材料弹性与阻尼性能课件
第五章弹性与滞弹性
一、 滞弹性
当 t=0 时，对材料作用应力为 0 ，材料弹性应变立即达到 0， 1是在应力0作用下继续产生的应变。当卸载时，相应 于0 =0时，材料瞬时恢复的应变为‘，余下的继续恢复。这 种材料在弹性范围内的非弹性现象称为滞弹性。
弹性蠕变
弹性后效
应变弛豫
应力弛豫
二、 滞弹性内耗
（一）内耗与滞弹性的关系
2 e
弹性模量：表示材料弹性变形的难易程度、力学 的刚度 根据Hooke定律,在弹性范围内
E , G ,
E G 2(1 )
p K
杨氏模量E和切变模量G 、体积模量K的关系：
E K 3(1 2 )
为泊松比。多数金属的值约在0.25~0.35之间
弹性变形的物理本质：双原子模型
图5-18 不同磁场下镍的 弹性模量与温度的关系
在某些合金中，甚至当它们 的磁化强度达到饱和时也具 有低的弹性模量值和反常的 温度关系。 Invar 合金就属 于 这 种 情 况 ， 如 图 5-19 所 示。 引起弹性反常的不是技术磁 化的线磁致伸缩s，而是真 磁化过程的体积磁致伸缩 n。 根据这一原理，发展出弹性 模量在一定温度范围不变或 变化很小的恒弹性合金，即 Elinvar合金。 图5-19 42%Ni+58%Fe Invar合金 弹性模量与温度的关系
四、无机材料的弹性模量 （一）多孔陶瓷材料的弹性模量 多孔陶瓷的第二相主要是气孔，其弹性模量为零， 因此，其弹性模量要低于致密的同类陶瓷材料。经验 表明，E与陶瓷中的气孔率有以下关系:
E E0 (1 b气孔 )
E0为无孔材料的弹性模量，气孔为气孔体积分 数，b为常数
（二）双相陶瓷的弹性模量
周期应力和应变与时间 的关系
阻尼性能-材料物性
材料的阻尼性能（内耗）一．内耗的概念大家都有这样的经验，振动的固体会逐渐静止下来。
如我们用一个铜丝吊一个圆盘使其扭动，即使与外界完全隔绝，在真空环境下也会停止下来。
这说明使振动得以停止的原因来自物体内部，物质不同会有不同的的表现，如改用细铅丝悬挂，振动会较快停下来。
我们把“机械振动能量由于内部的某种物理过程而引起的能量耗损称为内耗”能量损耗的大小对应着内耗损耗的大小，上面铅丝的内耗就比铜丝大（损耗大，衰减快，停得快）。
对于高频振动（兆赫芝以上），这种能量损耗又称超声衰减。
在工程领域又称内耗为阻尼。
在日常生活中，内耗现象相当普遍。
例如，古代保留下来的一些大钟，制造水平很高，敲击后余音不绝，这反映铸钟用的合金材料的内耗很低。
不过一旦钟出现裂纹，其声音便会很快停止下来，表明内耗已大为增加。
又如，人的脊椎骨的内耗很大，这样人走动时脚下的剧烈振动才不会传到人的大脑，而引起脑震荡。
在社会生活中，则常借用内耗概念来比喻一个单位内部因相互不配合使工作效率下降的现象。
关于内耗的研究主要集中在两个方面，一是寻求适合工程应用的有特殊阻尼本领的材料（通常用在两头。
内耗极小的材料，如制备钟表游丝，晶场显微镜的探针材料；内耗很大的材料，如隔音材料，潜艇的螺旋桨及风机）。
二是内耗的物理研究，由于内耗对固体中缺陷的运动及结构的变化敏感（上面大钟内的微裂纹），因此，常利用内耗来研究材料中各种缺陷的弛豫及产生相变的机制。
缺陷有点缺陷（零维）：杂质原子替代原子空位缺陷有线缺陷：位错缺陷有面缺陷：晶界、相界、缺陷有体缺陷：空洞具体实验中常通过改变温度、振动频率或振幅、变温速度、试样组分及加工、热处理、辐照条件等研究各种因素对内耗的影响规律及产生内耗的机制。
上面两方面的研究是相辅相成的。
需求刺激研究，如国防军工需求，潜艇降噪的需要推动了对高阻尼材料的研究；反之，研究有助于开发，如Mn-Cu合金的内耗研究，发现材料在某一温存在一个马氏体相变，可引起很大的内耗峰，此内耗峰的峰位随材料的组分变化，故可通过调节，改变合金组成使这个内耗峰的峰温移至室温附近，以此增加合金在室温条件下的阻尼，现已用在潜艇螺旋桨的制造。
