20120302敏感材料的力学性能
材料力学性能及测试讲座
断面收缩率(Z)的测定
• 测量时，如需要，将试样断裂部分仔细地配接在 一起，使其轴线处于同一直线上。
• 对于圆形横截面试样，在缩颈最小处相互垂直方 向测量直径，取其算术平均值计算最小横截面积;
• 对于矩形横截面试样，测量缩颈处的最大宽度和 最小厚度，两者之乘积为断后最小横截面积。
• 原始横截面积(S0)与断后最小横截面积(Su)之差 除以原始横截面积的百分率得到断面收缩率。
– a)试验前将原始标距(La)细分为N等分。 – b)试验后，以符号X表示断裂后试样短段的标距标记，以符号Y表示断裂
试样长段的等分标记，此标记与断裂处的距离最接近于断裂处至标距标 记X的距离。 – 如X与Y之间的分格数为n，按如下测定断后伸长率: 1)如N-n为偶数,测量X与Y之间的距离和测量从Y至距离为½ (N-n)个分格 的Z标记之间的距离。按照下式计算断后伸长率:
7、断面收缩率(Z) （percentage reduction of area） 断裂后试样横截面积的最大缩减量(S-S.)与原始横截面积
(So)之比的百分率
8、最大力(Fm) （maximum force） 试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。对于无明
显屈服(连续屈服)的金属材料，为试验期间的最 大力。 9、应力（stress） 试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积(Se)
• 薄板和薄带试样、管材全截面试样、圆管纵向弧 形试样和其他复杂横截面试样及直径小于3 mm试 样，一般不测定断面收缩率。
移位方法测定断后伸长率
• 原 则 上 只有断裂处与最接近的标距标记的距离不小于原始标距的 三分之一情况方为有效。
• 为了避免由于试样断裂置位不符合上述规定的条件而必须报废试样， 可以使用如下方法：
ISO4136：2001_金属材料焊缝的破坏性试验-横向拉伸试验
5.4 取样
5.4.1 一般原则 取样所采用的机械方法或热加工方法，不得对试样性能产生任何影响。 5.4.2 钢 厚度超过 8mm 时，不得采用剪切方法。从焊件或试件上采用热切割或可能 影响切割面性能的其他切割方法切取试样时，应确保切割面距离试样的平行长度 表面至少 8mm 以上。热切割方法不得用于焊件或试件的平行面的切割。 5.4.3 其它金属材料 不得采用剪切方法，只能采用机械加工方法（如锯或铣、磨等）。
国际标准 ISO 4136
2001
金属材料焊缝的破坏性试验——横向拉伸试验
标准号 ISO4136：2001（E） © ISO
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目录
1 范围 ...........................................................................................................................3 2 规范性引用文件 .......................................................................................................3 3 一般原则 ...................................................................................................................3 4 符号及缩略语 ...........................................................................................................3 5 试样的制备 ...............................................................................................................4 6 试验程序 ...................................................................................................................8 7 试验结果 ...................................................................................................................8 8 试验报告 ...................................................................................................................9
纳米材料的力学性能与应变率效应
纳米材料的力学性能与应变率效应纳米材料是由纳米级的原子和分子组成的材料，具有与宏观材料不同的特殊力学性能。
近年来，随着纳米科学的迅速发展，关于纳米材料的力学性能和力学行为的研究逐渐引起了人们的广泛关注。
其中，纳米材料的力学性能与应变率效应是一个重要的研究领域。
纳米材料的力学性能通常是指材料的硬度、强度和韧性等机械性能。
纳米材料具有较高的硬度和强度，这是由于其纳米尺度下的晶粒尺寸效应所致。
在纳米尺度下，晶粒的尺寸与晶界的数量会显著增加，这导致了晶界和界面的密度增加，从而提高了材料的硬度和强度。
此外，纳米材料由于表面积大，在外力作用下，晶粒之间的位错难以移动和滑动，因此纳米材料的强度也较高。
但是，纳米材料的高硬度和强度也带来了一些问题。
纳米材料的高硬度和强度常常意味着其韧性较差，容易发生断裂和破坏。
同时，纳米材料在应变作用下的行为也与宏观材料有很大的不同。
在纳米材料的应变率效应中，当应变率较小时，纳米材料的强度和硬度随应变率的减小而增加；而当应变率较大时，纳米材料的强度和硬度随应变率的增加而减小。
这种应变率效应是由于纳米材料内部晶粒的应变率敏感性导致的。
在纳米材料中，晶界对位错的移动具有一定的限制作用，因此晶界承载了大部分的应力。
当外力作用下，应变率较小时，晶界能够更好地承载应力，从而增加了材料的硬度和强度；而当应变率较大时，晶界难以有效地承载应力，造成局部应力集中，导致材料的强度和硬度下降。
此外，纳米材料的应变率效应还与材料的动态行为和变形机制密切相关。
在纳米材料的动态行为中，其应变率通常与变形速率相关。
