热运动，导致材料的强度和刚度降低。
湿度则会影响分子链之间的相互作用力，进而影响材料的力学性能。
因此，在工程设计和材料应用中，需要仔细考虑外界环境对高分子材料的影响。
总之，高分子材料的力学行为和应力应变关系是一个复杂且重要的领域。
通过研究材料的分子结构、应力应变曲线以及外界环境的影响，可以更好地理解和掌握高分子材料的力学性能，从而为材料应用和工程设计提供科学依据。
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内耗的不利方面：加速橡胶制品的老化。
内耗的有利方面：内耗有力于减震作用。
4 高耐磨性 高聚物具有较高的耐磨性。 塑料经常用来制造轴承、轴套、凸轮等摩擦磨损零件。
二 高分子材料物理化学性能特点
1 高绝缘性能 导电能力低、介电常数小、介电损耗小、耐电弧性能好 塑料、橡胶厂用来做电机、电器电子工业的绝缘材料。
3 具有粘弹性特点 粘弹性：高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和粘性流动， 其变形和时间相关。这种现象称为粘弹性。
高分子材料的粘弹性表现为：蠕变、应力松弛和内耗
内耗：在交变应力作用下，处于高弹态的高分子当变形速率跟不上应力变 化速率，出现应变滞后现象，导致有些能量消耗于材料中分子内摩擦并转 化为热能放出。由于力学滞后使机械能转化为热能的这种现象称为内耗。
第七章 高分子材料的力学行为
高分子材料：又称聚合物，由相对分子量大于5000的 高分子化合物为主要组分的材料。
第一节高分子材料的组织结构
一 高分子材料的概述
1 高分子链的合成
高分子链是由一种或者几种低分子化合物通过 聚合而重复链接成大分子链状结构。
链节：大分子材料中重复结构单元称为链节。 聚合度：链节的重复数目称为“聚合度”。
均聚物：有一种单体合成的高聚物称为均聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。 共聚物：由两种或者两种以上的单体合成的高聚物称为共聚物。类似金属的合金
3 高分子链的特性
（1）高分子链的形态
按照几何形态，高分子链分为三种类型
线形：各链节以共价键连接成线形 长分子链，直径为几十到几百纳米， 长度可达几百纳米到几微米。
四 高分子链的聚集态和物理状态
（1）高聚物的结合力 高聚物的大分子链中各原子结合以共价键结合，这种共价键成为主价 力；结合强；影响高聚物的强度和熔化温度。 高分子链之间的吸引力为范特瓦尔力和氢键力，成为次价力。
高分子化合物断裂，是高分子链断裂还是原子链之间相互滑脱？
是高分子链的断裂！
（2）高分子链的聚集态
2）侧基除了氢原子，还有其他原 子或者原子团，排列方式多样。
全同立构
全同立构和间同立构的高分子链容 易结晶性能比较好，硬度、密度和 软化温度比价高，无规立构地聚合 物不易结晶，性能差。
间同立构 无规立构
（3）高分子链的构象和柔性 1）高分子链的构象：由于单键内旋转使原子在空间排列方式不断发生变 化而构成分子链的各种形象。
支化型：在主链两侧以共价键链接相当 数量的长短不一的支链，形状有树枝状、 梳形和线团形状。
体型在线形或者支化型分子链之间沿横 向通过链接以共价键链接起来，产生交 联而形成三维网络大分子。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）高分子链的空间构型 高分子链的原子或者原子团在空间的排列形式，称为高分子链的空间构型。
1）侧基相同的分子链，只有一种 空间构型。如聚乙烯。
（3）高聚物的物理状态和转变
恒载荷
高聚物在不同的温度下具有不同的物理状态，即 高聚物呈现出不同的物理性质。以线型非晶态高 分子高聚物为例，在不同的温度下的三种物理状 态：玻璃态、高弹性和粘流态。
1）T>Tx：高聚物处于脆性状态，无应用价值。 2）Tx<T<Tg: 玻璃态
高聚物具有很高的硬度、强度和较高的弹性模量 Tx：催化温度；Tg：玻璃化温度； Tf：粘流温度；Td：分解温度
高分子的单键很多，每个单键都可 以围绕另一个单键做内旋转。
高分子链的空间构象数目庞大
2）高分子链的柔性 由于高分子链的高频率单键内旋转使高分子链很容易卷曲成线团状， 在拉应力作用下，可将其伸展拉直，外力去除后又缩回到原来的卷 曲状态。高分子链的这种特性成为高分子链的柔性。
影响高分子链柔性的因素
高分子链的形态：线型高分子链比较柔顺； C-O、C-N、SI-O链的内旋转比C-C容易； 有侧基和支链时内旋转困难；温度升高，内旋转容易。
总结
塑料：室温下处于玻璃态的高聚物成为塑料。 橡胶：室温下处于高弹态的高聚物称为橡胶。 树脂：室温下处于粘流态的高聚物称为树脂。
第二节 高分子材料的性能特点
力学和物理化学性能
一 高分子材料的力学性能特点
1 低强度和较高的比强度 抗拉强度平均100MPa，远低于金属材料。
2 高弹性和低弹性模量 高分子材料特有的性能特点。
（3）Tg<T<Tf:高弹态 高聚物在外力作用下就会产生较大的弹性变形。 高弹态是高分子材料特有的状态。
（4）T>Tf:粘流态 高分子材料处于粘流态，稍加外力就会产生明显的塑性变形。 粘流态可以使高聚物加工成型，通过喷丝、吹塑、注塑和挤压以及模 铸等技术制成各种形态的零件型材。
转变：随着温度的变化，在一些特定的温度下高分子材料的力学性质发生突 然改变，这种现象称为转变。
2 低耐热性
1）高分子链中大分子链的排列方式和堆砌方式称为高分自材料的聚集态。 结晶态：高分子链在空间规则排列。 非晶态：高分子链在空间混乱排列。
部分结晶态：部分高分子链在空间规则排列。
结晶度：高聚物中结晶区域所占的百分数成为结晶度。
高分子材料的结晶度为30-90%。最高可达到98%。
2）影响高聚物结晶的因素
高分子链化学结构越简单，越容易结晶。 分子链越短，越容易结晶。 一种单体组成且侧基小的高分子链容易结晶。
如果高分自链有几种单体组成且侧基庞大，则不容 易结晶。
3）高聚物的结晶度对其性能的影响
晶态高聚物：大分子链规则排列，分子间引力大，分子链运动困难，其溶化 温度、密度和强度、耐热性较高。
非晶态高聚物：高分子链排列不规则，分子链活动能力大，故其弹性好、伸长率和韧性高
随着结晶度的增加，高聚物的强度、硬度、溶化温度等增加，弹性和伸长率降低。
2 高分子链的种类
碳链 杂链 元素链
3 聚合反应的类型和改性
（1）加成聚合：单体经过多次相互加成生成高分子化合物的化学反应。 如聚乙烯的反应
特点：一旦开始，就迅速进行，直到形成最终的产品，不停留在反应的中 间阶段。链接与单体化学结构相同，没有低分子物质产生。
（2）缩聚反应：由含两种或者两种以上官能团的单体相互缩合聚合生 成高聚物的反应。 缩聚反应的特点：在形成高聚物的同时又水、卤化氢、醇等低分子物质产 生；缩聚反应得到的高聚物与低分子单体不同；缩聚反应可以在中间停留 得到中间产品。