Bài giảng Vật liệu tinh thể học: Tính chất cơ học vật liệu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật liệu tinh thể học - Tính chất cơ học vật liệu, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Các tính chất cơ học vật liệu; Biến dạng đàn hồi; Các trạng thái ứng suất thông dụng; Biến dạng kỹ thuật; Các liên hệ đàn hồi tuyến tính quan trọng; Độ bền kéo các vật liệu;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu tinh thể học: Tính chất cơ học vật liệu

TÍNH CHẤT CƠ HỌC VẬT LIỆU tranhaiung@gmail.com
Các tính chất cơ học vật liệu • Ứng suất và biến dạng • Lực tách động và biến dạng • Đàn hồi: • Biến dạng khôi phục sau khi bị biến dạng ít • Dẻo: • Biến dạng vĩnh viễn • Độ dẻo: • Vật liệu có thể giữ bao nhiêu năng lượng trước khi vỡ. Đo như thế nào? • Độ cứng: • Cách đo độ cứng và quan hệ giữa độ cứng với độ bền của vật liệu
Biến dạng đàn hồi 1. Ban đầu 2. Tải nhỏ 3. Bỏ tải Kéo dãn Liên kết Trở về Ban đầu d F F Đàn hồi Tuyến tính Đàn hồi: thuận nghịch! Đàn hồi Phi tuyến d
Biến dạng dẻo (Kim loại) 1. Ban đầu 2. Tải nhỏ 3. Bỏ tải Kéo dãn Liên kết planes & trượt still các mặt sheared d dẻo dđàn hồi + dẻo F F Dẻo: vĩnh viễn! linear linear elastic elastic d ddẻo
Đơn vị: SI và kỹ thuật Unit SI Eng. Common Force Newton (N) Pound-force (lbf ) Area mm2 or m2 in2 Stress Pascal (N/m2) or MPa (106 psi (lbf/in2) or Ksi (1000 pascals) lbf/in2) Strain (Unitless!) mm/mm or m/m in/in Conversion SI to Eng. Common Eng. Common to SI Factors Force N*4.448 = lbf Lbf*0.2248 = N Area I mm2*645.16 = in2 in2 *1.55x10-3 = mm2 Area II m2 *1550 = in2 in2* 6.452x10-4 = m2 Stress I - a Pascal * 1.450x10-4 = psi psi * 6894.76 = Pascal Stress I - b Pascal * 1.450x10-7 = Ksi Ksi * 6.894 x106 = Pascal Stress II - a MPa * 145.03 = psi psi * 6.89x 10-3 = MPa Stress II - b MPa * 1.4503 x 10-1= Ksi Ksi * 6.89 = MPa One other conversion: 1 GPa = 103 MPa
Ứng suất kỹ thuật • Ứng suất kéo, s: • Ứng suất cắt, t: Ft Ft F Tiết diện, A Tiết diện, A Fs Fs Ft Fs Ft Ft lb f N t= F s= = 2 or Ao Ao in m2 Tiết diệt ban đầu  Thứ nguyên ứng suất: trước khi có tải N/m2 (Mpa) or lbf/in2
Yếu tố hình học của trạng thái ứng suất Các lực tác động có thể song song hay vuông góc với các mặt phẳng của vật thể. Trạng thái ứng suất là hàm số của các phương mặt phẳng mà ứng suất tác động lên. Ứng suất pháp tuyến s và ứng suất cắt t trên mặt phẳng tạo góc  với mặt phẳng vuông góc với ứng suất tác động (kéo thuần túy)
Các trạng thái ứng suất thông dụng • Kéo đơn giản: cáp F F A o = Tiết diện (khi không tải) F s= s s Ao Ski lift (photo courtesy • Xoắn (1 dạng của cắt): trục dẫn động P.M. Anderson) M Fs Ao Ac Fs t = Ao M 2R Chú ý: t = M/AcR . Với M là “Moment” Ac tiết diện trục & R đường kính trục
Các trạng thái ứng suất khác (1) • Nén đơn giản: Ao Canyon Bridge, Los Alamos, NM (photo courtesy P.M. Anderson) F Chú ý: thành phần nén Balanced Rock, Arches s= cấu trúc National Park (photo courtesy P.M. Anderson) Ao (ở đây s < 0).