当变形速率较高时，纳米材料的应变率也较高，因此应变率效应更为显著。
在变形机制方面，纳米材料的变形主要是通过晶粒的位错滑动和塑性变形实现的。
在应变率较低时，晶粒之间的位错滑动较为容易发生，从而增强了材料的硬度和强度；而在应变率较高时，晶粒之间的位错滑动受到阻碍，导致材料的硬度和强度下降。
综上所述，纳米材料的力学性能与应变率效应是一个复杂而重要的研究领域。
材料属性简介
材料属性简介：一、屈服强度微解释：指材料在出现屈服现象时所能承受的最大应力当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。
概念屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。
大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。
如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
屈服强度：大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，没法恢复。
这个压强叫做屈服强度。
如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。
当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。
当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。
这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。
由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(ReL或Rp0.2)。
有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。
首先解释一下材料受力变形。
材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）。
敏感材料的原理与应用
敏感材料的原理与应用什么是敏感材料？敏感材料是一类能够对特定外界刺激做出敏感响应的材料。
这些材料能够感知和转化外界的物理或化学信号，并将其转化为可见的响应行为或特性变化。
敏感材料广泛应用于物理、化学、生物等科学领域，具有重要的研究价值和应用前景。
敏感材料的原理敏感材料的原理主要由两个方面构成：敏感机理和物理/化学响应机制。
敏感机理敏感机理指的是敏感材料通过感知外界刺激的方式。
常见的敏感机理包括：能量转换、结构变化和化学反应。
能量转换是指敏感材料能够将外界能量转化为不同形式的能量，从而产生可见的响应。
例如，压电材料能够将机械能转化为电能，产生可观测的电荷分布变化。
结构变化是指敏感材料在外界刺激下发生形态或结构的改变，从而引起可见的响应。
例如，形状记忆合金能够在外界温度变化的刺激下恢复其原始形态。
化学反应是指敏感材料通过与外界物质的化学反应产生可见的响应。
例如，pH 敏感材料能够在不同酸碱环境下改变其颜色或溶解度。
物理/化学响应机制物理/化学响应机制指的是敏感材料在受到外界刺激后所表现出的特定的物理或化学性质变化。
这些响应可以是可视化的、可感知的或可测量的。
常见的物理/化学响应机制包括颜色变化、形态变化、电学特性变化等。
颜色变化是敏感材料最常见的物理响应之一。
许多敏感材料能够在外界刺激下改变颜色或吸收光谱特性，从而产生明显的视觉变化。
形态变化是指敏感材料通过机械力或化学反应发生形态或结构的改变。
例如，温度敏感变色材料在不同温度下可以发生颜色变化与图案变化。
电学特性变化是指敏感材料在外界刺激下电阻、电荷、电流等电学性质发生可测量的变化。
例如，压电材料能够通过外界应力改变其电荷分布，进而产生可观测的电压变化。
敏感材料的应用敏感材料广泛应用于科学研究和实际应用中。
它们的应用领域包括但不限于以下几个方面：传感器和探测器由于敏感材料能够对外界刺激做出快速响应和变化，因此被广泛应用于传感器和探测器中。
例如，温度敏感材料可用于测量温度变化，压力敏感材料可用于测量外界压力变化，光敏感材料可用于测量光强变化等。
材料的力学性能
材料的力学性能一:弹性指标
1.正弹性模量
2.切变弹性模量
3.比例极限
4.弹性极限
二:强度性能指标
1.强度极限
2.抗拉强度
3.抗弯强度
4.抗压强度
5.抗剪强度
6.抗扭强度
7.屈服极限（或者称屈服点）
8.屈服强度
9.持久强度
10.蠕变强度
三:硬度性能指标
1.洛氏硬度
2.维氏硬度
3.肖氏硬度
四:塑性指标
1:伸长率（延伸率）
2:断面收缩率
五:韧性指标
1.冲击韧性
2.冲击吸收功
3.小能量多次冲击力
六:疲劳性能指标
1.疲劳极限（或者称疲劳强度）
七:断裂韧度性能指标
1.平面应变断裂韧度
2.条件断裂韧度
材料力学性能试验的分类：
①材料力学性能测试
硬度、强度及延伸率、冲击韧性、压缩、剪切、扭转试验
②硬度测试
布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度
③强度测试
屈服强度、抗拉强度
④拉伸测试依据标准：
金属：GB/T 228-02，ASTM E 8M-08，ISO 6892-2009，JIS Z 2241-98
非金属：ASTM D 638-08，GB/T 1040-06，ISO 527-96，ASTM D 5034-09，ASTM D 638-08，GB/T 1040-06，ISO 527-96。
材料的性能有哪些
材料的性能有哪些材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的各种物理、化学、力学等特性。
一种材料的性能好坏直接影响着其在各个领域的应用，并且也反映了材料的质量和性价比。
下面介绍一些常见的材料性能。
1.力学性能：包括强度、硬度、韧性、延展性、抗冲击性等，反映了材料在外力作用下的应变能力。
高强度材料通常具有较高的强度和硬度，适用于承载重量的结构，而高韧性材料能够吸收冲击能量，适用于需要耐冲击的应用。
2.热性能：包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等，反映了材料在高温条件下的表现。
热导率高的材料能够迅速传导热能，适用于导热器件；而热膨胀系数低的材料能够减少因温差引起的热应力，提高材料的热稳定性。
3.电性能：包括导电性、绝缘性、介电常数等，反映了材料在电场下的行为。
导电性好的材料适用于电子元器件；而绝缘性好的材料能够阻止电流的流动，用于电子隔离材料。
4.光学性能：包括透光性、折射率、光学吸收等，反映了材料对光的传播和相互作用的特性。