弹性阻尼
缓冲减振用弹性胶泥阻尼材料内容摘要:摘要：介绍了缓冲减振用新型橡胶—弹性胶泥的特点、主体材料结构、工作原理、可供选用的有机聚硅氧烷以及弹性胶泥缓冲器产品。
关键词：弹性胶泥。
阻尼材料。
弹性胶泥缓冲器液压油、金属弹簧、橡胶是常用的三种缓冲减振介质或材料，由它们制作的缓冲减振产品称为缓冲器或减振器。
摘要：介绍了缓冲减振用新型橡胶—弹性胶泥的特点、主体材料结构、工作原理、可供选用的有机聚硅氧烷以及弹性胶泥缓冲器产品。
关键词：弹性胶泥；有机硅；阻尼材料；弹性胶泥缓冲器液压油、金属弹簧、橡胶是常用的三种缓冲减振介质或材料，由它们制作的缓冲减振产品称为缓冲器或减振器。
液压缓冲器使用液压油作为缓冲介质，利用液压油在外力作用下的流动摩擦生热来吸收能量，但一直以来都存在液压油密封问题难以解决，没有得到广泛应用；金属弹簧缓冲器是利用弹簧的刚弹性，通过弹簧摩擦吸收能量，但其自重较大，弹簧磨损快，使用寿命短；橡胶作为缓冲、减振材料使用历史悠久。
一般是将加有硫化剂、填充剂等配合剂的橡胶放入模具内加热加压硫化成各种形状，利用硫化橡胶的弹性来达到缓冲、减振目的。
硫化后的橡胶其体积是不可压缩的 [1] ；由于硫化橡胶在使用过程中受到的疲劳破坏、永久变形、老化等原因，其使用寿命也有限。
一般情况下，上述三种缓冲器产品的维修期为一年。
而利用未硫化橡胶的粘弹性、流动性和体积可压缩性来制作的弹性胶泥是一种新型特种橡胶粘弹性高阻尼材料，由它制作的弹性胶泥缓冲器克服了液压缓冲器、刚弹簧缓冲器和硫化橡胶缓冲器的缺点，集合了它们的优点，具有特殊的减振缓冲性能和理想的使用寿命。
国外对弹性胶泥的研究在二十世纪六十年代就已开始，欧洲国家在八十年代的这项技术已经相当成熟，并在军事装备、工程机械、钢铁工业、桥梁建筑、铁路机车车辆等方面获得广泛的应用；国内对弹性胶泥的研究和使用始于二十世纪九十年代 [2，3] ，主要生产低容量的弹性胶泥缓冲减振器，其应用领域相对有限，可用于铁路机车车辆等方面的高容量弹性胶泥研究刚刚起步，技术尚不成熟。
材料的弹性与内耗.ppt
四、弹性模量的各向异性
• 弹性模量是依晶体的方向而改变的。 P389 表7.5 • 多晶体材料弹性模量不依方向而改变，其量可用 单晶体的弹性模量取平均值的方法计算出来。 • 通过冷变形（冷轧、冷拉、冷压、扭转等），且 变形量很大时，由于织构的形成，将导致材料弹 性模量的各向异性。 • 凡形成织构的材料，不论是变形织构、生长织构， 还是再结晶织构，均会导致材料各向异性。 • P389 图7.11
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（原子结合力）有关， 故弹性模量可以
二、弹性模量的表征
• 弹性模量是度量材料弹性的尺度之一，也是弹 性材料的主要指标。除E、G外，还有流体静 压力压缩模量或称体模量，即
V P K V V 式中P 体积压缩压力， 体应变，K 体模量。 V
• 由上述讨论可知：E、G、K三者的物理意义 是相同的，他们都表示产生单位应变时的应力， 所以弹性模量又表示物体弹性变形的难易程度。
§7-4 材料的内耗
• 一个自由振动的物体，在不考虑空气阻力 的情况下，其振动将发生什么变化？
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• 一个自由振动的固体，即使与外界完全隔 离，它的机械能也会转化为热能，从而使 振动逐渐停止；如果是强迫振动，则必须 从外界不断供给能量，才能维持振动。
• 这种由于内部的原因而使机械能消耗 的现象称为内耗（Infernal friction） 或阻尼（damping）。
