下载文档原格式
弹性力学大学物理中材料的形变与力学特性弹性力学是研究物体形变与力学特性之间关系的学科，其在大学物理中具有重要的地位。
本文将探讨材料的形变与力学特性在弹性力学中的关系。
一、材料的形变材料的形变是指力作用下物体由其初始形态发生的变化。
在弹性力学中，我们通常将力作用下材料发生的形变分为线弹性和面弹性两种情况。
1. 线弹性线弹性是指材料在力的作用下，只发生长度的改变而不改变宽度和厚度。
这种形变常见于拉伸、压缩或弯曲等情况下。
线弹性的特性在物理学中可以通过胡克定律来描述。
胡克定律表明，当力作用在材料上时，材料的形变与力成正比。
公式表达为σ = Eε，其中σ是材料的应力，E是材料的弹性模量，ε是材料的应变。
2. 面弹性面弹性是指材料在力的作用下，除了长度的改变外，还会发生变形面的变化。
这种形变常见于材料的剪切变形。
面弹性的特性可以通过剪切模量来描述。
剪切模量是衡量材料抵抗剪切应力的能力。
与线弹性类似，剪切模量与应变成正比。
二、力学特性材料的力学特性是指材料在受力作用下表现出的性质和行为。
弹性力学中，材料的力学特性可以通过弹性模量、刚度和韧性等参数来描述。
1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力。
常见的弹性模量包括杨氏模量、泊松比等。
杨氏模量是衡量材料在拉伸或压缩下形变的能力。
泊松比是衡量材料在受力作用下横向的形变与纵向形变之比。
2. 刚度刚度是指材料抵抗形变的能力。
刚度越大，材料的形变越小。
刚度可以通过弹性模量来计算，即刚度=弹性模量×截面面积/长度。
3. 韧性韧性是指材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
韧性越大，材料的抗断裂能力越强。
衡量韧性的参数包括抗拉强度、屈服强度和断裂韧性等。
三、材料的力学特性与形变的关系材料的力学特性直接影响着其形变的程度。
不同类型的材料在相同的力作用下，其形变程度也是不同的。
1. 弹性形变对于线弹性材料来说，其形变与施加力成正比，且在去除力后能恢复到初始状态，即弹性形变。
第一章无机材料的受力形变1 简述正应力与剪切应力的定义2 各向异性虎克定律的物理意义3 影响弹性模量的因素有哪些？4 试以两相串并联为模型推导复相材料弹性模量的上限与下限值。
5 什么是应力松弛与应变松弛？6 应力松弛时间与应变松弛时间的物理意义是什么？7 产生晶面滑移的条件是什么？并简述其原因。
8 什么是滑移系统？并举例说明。
9 比较金属与非金属晶体滑移的难易程度。
10 晶体塑性形变的机理是什么？11 试从晶体的势能曲线分析在外力作用下塑性形变的位错运动理论。
12 影响晶体应变速率的因素有哪些？13 玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？14 影响塑性形变的因素有哪些？并对其进行说明。
15 为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？16 高温蠕变的机理有哪些？17 影响蠕变的因素有哪些？为什么？18 粘滞流动的模型有几种？19 影响粘度的因素有哪些？第二章无机材料的脆性断裂与强度1 试比较材料的理论强度、从应力集中观点出发和能量观点出发的微裂纹强度。
2 断裂能包括哪些内容？3 举例说明裂纹的形成？4 位错运动对材料有哪两方面的作用？5 影响强度的因素有哪些？6 Griffith关于裂纹扩展的能量判据是什么？7 试比较应力与应力强度因子。
8 有一构件，实际使用应力为1.30GPa,有下列两种钢供选：甲钢：sf =1.95GPa, K1c =45Mpa·m 1\2乙钢：sf =1.56GPa, K1c =75Mpa·m 1\2试根据经典强度理论与断裂强度理论进行选择，并对结果进行说明。
9 结构不连续区域有哪些特点？10 什么是亚临界裂纹扩展？其机理有哪几种？11 介质的作用(应力腐蚀)引起裂纹的扩展、塑性效应引起裂纹的扩展、扩散过程、热激活键撕裂作用引起裂纹扩展。
12 什么是裂纹的快速扩展？13 影响断裂韧性的因素有哪些？14 材料的脆性有哪些特点？通过哪些数据可以判断材料的脆性？15 克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？16 克服材料的脆性途径有哪些？17 影响氧化锆相变的因素有哪些？18 氧化锆颗粒粒度大小及分布对增韧材料有哪些影响？19. 比较测定静抗折强度的三点弯曲法和四点弯曲法，哪一种方法更可靠，为什么？20. 有下列一组抗折强度测定结果，计算它的weibull模数，并对该测定数据的精度做出评价。
第二章材料的力学本章的目的是给出各种材料力学的宏观参数，从微观上探讨这些参数的物理本质。
可以说人们最早利用材料的性能是它的力学性能。
从石器到青铜器再到铁器的发展历程基本上基于材料的力学性能。
在我们的日常的学习生活中，所使用的材料，一般情况下也是基于材料的力学性能，如我们的桌椅板凳，书包等。
力学性能是在设计各种工程结构时选用材料的主要依据。
那么问题1：什么是对材料的力学性能？材料在受到外力作用是一般会产生外形上的变化，当外力达到一定的值后材料会遭到破坏。
要想给材料的力学性能下一个准确的定义很难，这里给出一个描述性的定义：材料的力学性能是材料的宏观性能，可以定义为材料抵抗外力与变形所呈现的性能一般是指材料是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。
材料的力学性能通过有关标准试验测量，不同材料的力学性能差异较大。
研究材料的力学性能是材料取得实际应用的基础。
第一节应力与应变当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变。
材料在受到外力作用时发生形变时，其原子、分子或离子间的相对位置和距离会发生变化，在材料的内部会产生原子、分子或离子间的附加内力来抵抗外力，并试图恢复到原来的状态，当达到平衡时，这种附加内力与外力相等、方向相反。
那么，问题2：能否用外力来直接描述或比较材料的受力情况？在材料的结构被破坏之前，内力与外力数值相等方向相反。
由于不同或同种材料的构件的几何形状并不完全相同，形变量不能准确反映出材料的变形能力，尽管外力比较直观也容易出测量，但外力的方向不同或材料的形状不同等时材料的形变量往往不同，也就是说用外力或内力并不能准确的表示材料的受力强度。
通常用应力和应变来表示材料的受力状况。
材料单位面积上所受的附加内力，其值等于单位面积上所受的外力，即应力。
表达式：F=σ/A （2-1）式中σ为应力，F为外力，A为面积。
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