透明材料能够透过光线，适用于透明器件；而吸收光线的材料可用于光敏元件或光吸收材料。
5.化学性能：包括耐腐蚀性、化学稳定性、可溶性等，反映了材料在不同化学环境中的化学活性。
耐腐蚀性好的材料能够抵抗化学物质的腐蚀，延长材料的使用寿命。
6.吸声性能：反映了材料对声波的能量吸收能力。
吸声性能好的材料能够减少噪音传播和回声，适用于噪音控制和声学装饰。
7.磁性能：包括磁导率、磁饱和等，反映了材料在磁场中的性能。
高磁导率的材料可以增大磁感应强度，适用于电感器件。
总之，材料的性能是多方面因素综合作用的结果，不同的领域和应用需要不同性能的材料。
因此，在选择材料时，需要根据不同的要求和条件综合考虑材料的性能特点，以便选择最适合的材料。
第12章 敏感材料
• 实际生产中，热敏材料主要是指电阻值 随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷。
电阻温度系数：
TΒιβλιοθήκη 1 RTdRT dT
正温度系数热敏材料：PTC 负温度系数热敏材料：NTC 临近温度热敏材料：CRT
PTC热敏电阻材料
PTC热敏电阻材料
BaTiO3系陶瓷
PTC现象
晶粒抑制剂
提高PTC材料热功率的途径：提 高材料的居里温度，增加材料的 散热系数。
• 氧化钒系PTC热敏材料：以V2O3为主要成 分掺入少量的Cr2O3烧结而成的固溶体。 常温电阻率极小，可用在大电流领域的 过流保护
NTC热敏电阻材料
光敏材料
• 当光照射到半导体上时，在光子的作用下，半 导体材料因产生载流子而使电导增加，称为光 电导效应。利用光电导效应检测光强度的光敏 元件称为光电导探测器或光敏电阻。
• 主体材料是指元件中能实现力电转换的 电阻材料
金属应变电阻材料：康铜系应变合金，应 变锰白铜，铂等
半导体压阻材料：硅
体型和扩散型 压阻系数：
G /(E )
灵敏系数： K 1 2 GE
在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应 变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。 而横向应变与纵向应变之比值称为泊松比µ，也叫横向变性系数，它是反映材料横 向变形的弹性常数。
第12章 敏感材料
• 敏感材料是指能感受到外部环境或内部状态发 生的各种非电的物理、化学或生物学变化，并 能通过改变其物理性能作出反应的材料，它是 构成敏感元件的基本材料。
• 如果敏感材料改变的性能是电容或电阻，则称 为阻容型敏感材料。
工程材料力学性能 第二版 课后习题答案
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。
三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。
包辛格效应可以用位错理论解释。
第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。
常用金属材料的力学性能一览表
常用金属材料的力学性能金属材料的力学性能任何机械零件或工具，在使用过程中，往往妾受到各种形式外力的作托。
如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用：柴油机上的连杆，在传递动力时.不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。
这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 这种能力就是材料的力学性能。
金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。
111 强度强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6 单位为 MP 弘工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。
屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。
对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。
1.1 2 塑性塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之塑性越差，良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。
113 硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神°C- ）布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。
API 8C 第5版2012(PSL1和PSL2)(中文)
API Spec 8C 2012 年 4 月，第 5 版 生效日期：2012 年 10 月 1 日
钻井和采油提升设备规范（PSL 1 和 PSL 2）
目次
特别说明........................................................................................................................................................ V 前 言.......................................................................................................................................................VI 1 范围............................................................................................................................................................. 1 2 规范性引用文件......................................................................................................................................... 1 3 术语、定义和缩略语.........................