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• 对于各向同性材料，当某一方向受单向拉（或压） 应力作用产生变形时，其横向尺寸也将发生变化， 两者的关系为：
( a ) l 泊松比，一般材料的 0.2 ~ 0.4。 上述三个弹性模量之间 ，存在以下关系： E G ; 2(1 ) E K ; 3(1 2 ) E 1 2G
材料的弹性与滞弹性内含精选动图资料
体心立方
3、内耗机制
施加单向拉应力后，间隙原 子将沿拉伸方向排队，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。
3、内耗机制
B、热膨胀与膨胀合金
B、热膨胀与膨胀合金
定膨胀合金的主要特点是在一定温度范围内， 具有与玻璃或陶瓷等封接材料相近的线膨胀 系数。因此这类膨胀合金也称为封接材料。
B、热膨胀与膨胀合金
B、热膨胀与膨胀合金
B、热膨胀与膨胀合金
双金属带材:热双金属是 由两层或两层以上具有 不同线膨胀系数的合金 牢固结合的复合材料。 膨胀系数较大的合金层 称为主动层，膨胀系数 较小的合金层称为被动 层，主动层与被动层间 可加有起调节电阻作用 的中间层，当环境温度 变化时，由于主动层和 被动层的膨胀系数不同， 产生弯曲或转动。
2、弹性滞后效应
2、弹性滞后效应
振幅的拟合函数
材料震荡衰减曲线
2、弹性滞后效应
弛豫时间越长的过程，内耗峰值所对应的频率越低。 例如：置换原子的扩散比间隙原子的扩散就要难得多， 所以只能在极低的频率下产生内耗。
3、内耗机制
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、
3、内耗机制
3) 与晶界有关的内耗
晶粒愈细， 晶界多，则 内耗峰值愈 大。
3、内耗机制
3) 与晶界有关的内耗
A、晶粒愈细，晶界愈多，则内耗峰值愈大 B、杂质原子分布于晶界，对晶界起着钉扎 作用，从而可使晶界峰值显著地下降，当杂 质的浓度足够高时，晶界峰可完全消失。 因此晶界内耗的测量可用于研究与晶界强化 有关的问题。
阻尼片的应用原理大全
阻尼片的应用原理大全1. 引言阻尼片（Damping pad）是一种广泛应用于工程结构振动控制的高弹性材料。
它的特殊结构和材料使其可以吸收和消散能量，减小结构的振动幅度，提高结构的稳定性和耐久性。
本文将介绍阻尼片的应用原理，包括材料特性、工作原理和应用领域。
2. 阻尼片的特性•高弹性：阻尼片由高弹性材料制成，可以承受较大的变形而不会失去弹性，能够提供良好的减震效果。
•耐高温：阻尼片可以在高温环境下工作，不会因温度变化而降低其性能。
•耐腐蚀：阻尼片采用防腐蚀材料制成，可以在恶劣环境中长期使用，不会受到腐蚀的影响。
3. 阻尼片的工作原理阻尼片通过吸收和消散振动能量来控制结构的振动。
其工作原理如下： 1. 结构振动时，能量被传递到阻尼片上。
2. 阻尼片的高弹性使其能够吸收能量并弹回原形，将能量转化为热能进行消散。
3. 阻尼片的高弹性同时减小了结构的振动幅度，从而提高了结构的稳定性和耐久性。
4. 阻尼片的应用领域阻尼片广泛应用于以下领域： - 建筑工程：阻尼片可以用于大楼、桥梁等结构的振动控制，提高结构的抗震性能。
- 航天航空：阻尼片可以用于飞机、航天器等载具的振动控制，提高载具的安全性和稳定性。
- 机械制造：阻尼片可以用于机械设备的减震和噪音控制，提高设备的运行效率和舒适性。
- 汽车工业：阻尼片可以用于汽车悬挂系统和座椅减震系统，提高驾驶舒适性和行驶稳定性。
5. 阻尼片的优势使用阻尼片有以下几个优势： - 减震效果好：阻尼片具有良好的减震效果，可以显著降低结构的振动幅度。
- 能量消散快：阻尼片能够快速吸收和消散振动能量，提高了结构的响应速度。
- 耐久性高：阻尼片采用高弹性材料制成，具有较长的使用寿命。
