多晶體新型材料力學(xué)性能分析與研究

　　材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組成單元之間互相排斥、互相吸引的作用達到平衡時的空間分布，以下是小編搜集整理的一篇探究多晶體新型材料力學(xué)性能分析的論文范文，歡迎閱讀參考。

　　摘要：材料力學(xué)性能是指材料結(jié)構(gòu)在常溫、靜載等環(huán)境下的作用下從宏觀角度觀察得到的力學(xué)性能，其是確定各種工程設(shè)計參數(shù)的主要依據(jù)，因此，對材料力學(xué)性能進行分析與研究具有重要的意義。構(gòu)件的強度、剛度與穩(wěn)定性，不僅與構(gòu)件的形狀、尺寸及所受外力有關(guān)，而且與材料的力學(xué)性能有關(guān)。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗，詳細(xì)的介紹了材料的結(jié)構(gòu)，重點分析了材料受牽引和壓縮時的力學(xué)性能，并且研究了多晶體材料力學(xué)性能的特點和新型材料的力學(xué)性能。

　　關(guān)鍵詞：多晶體;新型材料;力學(xué)性能

　　1 材料的結(jié)構(gòu)

　　材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組成單元之間互相排斥、互相吸引的作用達到平衡時的空間分布。從宏觀到微觀有三個不同的層次，分別是宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。其中，宏觀組織結(jié)構(gòu)是指用肉眼或者使用放大鏡觀察到晶粒、相的集合狀態(tài)。顯微組織結(jié)構(gòu)也可稱為亞微觀結(jié)構(gòu)，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)結(jié)構(gòu)或者晶粒、相的集合狀態(tài)。微觀結(jié)構(gòu)是比顯微組織結(jié)構(gòu)更細(xì)的一層結(jié)構(gòu)，它包括分子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)、分子的排列結(jié)構(gòu)以及原子的排列結(jié)構(gòu)。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，合金可以看做是母相金屬原子的晶體和加入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)合其實是機械組合，展開來講就是當(dāng)金屬由高溫熔體凝固析晶時，彼此嚙合牢固的在一起。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為在發(fā)生滑移變形時，原子間的相互位置依次錯開，并形成新的鍵，原子之間的鍵很難斷開。

　　2 材料的力學(xué)性能理論

　　2.1 材料受牽伸時的力學(xué)性能

　　塑形材料是指在外力作用下，產(chǎn)生巨大變形但不易被破壞的材料。屈服強度是指金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的屈服極限，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 材料受壓縮時的力學(xué)性能

　　壓縮試驗是用來測定材料受壓時的力學(xué)性能。在金屬壓縮試驗時，大多采用短粗圓柱形試樣，細(xì)長試樣在壓縮時極易失穩(wěn)。相同的是，在屈服以前，拉伸曲線和壓縮曲線基本相同。不同的是，低碳鋼試樣在壓力逐漸增大的情況下，越來越扁。

　　2.3 材料的力學(xué)性能分析

　　剛度、強度和穩(wěn)定性是評價一種材料和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的三大要素[3]。剛度是指材料抵抗變形的能力，具體體現(xiàn)在變形分析上。強度是指材料抵抗破壞的能力，具體體現(xiàn)在應(yīng)力分析中。斷裂和疲勞也是強度問題的一部分，斷裂在宏觀中是因為結(jié)構(gòu)中裂紋的擴展，結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)材料的破壞極限引起斷裂。在微觀中是由于分子之間或者是原子之間的鍵斷開引起的。疲勞問題主要出現(xiàn)在塑形較高的材料中。對于強度更進一步的分析是彈塑性極限分析。穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)抵抗外來擾動的能力，尤其是板、梁、殼在壓縮荷載下的穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定性問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中非常重要的一個問題，可以從不同的理論分析穩(wěn)定性問題，一方面是振動分析，結(jié)構(gòu)的模態(tài)、動力相應(yīng)和固有頻率，對結(jié)構(gòu)固有頻率進行分析目的是為了避免結(jié)構(gòu)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，由于各晶粒是通過晶界聯(lián)結(jié)在一起，各晶粒的空間取向是不相同的，因此也就決定了多晶體材料塑性變形的特點。各晶粒塑性變形時的不均勻性和不同時性，當(dāng)多晶體試樣受到外力作用時，雖然大部分晶粒還處于彈性變形范圍之中，個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)中首先達到了滑移要求的臨界條件，因此塑形變形從這些晶粒開始。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)力之間沒有明顯的界限。

　　同時，在同一個晶粒內(nèi)的不同區(qū)域的變形量是不同的。因為在一個晶粒的塑形變形會受到相鄰不同位向晶粒的限制，加之各晶粒的位向差異，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，不僅體現(xiàn)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，變形的不同時性越明顯。物體內(nèi)任一點的應(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)上配合地進行，各晶粒必須相互協(xié)調(diào)。

　　綜上所述，同時開動滑移系統(tǒng)是多晶體內(nèi)任一晶粒實現(xiàn)任一變形的必要條件。通過研究發(fā)現(xiàn)，晶體塑性變形是一個非常復(fù)雜的過程。最初的晶體轉(zhuǎn)動或者滑移系統(tǒng)受阻后，沒有啟動的滑移系統(tǒng)上的切應(yīng)力升高，當(dāng)達到臨界切應(yīng)力時，進入滑移狀態(tài)。由此，一個晶粒中就啟動了幾個滑移系統(tǒng)，從而形成了多系滑移的局面。多系滑移產(chǎn)生的結(jié)果是滑移系的相互切割和交叉，這就是拉伸試樣表面出現(xiàn)的滑移帶交叉的現(xiàn)象。其實，在塑性變形中，也可能出現(xiàn)孿生機制。滑移系統(tǒng)足夠多時，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，滑移系統(tǒng)越多越有利于變形協(xié)調(diào)，任意變形的要求也更容易適應(yīng)，材料的塑形越好。在工程的實際應(yīng)用中，形變強化得到了廣泛應(yīng)用，作為金屬材料的最重要的性質(zhì)之一，變形強化使金屬零件具備了抵抗偶然超載的能力，保證了工程安全。

　　參考文獻

　　[1]王曉天，李延君，溫泳.材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗的研究與實踐[J].科技資訊，2012，23.

　　[2]韓祥鳳，王海港.材料力學(xué)性能測試的實踐型學(xué)習(xí)探討[J].裝備制造技術(shù)，2009，05.

　　[3]王瑾，李瑞濤.非均質(zhì)材料的力學(xué)性能評價研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010，15.

　　[4]張暉輝，陳鐾，劉峰.對材料力學(xué)中擠壓實用計算公式的討論[J].力學(xué)與實踐，2012，04.

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