Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Biến dạng và cơ tính - Cao Xuân Việt

Chia sẻ: Thiên Lăng Sở | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Biến dạng và cơ tính - Cao Xuân Việt cung cấp cho học viên những kiến thức về biến dạng và phá hủy vật liệu, đường cong ứng suất kéo – biến dạng, các tính chất cơ học quan trọng từ thử kéo, các hình thức biến dạng cơ học, biến dạng đàn hồi, biến dạng tuyến tính và phi tuyến,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Biến dạng và cơ tính - Cao Xuân Việt

BIẾN DẠNG VÀ CƠ TÍNH
BIẾN DẠNG & PHÁ HỦY VẬT LIỆU • Vật liệu bắt đầu bị phá hủy thế nào? • Độ bền của vật liệu? • Ước lượng lực phá hủy? • Tốc độ chịu tải, quá trình tải, ảnh hưởng nhiệt độ tới lực phá hủy? Ship-cyclic loading from waves. Hip implant-cyclic loading from walking. 2 Adapted from Fig. 22.26(b), Callister 7e. Adapted from chapter-opening photograph, Chapter 8, Callister 7e. (by Neil Boenzi, The New York Times.)
Thuật ngữ  Tải trọng – Lực tác động lên mẫu khi thử.  Đo biến dạng – Thiết bị đo độ dài mẫu khi thử nghiệm.  Ứng suất kỹ thuật – Tải chia cho diện tích mặt cắt ngang của vật liệu thử.  Biến dạng kỹ thuật – Phần vật liệu biến dạng trên một đơn vị chiều dài khi thử kéo.  Thử kéo: Biểu đồ ứng suất - kéo  Các tính chất khi kéo  Ứng lực và lực nén thực  Thử uốn, thử dòn  Độ cứng vật liệu
ỨNG SUẤT & BIẾN DẠNG • Lực kéo, s: • Lực trượt, t: Ft Ft F Diện tích, A Diện tích, A Fs Fs Ft Ft s= F Ft Ao Diện tích Ban đầu Đơn vị ứng suất: N/m2 or lb/in2 4
Ứng suất (s) kéo và nén F s= Ao Biến dạng (e) do kéo và nén Tải kéo Tải nén Ứng suất trượt Fs t = Ao Biến dạng trượt Góc biến dạng g = tan q do xoắn f
PHỔ BIẾN NHẤT: BIẾN DẠNG KÉO Lực tác dụng: Kéo, nén, uốn, va đập, mài, đâm…. Ứng xử của vật liệu: Phụ thuộc bản chất, hình dáng, kích thước, điểm đặt lực… Trong trường hợp chung: Phải có qui định. Máy kéo Mẫu biến dạng 6
Đường cong ứng suất kéo – biến dạng Giới hạn bền kéo s UTS 3 Tạo cổ Giới hạn Hóa cứng đàn hồi sy khi biến dạng 4 2 Đứt, gãy Phá hủy Vùng đàn hồi Vùng dẻo góc nghiêng =Young’s (elastic) modulus giới hạn đàn hồi Vùng dẻo Vùng đàn hồi giới hạn bền kéo hóa cứng khi biến dạng phá hủy σ =Eε 7 σ 1 E= E= σy Biến dạng (e ) (DL/Lo) ε ε 2  ε1
CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC QUAN TRỌNG TỪ THỬ KÉO  Modul Young: Độ nghiêng của đường cong ứng suất – biến dạng, thường là hằng số (đã biết) đặc trưng cho mỗi vật liệu.  Giới hạn đàn hồi: Giá trị của lực tại điểm biến dạng, tính từ biểu đồ modul Young theo tỷ lệ % bù (thường bù = 0.2%).  Bền kéo tới hạn: Giá trị cao nhất của ứng lực trên đường cong ứng suất – biến dạng, .  Phần trăm kéo dài: Sự thay đổi chiều dài mẫu chia cho độ dài ban đầu, tính theo % 8
Các hình thức biến dạng cơ học Phụ Thuận Hóa Giới hạn Biến dạng thuộc Loại vật liệu nghịch bền chảy thời gian Đàn hồi 0 + 0 0 Tất cả các vật liệu Đàn hồi + + 0 0 Cao su, chất dẻo, bê tong, trễ hợp kim Fe – C, hợp kim từ Dẻo 0 0 + + Các kim loại (0 < T < Tnc) Chảy + 0 0 0 Thủy tinh, polymer nhiệt nhớt dẻo (T > Tg) Dão + 0 + + Kim loại (T>0,3 Tnc), polymer nhiệt dẻo 9 (T>0,5Tnc), gốm (T>0,9Tnc)
