title: 材料的几个性能指标
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date: 2022-06-17 00:38:21
弹性—— 恢复原状的能力
材料的弹性,是指材料应力应变曲线中弹性阶段下方的面积。对于弹性阶段为线性的材料,就是计算屈服点以下的三角形面积。
Modulus of resilience,符号\(U_r\),翻译为“回弹能模量”。\(Ur=0.5σy^2/E\),其中σy表示屈服强度,E表示弹性模量。这个名词的中文翻译中,有一个能量的“能”,预示着它是一种能量的度量。虽然单位与“弹性模量”(modulus of elastic)的单位一样,都是Pa,但两者有着不同的意义。
材料的弹性,用于描述材料在发生弹性变形时存储弹性势能的能力。换句话说,是指单位体积的材料所能存储的最大弹性势能。
这个定义,解释了“回弹能模量”的单位:能量/体积。
能量,单位是J,等同于N·m(力×距离)。
体积,单位是m^3(立方米)。
所以,回弹能模量的单位是:N·m/m^3 =N/m^2,即Pa。
![应力应变曲线 1](https://img.gejiba.com/images/25b4a0b1338d3341a41821d14c5bb0d6.jpg)
韧性—— 抵抗断裂的能力
材料的韧性:应力应变曲线下方的面积。即:发生断裂前,单位体积的材料所吸收的能量。
![韧性](https://img.gejiba.com/images/34a9ba77d2a187d8471606422ddf4582.jpg)
韧性Toughness 和延展性Ductility之间的区别。
- 延展性好,指的是材料发生断裂前,允许发生较大的塑性变形。延展性只关注塑性变形的大小。
- 韧性好,指的是材料发生断裂前,能吸收较多的能量。韧性是材料强度和延展性的综合体现。
![对比](https://img.gejiba.com/images/10266e05f360dd17befd7612bdf6fe46.jpg)
断裂韧性
在材料/零件的加工、制造和服役过程中,无法避免会出现缺陷。这些缺陷包括:
- Cracks 裂纹(可能是加工过程产生的裂纹,也可能是疲劳载荷产生的初始裂纹)
- Voids 气穴/缩孔(注塑过程中材料收缩产生的内部空穴)
- Metallurgical inclusions 夹杂物
- Weld defects 焊接缺陷
Fracture toughness :描述了材料的这样一种能力:在含有裂纹的情况下,抵抗最终断裂的能力。
Fracture toughness:预示了使初始裂纹快速扩展需要多大的应力。
Fracture Toughness:
- 它承认材料存在初始缺陷,研究的是材料在已有缺陷的情况下,还能承受多大的应力而不至于使裂纹快速扩展到最终发生断裂。
- 它关注的是裂纹扩展的这个过程,而不是仅仅是发生断裂这个结果。
因此,如果将Fracture toughness 翻译为“阻止裂纹扩展的韧性”,可能更容易理解。
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