蠕变应力松弛滞后和内耗讲解

混凝土蠕变与应力松弛耦合破坏及临界幂律行为混凝土是一种广泛应用于结构工程领域的材料，但其力学性质受多种因素影响，其中包括温度、湿度和时间等因素。

在实际使用中，混凝土可能存在蠕变和应力松弛等行为，这些行为可能引起破坏，影响其力学性能。

因此，深入了解混凝土的这些行为特性及其临界幂律行为具有重要意义。

混凝土的蠕变行为指的是在长期外载荷作用下，混凝土会产生变形，并维持在一定的应力水平下。

蠕变行为的发生是因为混凝土在长时间内受到应力作用，其内部的分子结构发生了持续性变化。

蠕变行为不可逆，即使消除载荷，混凝土的变形也不会完全恢复到初始状态。

除了外载荷之外，温度、湿度等因素也会对混凝土的蠕变行为产生一定的影响。

混凝土的应力松弛行为指的是在恒定应变的作用下，混凝土的应力会随时间变化而逐渐降低。

应力松弛行为与蠕变行为存在相似之处，但应力松弛是由应变作用引起的，而不是外载荷作用。

应力松弛会导致混凝土在一段时间内失去一部分强度，从而影响其总体力学性能。

蠕变和应力松弛行为在混凝土材料中的特性和临界幂律行为密切相关。

临界幂律行为是指在某些特定条件下，混凝土蠕变和应力松弛行为会呈现出与时间的幂律相关的特性。

这种幂律趋势对于预测混凝土的长期强度和耐久性具有重要意义。

通过对混凝土蠕变和应力松弛行为的临界幂律分析，可以更好地理解混凝土材料的内部结构和变形特性，从而提高混凝土的设计与应用的准确性和可靠性。

在混凝土的蠕变和应力松弛行为研究中，常用的试验方法包括等温蠕变试验和等变应力松弛试验等。

通过这些试验方法可以测量混凝土材料在长时间内的应变和应力变化特性，从而得到混凝土材料的应力松弛曲线和蠕变曲线。

同时，还可以对不同因素对混凝土蠕变和应力松弛行为的影响进行研究。

这些试验和研究可以为混凝土结构的设计和应用提供重要依据。

总之，混凝土的蠕变和应力松弛行为及其临界幂律行为对于混凝土结构的长期强度和力学性能表现具有重要意义。

深入研究这些行为的特性和机理，对于指导混凝土结构的设计和应用，提高混凝土结构的耐久性和可靠性具有重要的理论和实践意义。

第二章名词解释1.凝聚态：根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分为固体、液体、气体。

2.单分子链凝聚态：大分子特有现象，高分子最小单位。

3.内聚能：1mol凝聚体汽化时需要的能量，△E = CE =△HV-RT(△HV——摩尔蒸发热，RT——汽化时做膨胀功)4.晶胞：晶体结构中具有周期性排列的最小单位。

5.晶系：晶体按其几何形态的对称程度。

ler指数：是一种特殊的，以结晶学单胞三条棱为坐标系时确定的指数。

7.单晶：晶体的整体在三维方向上由同一空间格子组成。

8.球晶：浓溶液中析出或熔体中析出，在不存在应力的条件下，形成圆球形的晶体。

9.片晶厚度：结晶聚合物的长周期与结晶度的乘积。

10.结晶度：试样中结晶部分所占的质量分数或体积分数。

11.高分子链的缠结：高分子链之间形成物理交联点，构成网络结构,使分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制。

12.聚合物液晶：一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上失去了固体物质的刚性，具有流动性，结构上仍保持有序结构，表现各向异性，成为固体-液体过渡状态。

13.溶致液晶：一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。

14.热致液晶：加热液晶物质时，形成的各向异性熔体。

15.液晶晶型：向列相（N相）:完全没有平移有序手征性液晶（胆甾相，手征性近晶相）层状液晶（近晶A，近晶C ）一维平移有序盘状液晶相（向列相ND）16.取向：在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构取向度：f=1/2（3cos2θ-1）（θ：分子链主轴与取向方向之间的夹角，称为取向角）17.双折射：一条入射光线产生两条折射光线的现象。

18.相容性：共混物各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。

19.多组分聚合物：多组分聚合物又称高分子合金，指该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物组分，不论组分之间是否以化学键相互连接。

