材料的滞弹性与内耗2分析.ppt

葛庭燧等人研究了碳在Crl8Ni8不锈钢、高锰钢、镍铝合金以及纯镍中所引起的内耗表明，间隙原子在面心主方晶体中引起内耗是一个普遍现象。他们用湿氢脱碳和渗碳的方法来改变碳的含量得到碳含量与Q-1峰高成正比的关系。 B：置换原子 C：间隙原子 3）甄纳峰——置换原子引起的内耗 首先在Cu70Zn30合金中发现在400 ℃，620Hz处有很明显的内耗峰； 后发现在Ag-Zn合金中这种内耗峰更明显； 在bcc、fcc、hcp中发现20种合金都有类似的内耗峰。 材料的滞弹性与内耗（） 主讲：宫本奎教授 山东理工大学 §1 材料的滞弹性 一 滞弹性的定义 1 理想弹性：在振动条件下，应力和应变之间的关系完全遵从胡克定律，应力与应变随时保持同相位。 理想粘弹性：粘性服从牛顿定律，应力与应变速率成正比。聚合物的粘弹性是严重发展的滞弹性。 滞弹性：是指在弹性范围内出现的非弹性现象。应变不仅与应力有关，而且与时间有关。 二 滞弹性的力学模型 2 滞弹性的力学模型： 标准线性固体力学模型 1 弹性及粘性元件模型： 三 滞弹性的表现形式 1 滞弹性表现形式的分类： 大应力(10 MPa以上)和低频应力条件下：即静态应用条件下，滞弹性表现为弹性后效、弹性滞后、弹性模量随时间延长而降低以及应力松弛等四方面。 小应力(1MPa以下)和高频应力条件下：即动态应用时，滞弹性表现为应力循环中外界能量的损耗，有内耗、振幅对数衰减等。 2 弹性后效 3 应力弛豫 应变保持恒定的条件下，应力随时间延长而减小。（应力松弛） 弛豫模量 高温条件下，应力弛豫更显著 4 模量亏损 恒应力条件下，弹性模量 (1)单向快速加、卸载时，应变弛豫来不及产生，此时弹性模量为 (2)单向缓慢加、卸载，应变来得及充分进行，此时 ， MR为完全弛豫性模量，也为恒温弹性模量。 (3)实际测量时，加载速度介于上两者之间，弹性模量大小介于Mu与 MR之间。称为动力弹性模量 §2 内耗 一 内耗概述 1 内耗定义：一自由振动的固体，即使与外界完全隔离(如处于真空环境)，它的机械能也会转化成热能，从而使振动逐渐停止；如果是强迫振动，则外界必须不断供给固体能量，才能维持振动。这种由于固体内部原因而使机械能消耗的现象称为内耗或阻尼。内耗变化的最大值称为内耗峰。 2 内耗发生的前提：发生非弹性应变 文献中的同义语： Internal Friction； 内摩擦； 工程应用中：阻尼本领（Damping Capacity） 高频振动中：超声衰减（Ultrasonic Attenuation) 二 内耗的分类 线性滞弹性内耗：表现为只与加载频率有关。如弛豫型内耗 非线性滞弹性内耗：既与频率有关，又与振幅有关。它来源于固体内部缺陷及其相互作用。 静滞后型内耗：完全与频率无关而只与振幅有关的内耗。 阻尼共振型内耗：形式上类似于线性滞弹性内耗，与频率有关，但内耗峰对温度变化较不敏感，常与位错行为有关。 三 内耗的表征 1 品质因数 实数部分产生模量亏损，序数部分产生内耗 2 计算振幅对数减缩量 3 建立共振曲线求内耗 4 计算超声波在固体中的衰减系数 5 计算阻尼系数或阻尼比 四 一些典型内耗的特点 1 弛豫型内耗 ：线性滞弹性内耗 实数部分 虚数部分 2 静滞后型内耗（瞬时范性） 静态滞后的产生是由于应力和应变间存在多值函数关系，即在加载时，同一载荷下具有不同的应变值，完全去掉载荷后有永久形变产生。仅当反向加载时才能回复到零应变。 静态滞后回线不是线性关系，滞后回线的面积是恒定值，与振动频率无关，内耗与振幅有关。 物体在周期性应力σ的作用下振动时，除了产生一个相应的弹性应变以外，还会由于内部的原因而产生一个附加的非弹性应变，从而导致了应变落后于应力，消耗机械能，形成内耗。 五 内耗产生的机制1 内耗产生的原因： 非弹性应变包括滞弹性应变、非线性滞弹性应变、线性粘弹性应变、瞬时范性应变等。 以滞弹性应变为例进行说明 非弹性应变与弹性应变有什么差别呢？ (b)应变－时间曲线 交变应力下理想弹性的行为 (c)应力－应变曲线 (a)应力－时间曲线 A B 理想弹性行为具有瞬时性：即应变对于应力的响应是瞬时的，应变的变化与应力的变化是同相位的。 应力－应变曲线沿O-A-B-O往复变化，并不形成封闭的回线。 (a)应力－时间曲线 (c)应力－应变滞后回线 (b)应变－时间曲线 交变应力下滞弹性的行为 应变为什么会落后于应力呢？应变落后于应力又为什么会形成内耗呢？ 平衡状态1 × 平衡状态2 调节 过渡 弛豫过程 2 滞弹性内耗产生的机制 需要一定的时间完成，即弛豫时间，同时需要越过一定的势垒，即