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。

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。

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：

1. 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。
2. 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。