20.自组装：基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。

说课稿聚合物的力学松弛现象各位领导、老师们，你们好！今天我要进行说课的内容是聚合物的力学松弛现象。

我的说课内容包括如下几个部分：一，说教材；二，说教学目的；三，说教学重点难点；四，说教法；五，说学法；六，说教学过程；七，教学效果分析。

一、说教材的地位和作用本节内容《聚合物的力学松弛现象》是化学工业出版社出版的金日光先生主编的第三版高分子物理第七章第一节内容。

高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学。

其主要研究内容为聚合物的分子结构、聚合物的分子运动、聚合物的多种物理性质。

其中本节内容是聚合物黏弹性的表现形式。

本节内容前面承接聚合物的微观分子结构和聚合物的分子运动，所以这部分内容是前面微观知识的宏观体现，且为生产过程中聚合物的成型加工垫定了理论基础。

二、说教学目的1. 知识与技能掌握聚合物黏弹性定义、特点、意义；掌握三种力学松弛现象的定义、原因、影响因素、意义等。

2. 过程与方法通过聚合物分子运动的理论学习，掌握将聚合物的宏观现象与聚合物分子运动相结合的学习方法。

3. 情感态度与价值观调整学习态度，理论联系实际，更好的为高分子类企业生产研究服务。

三、说教学重点难点考虑到聚合物与小分子材料的不同，在吃透教材的基础上，我确定了一下教学重点和难点。

教学重点：聚合物黏弹性定义、特点、意义；四种力学松弛现象的定义、原因、影响因素、意义等。

教学难点：聚合物分子运动明显区别与小分子运动、动态力学条件下聚合物的滞后与内耗是一个难点。

为了讲清教材的重、难点，使学生能够达到本节内容设定的教学目标，接下来我再谈一谈教法和学法。

四、说教法我们都知道分子运动是微观的，是肉眼无法观察到的，而聚合物的大分子运动比普通的小分子运动更复杂。

聚合物的力学松弛现象与聚合物的分子运动特点是息息相关的。

因此，基于本章内容的特点，我主要采用以下几种教学方法。

1. 多媒体演示法用多媒体演示聚合物力学松弛过程中大分子的运动情况。

使抽象的事物形象化。

材料的阻尼性能（内耗）一．内耗的概念大家都有这样的经验，振动的固体会逐渐静止下来。

如我们用一个铜丝吊一个圆盘使其扭动，即使与外界完全隔绝，在真空环境下也会停止下来。

这说明使振动得以停止的原因来自物体内部，物质不同会有不同的的表现，如改用细铅丝悬挂，振动会较快停下来。

我们把“机械振动能量由于内部的某种物理过程而引起的能量耗损称为内耗”能量损耗的大小对应着内耗损耗的大小，上面铅丝的内耗就比铜丝大（损耗大，衰减快，停得快）。

对于高频振动（兆赫芝以上），这种能量损耗又称超声衰减。

在工程领域又称内耗为阻尼。

在日常生活中，内耗现象相当普遍。

例如，古代保留下来的一些大钟，制造水平很高，敲击后余音不绝，这反映铸钟用的合金材料的内耗很低。

不过一旦钟出现裂纹，其声音便会很快停止下来，表明内耗已大为增加。

又如，人的脊椎骨的内耗很大，这样人走动时脚下的剧烈振动才不会传到人的大脑，而引起脑震荡。

在社会生活中，则常借用内耗概念来比喻一个单位内部因相互不配合使工作效率下降的现象。

关于内耗的研究主要集中在两个方面，一是寻求适合工程应用的有特殊阻尼本领的材料（通常用在两头。

内耗极小的材料，如制备钟表游丝，晶场显微镜的探针材料；内耗很大的材料，如隔音材料，潜艇的螺旋桨及风机）。

二是内耗的物理研究，由于内耗对固体中缺陷的运动及结构的变化敏感（上面大钟内的微裂纹），因此，常利用内耗来研究材料中各种缺陷的弛豫及产生相变的机制。

缺陷有点缺陷（零维）：杂质原子替代原子空位缺陷有线缺陷：位错缺陷有面缺陷：晶界、相界、缺陷有体缺陷：空洞具体实验中常通过改变温度、振动频率或振幅、变温速度、试样组分及加工、热处理、辐照条件等研究各种因素对内耗的影响规律及产生内耗的机制。

上面两方面的研究是相辅相成的。

需求刺激研究，如国防军工需求，潜艇降噪的需要推动了对高阻尼材料的研究；反之，研究有助于开发，如Mn-Cu合金的内耗研究，发现材料在某一温存在一个马氏体相变，可引起很大的内耗峰，此内耗峰的峰位随材料的组分变化，故可通过调节，改变合金组成使这个内耗峰的峰温移至室温附近，以此增加合金在室温条件下的阻尼，现已用在潜艇螺旋桨的制造。

1. 构型与构象有何区别？聚丙烯分子链中碳－碳单键是可以旋转的，通过单建的内旋转是否可以使全同立构的聚丙烯变为间同立构的聚丙烯？为什么?答：构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

构象：由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

全同立构聚丙烯与间同立聚丙烯是两种不同构型，必须有化学键的断裂和重排。

3. 哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答： 空间位阻参数δ212,20⎥⎦⎤⎢⎣⎡=r f h h δ答：因为等规PS 上的苯基基团体积较大，为了使体积较大的侧基互不干扰，必须通过C －C 键的旋转加大苯基之间的距离，才能满足晶体中分子链构象能量最低原则；对于间规PVC 而言，由于氢原子体积小，原子间二级近程排斥力小，所以，晶体中分子链呈全反式平面锯齿构象时能量最低。

δ越大,柔顺性越差；δ越小，柔顺性越好；特征比C n 220nl h c n =对于自由连接链 c n =1对于完全伸直链c n =n ，当n→∞时，c n 可定义为c ∞，c ∞越小，柔顺性越好。

