材料的变形性质及分类

2023-11-07 理论教育版权反馈

【摘要】：当外力除去后，能完全恢复原有形状的性质，称为材料的弹性，这种变形，称为弹性变形。混凝土、砖瓦、生铁及石料等建筑材料，在受力破坏之前均无显著变形，称为脆性材料。徐变和应力松弛除与材料本身的性质有关外，还与材料所受外力的大小有关。

1.弹性变形与塑性变形

材料在外力作用下会发生形状、体积的改变，即变形。当外力除去后，能完全恢复原有形状的性质，称为材料的弹性，这种变形，称为弹性变形。

弹性变形的大小与外力成正比，比例系数E 称为弹性模量。在弹性变形范围内，用式（1-20）表达：

式中　ε——材料的应变；

σ——材料的应力，MPa；

E——材料的弹性模量，MPa。

弹性模量是材料刚度的度量，E 值越大，材料越不容易变形。

材料在外力作用下产生变形，但不破坏，除去外力后材料仍保持变形后的形状、尺寸的性质，称为材料的塑性，这种变形称为塑性变形。(www.chuimin.cn)

有些材料在受力不大时，表现为弹性变形，当外力超过一定限度后，材料产生塑性变形（如低碳钢）；有些材料受力后，弹性变形和塑性变形同时产生，除去外力后，弹性变形可以恢复，而塑性变形则不能恢复（如混凝土）。

通常在规定的试验条件下，按规定的试验方法对材料加荷，按材料在破坏前有无显著变形，将材料分为塑性材料和脆性材料两类。混凝土、砖瓦、生铁及石料等建筑材料，在受力破坏之前均无显著变形，称为脆性材料。反之则称为弹性材料。

2.徐变与应力松弛

在恒定外力的长期作用下，固体材料的变形随时间的延续而逐渐增大的现象，称为徐变；若总变形不变，其中塑性变形随时间的延续增大，弹性变形逐渐减小，因而引起材料中弹性应力随时间延长而逐渐降低的现象，称为应力松弛。

引起材料徐变和应力松弛的原因，主要是在材料中存在某些非晶体物质，在外力作用下产生黏性流动，晶体物质在剪应力作用下产生晶格错动或滑移。

徐变和应力松弛除与材料本身的性质有关外，还与材料所受外力的大小有关。当应力未超过某一极限时，徐变会随时间延长而逐渐减小，最后徐变变形停止发展；当应力超过某一极限值时，徐变变形会随时间延长而逐渐加大，直至材料破坏。徐变和应力松弛还与材料所处的环境温度有关，温度越高，材料的徐变和应力松弛越大。