- 安装方便：阻尼片可以根据结构的需要进行定制，并且安装简便，适用于各种不同形状和规格的结构。
6. 结论阻尼片作为一种重要的振动控制材料，在工程结构振动控制领域有着广泛的应用。
它的特殊结构和材料使其具有优秀的减震效果和耐久性。
3.2阻尼作用及产生机理阻尼材料与阻尼结构ppt课件
阻尼基本结构
• 分类：
•
离散型的阻尼器件
•
附加型的阻尼结构
• Prof. Sheng Meiping • Northwestern Polytechnical University
离散型的阻尼器件
• 分类：
•
减振器〔隔振器）
•
吸振器
• Prof. Sheng Meiping • Northwestern Polytechnical University
钢铁厂装卸料机内衬漏斗溜槽内衬建筑部门高层建筑钢制楼梯垃圾井筒钢门铜制家俱空调用钢制品交通部门汽车发动机发动机旋转部件翻斗车料槽船舶飞机等构件般工厂传递运输机械构件铲车料槽凿岩机内衬电动机机壳空气机机壳音响设备音响设备底盘框架办公用机械噪声控制设备各种机器隔声罩大型消声器钢板结构其它记录机机身激光装置防振台profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点其它阻尼材料profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点阻尼基本结构profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点离散型的阻尼器件profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点附加型的阻尼结构profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点自由层阻尼21基本弹性层阻尼层profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点自由层阻尼计算profshengmeipingnorthwesternpolytechnicaluniversity从本质上说电位与电压是同一个概念电压指的是两点之间的电位差而电位指的是各点与参考点之间的电位差通常选取多条导线的交汇点作为参考点自由层阻尼提高阻尼效果prof
环境材料学——阻尼降噪课件
作用机理
金属类阻尼降噪材料
复合型阻尼降噪材料
阻尼效果符合质量 守恒定律，即通过增加 质量能听有效的降低振 动和噪声。由金属弹性 层提供构件所需的机械 强度。弹性层进坑多的 耗散振动动能。
采用同步互贯聚合物网络(SIN
)技术制备一种新型的聚
苯基硅氧(PMPS)/ 聚甲基丙烯酸酯(PMAc) 阻尼材料获
得玻璃转变温度区域较高，阻尼系数更大的材料。Biblioteka 高效阻尼复 合橡胶绵一 吸音隔音毡
应用实例
聚亚氨酯泡 沫复合材料
韩国潜艇外 部材料采用
聚合物
金属类阻尼复合降噪材料
发展现状
在传统的高阻尼金属材料和金属基复合材料阻 尼特性的发展基础上采用高阻尼的基体合金、 高阻尼的增强物以及设计高阻尼的界面层是有 效的三种方法.
工作原理：
(1)基体材料固有的粘弹性。 (2 )填料的特性。 (3)面相的阻尼。 (4)由材料破坏引起的阻尼。 (5)热弹性阻尼。
影响因素： 阻尼材料的阻尼性能与各组分聚合物阻尼性能和玻
璃化转变有关，还与各组分聚合物的相容性 、交联度、填料以及材 料的使用条件等因素有关。
作用机理
聚合物基阻尼减振材料
谢谢观赏
THANKS
胶粉本身的弹性性能， 经过掺杂后，混合料 的弹性明显增加，表现 为回弹变形增大，模量 减小。
研发现状
聚合物基阻尼降噪材料
用种子乳液聚合的方法合成了一系列PVA/PBA 乳胶
互穿聚合物网络。由动态力学谱可以得出，乳胶双向互
第五章 弹性与滞弹性
➢高弹性模量的材料加载时具有大的裂纹扩展速率。
➢自动控制仪表、高级钟表及精密仪器，材料的弹性模 量随温度变化是有害的；合金在一定温度范围内，其弹 性模量保持恒定，称为恒弹性材料。
一、弹性模量及其物理本质
E G
p K
➢ σ、τ和p分别为正应力、切应力和体积压缩应力；ε、γ和θ 分别为线应变、切应变和体积应变；比例系数E、G和K分别为正弹 性模量（杨氏模量）、切变模量和体积模量。
弯曲振动：
α为试样的热膨胀系数；T为加热温度。
（二）悬挂法测弹性模量
悬挂法测弹性模量是弯曲共振法的一种。
✓由音频信号发生器发出交
变信号并传给换能器，换能
器通过悬丝把转换成的机械
振动传给试样，驱使试样产
生弯曲振动，试样振动的频
率与音频信号发生器发出的
信号频率相同。另一端悬丝
把试样机械振动传给接收换
能器，转换成电信号，经放 图5-21 悬挂法共振测量弹性模
➢磁性材料弹性模量温度系数的反常: ➢温度升高引起晶体点阵常数增大，应力伸长增大，E值 下降；自发磁化强度减小，磁致伸缩现象减弱，附加应 变减小，E值上升。Elinvar合金和Invar合金。
图5-18 不同磁场下镍的弹 性模量与温度的关系
图5-19 42%Ni+58%Fe Invar 合金弹性模量与温度关系
第一节 材料的弹性 第二节 影响弹性模量的因素 第三节 弹性模量的各向异性 第四节 弹性的铁磁性反常 第五节 弹性模量的测量及应用 第六节 滞弹性与内耗 第七节 内耗产生的机制 第八节 内耗的量度和内耗的测量方法 第九节 内耗分析的应用
➢外力去除后，材料恢复到形变前的形状和尺寸的能力 称为弹性。
➢材料在交变应力作用下，在弹性范围内还存在非弹性 行为，称为滞弹性。
《高阻尼橡胶》课件
欢迎来到今天的演讲，我们将介绍高阻尼橡胶，它的原理和应用，以及制备 方法和可持续性。
什么是高阻尼橡胶？
高阻尼橡胶是一种具有很高阻尼特性的橡胶材料。它能够吸收和消散机械能， 减少振动和冲击的传递。
高阻尼橡胶的原理
高阻尼橡胶利用内部分子结构的粘滞耗能和弹性变形特性，来实现对振动和高阻尼橡胶材料的可持续性包括资源利用率高、废物回收和再利用、低碳排放等。其可持续属性使其成为环保 和可替代材料的选择。
总结和展望
高阻尼橡胶是一种功能强大的材料，广泛应用于各个领域。未来，我们可以 期待更多创新和进一步提升高阻尼橡胶的性能和可持续性。
高阻尼橡胶的应用
高阻尼橡胶广泛应用于建筑、桥梁、机械、交通工具等领域，用于减震、降 噪、防护和改善人机环境。
高阻尼橡胶的性能
高阻尼橡胶具有良好的耐磨性、耐油性、耐高温性和耐候性。它的阻尼性能 能够有效减少结构的振动响应和应力集中。
高阻尼橡胶的制备方法
高阻尼橡胶的制备方法包括传统的加热硫化法、化学交联法和物理交联法。 不同的制备方法可以获得不同性能的高阻尼橡胶。
多孔材料的阻尼性能研究35页PPT
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
45、自己的饭量自己知道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
高分子阻尼材料ppt课件
阻尼原理：当声波或振动能等传递到压电材料时，产 生的电能未消失，会再次转化为振动能，反复这种过 程，振动衰减会持续一段时间，选择适当的导电填料 ，在陶瓷周围形成电路，使振动迅速衰减，达到减振 目的
高分子阻尼材料
高材1101
1
应用背景
机械振动的危害
机械的疲劳断裂 机械设备稳定性和可靠
性被严重破坏，加速了机械结构的疲劳损坏， 缩短了器械的使用寿命。
噪音污染 各种机械设备的创造和使用，产
生噪声对人及周围环境造成不良影响，形成 了噪音污染。
背景
问题的提出
解决的方法
阻尼减震降噪方法
1 减震弹簧，冲击阻尼器...
填料的影响传统阻尼高分子复合材料传统阻尼高分子复合材料基体具有较高的损耗因子基体具有较高的损耗因子足够宽的玻璃化温度范围足够宽的玻璃化温度范围共混共聚ipn方法共混共聚ipn方法阻尼赋予剂阻尼赋予剂压电陶瓷压电陶瓷稀土永磁稀土永磁常见高分子阻尼材料dz对于peao80复合材料阻尼因子达到了4对于peao80复合材料阻尼因子达到了4可逆氢键作用
共混，共聚，IPN方法
阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
3
常见高分子 阻尼材料
阻尼赋予剂 阻尼复合材料
DZ
对于PE/AO80复合材料，阻尼因子达到了4
可逆氢键作用：受到外 界振动时，小分子与聚 合物间某些氢键断裂或 减弱，同时生成新的氢 键，这个过程将动能转 变为热能，从而产生阻 尼效应。
压电陶瓷/高分子阻尼复合材料
氯化丁基橡胶基压电阻尼复合材料
将振动机械能转化为电能，然后在一定的导电 网络下通过焦耳热的形式将电能耗散掉以达到 减振效果
材料的性能第一章材料的性能课件
4.甲、乙、丙三种材料的硬度分别为600HBW、800HV和50HRC，试比较 其硬度的高低。
5.疲劳破坏是如何形成的？提高零件疲劳极限的方法有哪些？ 6.何为冲击韧性？说明冲击韧性的符号和单位 7.金属材料主要具有哪些物理性能、化学性能和工艺性能？ 8.设计刚度好的零件应用何种指标选材？采用何种材料为宜？ 9.试分析下列几种说法是否正确？为什么？ （１）材料的E值越大，塑性越差； （２）脆性材料拉伸时不产生颈缩现象；
力称为疲劳极限。用R-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
五、硬度
材料抵抗表面局部塑性变形 的能力。
布氏硬度HBW
HBW
2F
gD(D D2 d 2 )
第二节 金属材料的物理和化学性能
材料的物理性能指不发生化学反应就能表现出来的性 能，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性。
材料的化学性能是材料在化学介质的作用下所表现出 来的性能。如材料的耐腐蚀性能和抗氧化性能和化学稳定 性能。
第三节 金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能指金属材料适应加工工艺 要求的能力；按工艺方法的不同，可分为铸造性能、 锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。
断裂韧性：材料抵抗内部 裂纹失稳扩展的能力。
KIC YRC aC
RC为断裂应力，aC为临界
裂纹半长，单位为MN / m3 2
七、材料的高温和低温性能
1、高温性能
材料在长时间的恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象称为蠕 变。蠕变的一般规律是温度越高，工作应力越大，则蠕变的发展越快，产 生断裂的时间就越短。
阻尼合金解析PPT教学课件
表1 环境允许的噪声水平
工作时间/(h/d) 8 6 4 3 2
1.5
1
0.5 0.25
噪声级/dB
80 92 95 97 100 102 105 110 115
治理机械振动噪声方法有三种：系统减振、结构减振和材料减振。
虽然可以从设计上使构件刚固化，采用合理的设计或采用附加隔音装置
等结构减振，但势必使机器大型化，重量增加，成本提高。对
地方发生松弛。如前苏联对内燃机曲轴振动的研究表明，当其振动向共 振过渡时，曲轴中依靠材料的阻尼消耗振动能量的60％~65%，而用结构 减振仅消耗35％~40％。利用阻尼合金达到减振有三大优点：防止和减 少振动，防止和减少噪声，增加材料的疲劳寿命。
(2) 阻尼的概念和度量
1) 内耗和阻尼 固体对振动的衰减，是弹性波与固体内的各种缺陷
但相互间可以转换。
2) 内耗和阻尼的度量
2020/10/16
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① 自由衰减法。图2 为自由振动的衰 减曲线。材料在最初受外力激发及去 除外力后，其振动的振幅随时间衰减。 阻尼大的材料，衰减速率快。采用振 幅的对数缩减量δ 来量度内耗的大小， 这里δ表示相邻两次振动中振幅比的自 然对数，即取第一次的振幅An和第 n+1次的振幅的对数值。计算内耗Q-1 公式如下：
S.D .CAn 2 An 2An 21100%
(4)
式中，An是第n个振幅；An+1是第n+1振幅。
④ S.D.C和Q-1的关系。衰减可用Q-1或δ，在衰减能大时一般用S.D.C，
(点，线，面)或声子、电子、磁子等元激发的相互作用，而使机械能消耗 的现象，是一种力学损耗。
一个自由振动的固体，即使与外界完全隔离，它的机械能也会转换
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应力T用分量形式表示为
Tx s xx i s yx j s zx k Ty s xy i s yy j s zy k Tz s xz i s yz j s zz k