链段长度b ：链段逾短，柔顺性逾好。

7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。

解：（1）PE>PVC>PAN主链均为C －C 结构，取代基极性－CN ﹥－Cl ，所以，聚丙烯腈的柔顺性较聚氯乙烯差；（2）2>1>31与3中都含有芳杂环，不能内旋转；3中全为芳环，柔顺性最差；主链中-O-会增加链的柔顺性；（3）3>2>1因为1中取代基的比例较大，沿分子链排布距离小，数量多，分子链内旋转困难；2和3中均含有孤立双键，易内旋转，故柔顺性较好。

（4）2>1>32中取代基对称排列，分子偶极矩极小，易内旋转；3中极性取代基较中比例大，分子内旋转困难，故柔顺性最差。

第2章 聚合物的凝聚态结构1. 名词解释凝聚态：物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。

第七章 材料弹性变形与内耗固体材料在受外力作用时，首先会产生弹性变形，外力去除后，变形消失而恢复原状，因此，弹性变形有可逆性的特点。

材料的弹性变形是人们选择和使用材料的依据之一， 近代航空、航天、 无线电及精密仪器仪表工业对材料的弹性有更高要求，不仅要有高的弹性模量，而且还要恒定。

另一方面，材料的弹性模量是组织不敏感参量，准确测定材料的弹性模量，对于研究材料原子的 相互作用和相变等都具有工程和理论意义。

实际上，绝大多数固体材料很难表现出理想的弹性行为，或是材料在交变应力作用下，在弹 性范围内还存在非弹性行为，并因此产生内耗。

内耗代表材料对振动的阻尼能力，作为重要的物 理性能，工程上有些零件要求材料要有高的内耗以消振，如机床床身、涡轮叶片等，而有些零件 则要求材料有低的内耗，以降低阻尼，如弹簧、游丝、乐器等。

另一方面，内耗是结构敏感性能， 故可用于研究材料的内部结构、溶质原子的浓度以及位错与溶质原子的交互作用等材料的微观结 构问题，是一种很有效的物理性能分析方法。

第一节材料弹性变形一•弹性模量及弹性变形本质在弹性范围内，物体受力的作用要产生应变，其应力和应变之间的关系符合胡克定律=E s, T G Y P=K 0 （7-1）式中，（X T 和p 分别为正应力、切应力和体积压缩应力； s 丫和0分别为线应变、切应变和体积 应变；比例系数E 、G 和K 分别为正弹性模量（杨氏模量）、切变模量和体积模量。

它们均表示材 料弹性变形的难 易程度，即引 起单位变形所需要的应力大小。

在各向同性的材料中，它们之间的关系是 E2(1厂二) E3(1 _2」) 式中，□为泊松比，即当材料受到拉伸或压缩时，横向应变与纵向应变之比。

可以证明，如果材料在形变时体积不变， 则泊松比为0.5。

大多数材料在拉伸时有体积变化 （膨胀），泊松比为0.2〜 0.5。

对于多数金属的 □值约在0.25~0.35之间，G/E 的实验值大约是 3/8。

名词解释θ温度：在某一温度下聚合物溶于某一溶剂中，其分子链段间的相互吸引与溶剂化以及排斥体积效应所表现出的相斥力相等，无远程相互作用，高分子处于无扰状态，排斥体积为0，该溶液的行为符合理想溶液行为，此时溶液的过量化学为为0，溶液为θ溶液，此时温度称为θ温度。

内聚能密度与溶度参数：内聚能密度定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量。

溶度参数定义为内聚能密度的平方根。

时温等效原理：升高温度与延长时间对分子运动是等效的，对聚合物的粘弹行为也是等效的力学松弛：高聚物的力学性质随时间的变化，它包括蠕变、应力松弛、滞后、力学损耗。

泊松比：材料拉伸时横向应变与纵向应变比值之负数，是一个反映材料性质的重要参数。

构型与构象：构型是指分子中由化学键所固定的原子的空间排列。

构象是指由于单键的内旋转而产生的分子中原子的空间位置上的变化。

液晶：一些物质的结晶结构受热溶融或被溶剂溶解之后，表观上虽然失去了固体物质的刚性，变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着一维或二维有序排列，从而在物理性质上呈现出各向异性，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过度状态（液晶状态），处在这种状态下的物质称为液晶。

银纹：聚合物在张应力的作用下，在材料某些薄弱的地方出现应力集中而产生的局部的塑性形变和取向，以至于在材料的表面或者内部垂直于应力方向出现微细凹槽的现象。

内聚能密度：定义克服分子间作用下，1mol的凝聚体汽化时所需的能量为内聚能密度，表征分子间作用力的强弱。

应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。

链段：高分子链上能独立运动（或自由取向）最小单元。

溶胀：高聚物溶解前吸收溶剂而体积增大的现象。

蠕变：在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象。

构象：由于单键内旋转而产生的高分子链在空间的不同形态。

泊松比：材料拉伸时横向应变与纵向应变比值之负数，是一个反映材料性质的重要参数。