敏感材料
林宏 电科08-2班 0807010227
林宏 电科08-2 0807010227
林宏 电科08-2 0807010227
敏感材料 sensitive material 家用气体报警器
林宏 电科08-2 0807010227
敏感材料 sensitive material 一氧化碳气体探测器
• 一氧化碳气体探测器是一种可连续检测一氧化碳浓度的本质安全 型设备。它适用于防爆，有毒气体泄漏抢险，地下管道或矿井等场所， 能有效保证工作人员的生命安全不受侵害，生产设备不受损失。
敏感材料 sensitive material
SnO2 半导体气敏元件特点:
- （1）气敏元件阻值随气体浓度变化关系为指数变化关系。因此，非 常适用于微量低浓度气体的检测。 - （2）SnO 2 材料的物理、化学稳定性较好，与其它类型气敏元件 （如接触燃烧式气敏元件）相比，SnO 2 气敏元件寿命长、稳定性好、 耐腐蚀性强。 - （3）SnO 2 气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短， 可连续长时间使用。 - （4）元件结构简单，成本低，可靠性较高，机械性能良好。 - （5）对气体检测不需要复杂的处理设备。可将待检测气体浓度可通 直接转变为电信号,信号处理电路简单。
敏感材料 sensitive material
这种人工鼻实际上和烟雾报警器很类似，它是把探测一氧化碳 等有毒气体的气敏材料传感器和电子线路集中安装在一个只有指甲大 小的硅片上。
1991年初，曼彻斯特大学科技学院终于制造出一种人工鼻， 约30厘米长，在试验中证明，这个人工鼻对有些气体的嗅觉，甚至胜 过嗅觉非常灵敏的狗和猪。除了可在汽车上使用外，也可以安装在住 宅、工厂和其他车辆中，监测有毒的一氧化碳气体可能对人类造成的 危害。
敏感材料
敏感材料所谓敏感材料，是指能将各种物理的或化学的非电参量转换成电参量的功能材料。
这类材料的共同特点是电阻率随温度、电压、湿度以及周围气体环境等的变化而变化。
用敏感材料制成的传感器具有信息感受、交换和传递的功能，可分别用于热敏、气敏、湿敏、压敏、声敏以及色敏等不同领域。
敏感材料是当前最活跃的无机功能材料，各种传感器的开发应用具有重要意义，对遥感技术、自动控制技术、化工检测、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活现代化等都有直接的关系。
热敏材料的分类与应用所谓热敏材料,是材料的某些性能岁温度的变化而变化的功能材料.目前可以分为两大类:热敏电阻材料和热释电材料.1.热敏电阻材料热敏电阻材料是指材料的电阻值随温度的变化而变化，又可分为三种情况：（1）材料所具有的电阻值随温度的上升而增大的特性*即具有正温度系数，称为PTC热敏电阻。
典型的PTC热敏甜料系列有BaTiO3、以BaTiO3为基的BaTiO3-SrTiO3-PbTiO3固溶体、以氧化钡和氧化溴为基的多元材料等。
其中以BaTiO3材料最具代表性，它是当前研究得最成熟，实用范围员广的PTC热敏材料。
PTC热敏材料的特殊性能在于通过组成变化，即借助能够改变居里温度的添加剂的多少，可使其居里温度大幅度移动，从而也就扩大了它的使用场合。
如纯BTiO3的常温电阻率为1012 Ω·cm，若在其中加入微量的稀土元素，其常温电阻率可下降到I0-2 一104 Ω·cm。
若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十度的温度范围内能增大3—10个数量级，即产生PTC效应。
PTC材料具有以下三种主要特性，利用其不同的持性可以有不同的用途。
①电阻-温度特性当温度达到举例温度T b时，材料电阻岁温度增加而急剧增加，见图6-1利用这一特性可进行温度控制，过热保护，温度传感，温度补偿和恒温检测以及做马达启动器及高温啊热体等②电流-时间特性指当PTC元件两端加上额定共走电压时，流过元件的电流I与时间t的关系。