SO SÁNH ĐỘ BỀN VÀ NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT E • Modul đàn hồi, E modul đàn hồi F DL =E Ao Lo E ~ đường cong tại ro Energy E lớn nếu Eo lớn. unstretched length ro r smaller Elastic Modulus larger Elastic Modulus 11
BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI BIẾN DẠNG TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN  Biến dạng đàn hồi tuyến  Biến dạng phi tuyến tính: (Cho trường đẳng (cho biến dạng thuận hướng) nghịch, đàn hồi)  Định luật Hooke:  Qui luật tuyến tính chỉ với  Cho kéo, nén: s = E.e biến dạng rất nhỏ, còn là phi tuyến. Khi đó E  Trượt (xê dịch): t = G.g ≠const, mà là hàm ứng  Ép ba chiều: P = - K.ΔV/V suất:  Các modul đàn hồi E, trượt G, s = E(s).e ép K liên hệ bằng hệ số Poisson m:  (tỷ số co ngang/ giãn dài) F Tuyến tính  K = E/(1 – 2 m)  G = E/2(1+2 m) Phi tuyến  Đa số vật liệu có m  0,3 & E  11 2,6G d
BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI 3. Unload 1. Initial 2. Small load bonds bonds stretchstretch return to return to initial initial d d F F 2
Ứng xử ứng suất – biến dạng, điển hình với kim loại là biến dạng đàn hồi và dẻo, giới hạn tỷ lệ P và độ bền σy, xác định bằng 0.002 bù kéo (tại điểm ghi nhận biến dạng dẻo) P là điểm chuyển biến dạng đàn hồi sang biến dạng dẻo. 13
Đường cong ứng suất – biến dạng • Vùng đàn hồi (điểm 1 –2) - Vật liệu trở lại hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực. - Ứng lực tỷ lệ tuyến tính với biến dạng. σ σ =Eε or E= ε σ : Ứng lực (psi) E : Modul đàn hồi (Young’s Modulus) (psi) ε : Ứng lực (in/in) - Điểm 2 : giới hạn đàn hồi: điểm xảy ra biến dạng vĩnh viễn ( Nếu vượt qua, vật liệu không thể lấy lại hình dạng ban đầu)
Đường cong ứng suất – biến dạng • Hóa cứng do biến dạng •- Nếu vật liệu chịu tải ngược lại (nén) tới điểm 4, đường cong sẽ trở lại điểm 3 với cùng modul đàn hồi (hai đường // cùng góc nghiêng). -Vật liệu sẽ có giới hạn đàn hồi cao hơn -Sư tăng giới hạn đàn hồi bởi biến dạng vĩnh viễn của vật liệu được gọi là hóa cứng do biến dạng (Strain Hardening).
Đường cong ứng suất – biến dạng • Lực kéo (điểm 3) -Giá trị ứng suất cao nhất trên đường cong được gọi là bền kéo (TS) hoặc giới hạn bền khi kéo (UTS). - Đó là ứng suất maximum mà vật liệu có thể chịu mà không bị gãy. • Phá hủy (điểm 5) - Nếu vật liệu bị kéo dài trước điểm 3, ứng suất giảm ngay khi tạo cổ và sự biến dạng không đồng nhất xảy ra. -Vật liệu bị phá hủy tại điểm 5.
Đường cong ứng suất – biến dạng (của thép và cao su) Trước điểm “B”, the yield strength, các biến dạng là đàn hồi
ĐÀN HỒI TRỄ  Có sự lệch pha giữa ứng suất và biến dạng về thời gian (trễ).  Bản chất: k.tán sai lệch điểm, dao động lệch chốt hai đầu, chảy tại mặt phân cách (biên), chuyển pha… 19
BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI