Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 7 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà

Ứng xử cơ học của vật liệu là một lĩnh vực cơ bản trong kỹ thuật và khoa học vật liệu, có vai trò quyết định đến thiết kế, hiệu suất và độ tin cậy của các cấu trúc và linh kiện. Chương này cung cấp một giới thiệu thiết yếu về cách vật liệu phản ứng với các lực tác dụng bên ngoài, một khái niệm cực kỳ quan trọng để dự đoán tuổi thọ sử dụng và ngăn ngừa hỏng hóc. Bằng cách xem xét các nguyên lý cơ bản như quan hệ ứng suất – biến dạng và các cơ chế biến dạng, chúng tôi đặt mục tiêu thiết lập sự hiểu biết rõ ràng về phản ứng của vật liệu. Việc khám phá các khái niệm như biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo, cùng với các định luật chi phối chủ chốt như Định luật Hooke, tạo thành nền tảng cho việc lựa chọn vật liệu và các ứng dụng kỹ thuật tiên tiến. Nắm vững các ứng xử vật liệu này là không thể thiếu để phát triển các giải pháp vật liệu sáng tạo và bền vững trong nhiều bối cảnh công nghiệp.

Sinh viên và chuyên gia trong các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Khoa học Vật liệu, Kỹ thuật Xây dựng và các lĩnh vực kỹ thuật liên quan.

Tài liệu học thuật này đi sâu vào ứng xử cơ học của vật liệu, bắt đầu với các định nghĩa cơ bản về ứng suất, biến dạng và tải trọng. Nó phân biệt một cách có hệ thống giữa biến dạng đàn hồi, nơi vật liệu trở lại hình dạng ban đầu sau khi bỏ tải trọng, và biến dạng dẻo, dẫn đến những thay đổi vĩnh viễn. Chủ đề trọng tâm là đường cong ứng suất – biến dạng, được phân tích qua ba giai đoạn riêng biệt: vùng đàn hồi, vùng dẻo và gãy. Phương pháp thử kéo được nhấn mạnh là một phương pháp chính để đặc trưng hóa các ứng xử vật liệu này. Các khía cạnh quan trọng được thảo luận bao gồm Định luật Hooke, chi phối ứng xử đàn hồi, giới thiệu các tham số như mô đun Young, mô đun cắt và hệ số Poisson, những yếu tố then chốt để định lượng độ cứng và phản ứng của vật liệu dưới các tải trọng khác nhau. Văn bản cũng đi sâu vào giới hạn của ứng xử đàn hồi, như giới hạn tỉ lệ và giới hạn chảy, và khám phá sự phức tạp của biến dạng dẻo, bao gồm giới hạn chảy quy ước, ứng suất bền kéo, độ giãn dài và độ thắt tỉ đối. Giải thích dưới góc độ hình học tinh thể về biến dạng dẻo cũng được trình bày, gán nguyên nhân cho sự dịch chuyển của các khuyết tật tinh thể và việc phá vỡ, tái tạo liên kết nguyên tử. Tổng quan toàn diện này trang bị cho kỹ sư và nhà khoa học vật liệu khung lý thuyết và kiến thức thực tiễn cần thiết để hiểu, dự đoán và tối ưu hóa hiệu suất vật liệu trong các điều kiện cơ học đa dạng, đảm bảo thiết kế an toàn và hiệu quả trên nhiều ứng dụng.