压力敏感性材料屈服函数的细观分析和应用
压力敏感性材料屈服函数的细观分析和应用岩石、混凝土、土质、聚合物、泡沫金属、粉末冶金等的力学性能的研究一直是固体力学本构理论研究的重要课题之一。
由于材料中存在微缺陷(孔洞、夹杂和微裂纹),材料在外载荷作用下变形破坏机理非常复杂,与金属材料相比较,这些材料存在塑性体积应变,静水压力能影响材料的塑性屈服,这类材料被称为压力敏感性材料。
从塑性细观损伤力学的角度出发,给出细观力学参数与宏观应力、应变相关联的屈服准则和流动法则,研究材料的塑性的细观-宏观变形机理有理论意义和工程应用前景。
本文从细观力学理论中的Gurson模型出发,考虑压力敏感性材料细观上塑性体积的可压缩性,对其细观变形机理进行塑性极限分析,应用上限定理给出细观结构参数与宏观应力、应变率之间的关系,从而推导出含圆球形胞元的材料宏观等效应力-宏观平均应力的屈服函数,通过对细观参数的讨论,研究材料屈服变化的规律。
可以把这些思想应用于柱球形胞元等问题的细观分析中。
论文分析了两种工程常见的力学问题：轴对称平面应力问题和球形孔洞膨胀问题。
利用推导的屈服函数,并采用自相似假设,给出求解问题的控制微分方程和定解条件；通过数值计算,给出求解问题的应力场和位移场；讨论了细观参数的变化对场解的影响。
论文力图从细观层面揭示压力敏感性材料的变形机理,为研究该类材料的破坏以及对材料的设计打下理论基础。
常用材料弹性模量及泊松比
轧制铝 68 25-26 0.32-0.36
铅 17 7 0.42
玻璃 55 22 0.25
混凝土 14-23 4.9-15.7 0.1-0.18
纵纹木材 9.8-12 0.5
横纹木材 0.5-0.98 0.44-0.64
橡胶 0.00784 0.47
（用灰铸铁 HT200，根据资料可知其密度为7340kg/m3，弹性模量为120GPa ,泊松比为0. 25）
（HT200,弹性模量E=1.22e 11 Pa, 泊松比λ=0.25,密度ρ=7800 kg/m 3）
（ HT200 122 /0. 3 /7. 2 ×10 - 6）
(材料HT200,密度为7. 8103 kg / m 3 ,弹性模量为 145 GPa,泊松比为0.3)
209
205
200
190
183
174
31
40CrNiMoA
209
205
200
190
183
174
32
50CrVA
206
202
161
189
—
—
33
16MnG
208
204
199
191
183
174
34
16MnR
209
207
201
193
185
172
35
16MnL
212
208
203
197
185
—
36
40MnB
209
表58-23，常用材料的弹性模量，泊松比和线胀系数
材料
弹性模量E/（KN/mm2）
4032材料标准 -回复
4032材料标准-回复4032材料标准是指一种铝合金材料，在工业领域广泛应用于航空航天、军工、汽车制造等高要求的领域。
本文将以4032材料标准为主题，详细介绍其特点、应用及相关标准。
一、4032材料标准的特点4032材料标准是一种高强度、高耐热性的铝合金材料，其具有以下几个显著特点。
1. 高强度：4032材料标准的强度非常高，可以在高温环境下保持其机械性能，抗拉强度远超一般铝合金材料。
这种特点使得4032材料标准非常适用于需要承受较大力的应用中。
2. 良好的耐热性：4032材料标准在高温下能够保持其稳定性，具有优异的耐热性能。
这一特点使得4032材料标准非常适合用于高温环境下的应用，如航空航天发动机部件。
3. 良好的耐蚀性：4032材料标准具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境下长时间保持其稳定性。