Các trạng thái ứng suất khác (2) • Kéo 2 trục: • Nén thủy lực: Bồn áp suất cao Cá trong nước (photo courtesy (photo courtesy P.M. Anderson) P.M. Anderson) s > 0 sz > 0 sh< 0
Biến dạng kỹ thuật • Biến dạng kéo: • Biến dạng Cạnh: d/2 -dL e = d eL = Lo Lo wo wo dL /2 • Biến dạng Cắt: Adapted from Fig. 6.1 (a) and (c), Callister 7e.  x g = x/y = tan  Biến dạng luôn Vô thứ nguyên! y 90º -  90º Thường biến dạng kỹ thuật sử dụng ký hiệu ‘e’
Ứng suất-biến dạng: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM cho ứng suất kéo: ASTM E8 • Thiết bị thử kéo điển • Mẫu thử kéo điển hình hình (ASTM A-bar) Adapted from extensometer specimen Fig. 6.2, Callister 7e. gauge length Adapted from Fig. 6.3, Callister 7e. (Fig. 6.3 is taken from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, p. 2, John Wiley and Sons, New York, 1965.)
- Trong quá trình thử kéo, đo tải trọng tức thời và biến dạng tức thời Tải trọng vẽ theo độ kéo dài Đồ thị Tải trọng/độ kéo dài phụ thuộc kích thước mẫu. Vd: nếu dùng mẫu có tiết diện ngang gấp đôi, thì phải dùng tải gấp đôi nếu muốn có cùng độ kéo dài. Hình dạng đồ thị lực/độ kéo dài giống hệt với đồ thị ứng suất /biến dạng kỹ thuật
Đường cong ứng suất/biến dạng kỹ thuật Được chia là 2 vùng Đàn hồi Dẻo Ứng suất Vùng đàn hồi Vùng dẻo Biến dạng
Tuyến tính: Các tính chất đàn hồi Thứ nguyên: • Modul đàn hồi, E: (Modul Young) E: [GPa] or [psi] s: in [Mpa] or [psi] • Định luật Hooke: e: [m/m or mm/mm] or [in/in] s=Ee s F d/2 Ao E Lo wo e Đàn hồi- Tuyến tính dL /2
• Ví dụ điển hình trong thử nghiệm tính chất cơ học: o Mẫu thử kéo nhôm, tiết diện vuông (cạnh 16.5 mm) dài 125 mm o Tải kéo 66700 N o Độ kéo dài: 0.43 mm • Xác định modul Young nếu biến dạng có thể khôi phục sau khi bỏ tải
s = F A = 66700 N 2 = 244.995MPa 0 16.5*10  -3 e = L L = 0.43mm 125mm = 0.00344 0 Becauseđịnhare to dạng có thể khôi phục is Do giả we biến assume all deformation recoverable,áp dụng Law can be assumed: nên có thể Hooke's định luật Hook s = E  e  E = s e = 244.995MPa 0.00344 E = 71219.6 MPa = 71.2 GPa
Tỷ số Poisson, n eL • Tỷ số Poisson, n: eL n=- e e Kim loại: n ~ 0.33 -n ceramic: n ~ 0.25 polymer: n ~ 0.40 Thứ nguyên: –n > 0.50 Tỷ trọng tăng n: Vô thứ nguyên –n < 0.50 Tỷ trọng giảm (Hình thành lỗ trống)
Các tính chất dẻo khác t M • Modul cắt đàn hồi, G: G Thử nghiệm g xoắn đơn t=Gg giản M • Modul khối đàn hồi, P P K: V V P P P = -K Vo Áp suất thử: Vo K Ttich đầu =Vo. Thay đổi ttich • Tương quan đặc biệt cho Các vật liệu đẳng = V hướng: E E K= G= E là modul đàn hồi 2(1 + n) 3(1 - 2n) n Là tỷ số Poisson
Xem xét với mẫu nhôm trong phần trước G= E = 71.2GPa 2  1 +n  2  1 + 0.33HB  G  26.8GPa K=E = 71.2GPa 3  1 - 2n  3  1 - 2  0.33HB  K  69.8GPa