sxy表示Ty的x分量，sij构成了应力张量s，i=j的是正应力 分量，i≠j是切应力分量 T=s×n
各向同性介质有三种弹性模量：杨氏模量E、切变模量m、 体积模量B
E
s F A0
l l0
F m A0 tan
B PV0 P V V V0
对于各向同性材料，存在如下关系
E 2m (1 ) 3B(1 2 ) A A0 l l l
sij=sji
表明应力张量是对称张量，只有6个独立分量，即3个正 应力3个切应力
2. 应变
应变是用来描述固体在应力作用下内部各点相互位置改变 的参量。介质中任意一点形变前后的位置可以用矢径矢量 r和r’来表示，变化的位移矢量是位置的函数 u=r-r’
相邻两点之间的相对位移du为
du ( u u u ux u u u u u dx x dy x dz )i ( y dx y dy y dz ) j ( z dx z dy z dz )k x y z x y z x y z
弹性模量是固体原子之间结合强度的标志之一，原子半径和 离子半径越小，原子价越高的物质，弹性模量和硬度就越大 碳化物(400~700 GPa)>硼化物、氮化物>氧化物(150~300GPa) 金属材料：0.1-100GPa
无机材料：1-100GPa
陶瓷材料由于内部存在气孔，其弹性模量随气孔率的增大而 降低
x x u y bij x u z x
x
y u y y u z y
z u y z u z z
x
ux x 1 u y ux eij ( + ) 2 x y 1 u u ( z + x) 2 x z
3. 弹性模量 只有理想弹性体应力和应变之间才有最简单的线性关系。 对一般物体，在弹性范围内，作为一级近似，特别是在小 形变时，应力与应变满足广义虎克定律
s ij cijkl ekl
k ,l
cijkl构成一个四阶张量——弹性模量张量，又称弹性刚量 张量。 它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。c越 大，越不容易变形，表示材料的刚度越大 cijkl=cjikl=cijlk=cjilk，弹性模量张量81个分量只有21个独立分 量。晶体对称性不同，独立分量数也不同：三斜18个，单 斜12个，正交9个，四方和菱面体6个，六角5个，立方3个， 各向同性2个
0 1 u y u x wij ( ) 2 x y 1 u u ( z - x) 2 x z
1 ux u y 1 ux uz ( + ) ( ) 2 y x 2 z x u y 1 u y uz ( ) y 2 z y 1 uz u y uz ( + ) 2 y z z
弹性模量的测定方法 静态法 测量应力-应变曲线(弹性变形区)，然后根据曲线计算弹 性模量。不足之处：载荷大小、加载速度等都影响测试结 果。在高温测试时，由于金属材料的蠕变现象降低了弹性 模量值．对脆性材料，静态法也遇到极大的困难 动态法 加载频率很高，可认为是瞬时加载，试样与周围的热交换 来不及进行，即几乎是在绝热条件下测定的。动态法测弹 性模量较精确，试样承受极小的交变应力，试样的相对变 形甚小，用动态法测定E、G对在高温和交变复杂负荷条 件下工作的金属零件、部件尤其重要
形变张量b是非对称的，分解为对称张量和非对称张量 之和，即bij=eij+wij u u u 其中
1 ui u j eij ( ) e ji 2 x j xi u 1 ui wij ( j ) w ji 2 x j xi
ˆ
8.1.1 弹性参量
1. 应力
o
dF
ˆ n dS
应力——作用于物体内单位面积上的弹性力。平衡状态的 任意形状的介质内任一点的应力矢量T 定义为
dF T dS
应力矢量T和法线矢量n的方向不一定相同，要全面描 述介质中的应力状态，就应该知道通过每一点的任意截 面上的应力，所以一般在该点附近取一个无限小的体积 元，只要求出六个面上的应力，就可以知道通过该点任 意截面上的应力
1 u x u y 1 u x u z ( ) ( ) 2 y x 2 z x 1 u y u z 0 ( ) 2 z y 1 u z u y ( ) 0 2 y z
相对位移∑wijdxj使介质内相邻两点间的距离和夹角保持不 变，张量w称为转动张量；相对位移∑eijdxj则使体元的形 状与大小均发生变化，对称张量e称为应变张量，i =j的分 量为正应变分量，i≠j的分量为切应变分量
8.1 弹性与广义弹性 8.2 阻尼与阻尼材料
8.1 弹性与广义弹性
弹性模量（E）是材料最常用的力学性质之一，它描述 应力与应变之间的比例关系。不同的弹性行为是由其基 本结构决定
金属、陶瓷——晶体结构、缺陷
高分子材料——分子链构型、交联、缠绕
OA弹性区：应力-应变满足 虎克定律；其比例系 数定 义为弹性模量，外力释放 后，材料的变形能够恢复 原来的状态 AB屈服变形 BC塑性变形区：应力应变 间不一定满足正比关系， sp—比例极限；ss—屈服强度； 其特征系数远小于E，外力 释放之后，恢复不到初始 sb —抗拉强度； 材料的长度