这一特点使得4032材料标准在军工领域中得到广泛应用，如制造战斗机和导弹等。
4. 易切削：4032材料标准的加工性能较好，容易切削和铣削，使得其在制造领域中具有很高的可塑性。
这一特点使得4032材料标准在汽车制造、模具制造等领域中应用广泛。
二、4032材料标准的应用领域4032材料标准由于其独特的特点，在众多领域中得到广泛应用。
1. 航空航天：由于4032材料标准具有高强度和耐热性等特点，被广泛应用于航空航天行业。
例如，它可以用于制造高温部件，如喷气发动机涡轮叶片、传动系统和座舱内部结构件等。
2. 军工：4032材料标准的高强度和耐蚀性，使得它在军工领域中非常受欢迎。
它可以用于制造军事飞机、导弹、战斗机和坦克等高强度和高耐腐蚀性能要求的部件。
3. 汽车制造：4032材料标准的易切削性能使得它成为汽车制造领域广泛使用的材料之一。
它可以用于制造发动机零部件、制动系统、转向系统和悬挂系统等重要部件。
4. 其他领域：除了上述领域外，4032材料标准还可以用于制造模具、电子器件、控制系统等，其高强度、耐热和耐蚀性使得它在这些领域中也有很广泛的应用。
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力学性能
塑性
• 延伸率 • 断面收缩率
lf l0 100%
l0
< 5%：
脆性材料
A0 Af 100%
A0
力学性能
塑性
➢ 简单的金属晶格中密堆积晶面之间距离较大，比较容 易受到剪切作用而产生滑移，形成位错，位错的迁移引 起塑性流动。
➢ 无机非金属材料的 一些非常复杂的晶格 中，由于位错受阻而 产生裂纹；但在适当 的条件下也会有可延 展性的迹象存在。
➢ 脆性材料 —— 位错迁移受到严重限制，有足够 的能量堆积位错和形成裂纹，裂纹的扩展快于位错 的运动。
力学性能
脆性
➢ 在无机非金属材料中由于缺乏位错、塑性变形 和有效的裂纹障碍，应力不会消除，结果造成脆 性断裂。 ➢ 材料内部的结构，如具有一定键角的共价键、 强键、复杂的晶体结构等都是造成脆性的基础。
（a）当受到垂直方向应力作用，裂纹方向与晶粒表面垂直； （b）如果晶界强度小于晶粒强度的20%，在应力场的作用下， 晶界 会裂开； （c）裂纹扩展到晶界相接时受阻，并沿着晶界方向扩展。由于此时作 用于晶粒的外力和晶界相平行，裂端的应力降低，使裂纹扩展停止。
两相体系：
如果相1具有基质的特征，相2作为分散相位于其中：
7
弹性模量
力学性能 2.1.3.3 Mechanical property
孔隙率P对弹性模量的影响
低孔隙率和球性孔：
弹性模量随孔隙率的提高而下降
8
力学性能 2.1.3.3 Mechanical property
弹性滞后作用（非弹性变形）
形变在经历一定时间后才能达到平衡状态
力学性能
塑性
➢ 塑性变形能力随温度升高而变大。MgO室温下只有在 高应力时才出现塑性变形。
多晶MgO在不同温度时的应力-应变测量结果
力学性能
脆性
大多数无机非金属材料 呈现出典型的脆性，在 到达弹性极限时直接被 破坏，产生脆性断裂： 突然断裂且无显著的变 形，断裂面较粗糙，延 伸率和断面收缩率均较 小
力学性能
脆性
在不同的组成和晶体结构条件下，材料会表现出不同的脆性， 有时还会观察到延展性的迹象或具有完全延展性。
力学性能
韧性
➢ 指材料抵抗裂纹产生和扩展的能力，是与脆性完全相反 的概念；
➢ 是一个能量的概念，能够表征材料断裂过程中单位体积 材料吸收的能量，吸收的能量愈多，材料的韧性愈强。
➢可由拉伸应力-应变曲线下包络面积的大小来衡量：强度 值高、延展性小的材料和强度值低、延展性大的材料，应 力-应变曲线下的面积小，则韧性低。因此，提高材料的韧 性必须同时提高材料的强度和延展性。
弹性模量
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 有机高分子材料
50 ~ 400 ×103 MPa 100 ~ 400 ×103 MPa
102 ~ 103 MPa
6
弹性模量
力学性能 2.1.3.3 Mechanical property
➢ 表现为典型的各向异性。多晶材料或非晶材料中由于显微 结构组成的不规则排列，在大多数情况下不显示各向异性。 ➢ 在多种晶相的材料中，弹性模量是各相弹性模量的平均值。
➢ 位错在晶界滑移面或在外来粒子上遇到障碍，或位错与位 错相遇。
脆性断裂
力学性能
非均匀位错运动导致裂缝的情况
脆性断裂
力学性能
➢ 可延展性材料 —— 位错可不受阻碍地迁移，有 许多能量消耗于塑性流动，以至于不能形成裂纹；
➢ 部分脆性材料 —— 位错移动受限制，一部分能 量消耗于塑性流动，另一部分消耗于裂纹形成，裂 纹的扩展容易被终止；
第三章
Chapter 2 Structure and property of materials
敏感材料的力学
和热学性能
2020/11/13
1
主要内容
敏感材料利用的几类主要性能：
1. 力性能 2. 热性能 3. 电性能 4. 磁性能 5. 光性能 6. 声性能 7. 功能转换特性
力学性能 2.1.3.3 Mechanical property
——材料从开始受力至被破坏的全过程所呈现的力学特征
F
F
F
F
F
F
拉伸
压缩
弯折
剪切
弹性、强度、塑性、脆性、韧性、硬度等 3
弹性模量
力学性能
大多数传感器材料是弹性体，在一定的应力应变极限内服从 虎克定律，即材料的变形大小与其所受作用力大小成正比， 且去掉外力后能恢复原状。
• 应力stress • 应变strain
F / A0
(l l0)/l0
4
弹性模量
力学性能
虎克（Hooke）定律：
• σxx — 应力 • εxx — 伸长应变 • εyy — 收缩应变 • E — 弹性模量 • μ — 泊松比
5
弹性模量
力学性能 2.1.3.3 Mechanical property
反映了材料中成分的结合强度，结合能高的材料 弹性模量大多也高。
强度
理论强度和实际强度的差别可能很大：某些单晶、晶须和 完全没有缺陷的玻璃纤维的实际强度只有弹性模量的 1/100~1/10。
影响因素： ➢ 原子结构及结合键的影响 ➢ 晶体显微结构：晶粒大小、气孔 ➢ 材料裂纹、刮痕和表面损伤等 ➢ 环境介质 ➢ 材料的几何尺寸
强度
力学性能
晶粒的减小有利于提高强度
脆性断裂
力学性能
如果符合下列情况，断裂过程总体来说属于脆性: ➢ 材料的应力-应变行为在断裂前完全是弹性; ➢ 断裂开始且扩展方向垂直于最大的主拉应力; ➢ 出现完全分离断裂。
脆性断裂
力学性能
裂纹的出现和扩展是产生脆性断裂的前提，它可能来源于：
➢ 受热工艺过程中冷凝和微应力的作用; ➢ 表面上的各种损伤、不完整和干扰; ➢ 多相材料中不同的热形变引发晶界应力，结构颗粒越大， 晶界应力就越大，应力过高且无法均匀扩散和消除；
力学性能
强度
力学强度是材料抵抗各种外来力学荷载的整体综合能力。 ➢ 抗拉强度：是单位面积上导致材料结构组成单元之间的化 学键分离和相互摩擦以及制造新表面的力。 ➢ 抗压强度 ➢ 弯曲强度 ➢ 冲击强度
σ — 理论强度：约为弹性模量的1/10 E — 弹性模量 γ — 表面能 α— 离子距离
力学性能
对非弹性变形的解释： ✓结构组成单元的位移； ✓点缺陷的移动； ✓外来原子的扩散； ✓晶界粘性滑移等
应力-应变滞回圈
9
力学性能
塑性
材料受外力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的残 余变形而不致断裂的性质。残余变形即称为塑性变形。
屈服，是达到一定的 变形应力之后，材料 开始从弹性状态向非 均匀的弹-塑性状态过 渡，它标志着宏观塑 性变形的开始。