简答题
何谓材料的弹性?弹性模量的物理意义是什么?哪些因素影响材料的弹性模量?材料的静态弹性模量和动态弹性模量有何差异?
正确答案
1)给材料施加外力,材料会发生变形,外力去除后材料能恢复原状的性质称为材料的弹性。
2)宏观上,E代表材料对弹性正应变的抗力;微观上E表征原子间的结合力。
3)影响因素
(1)原子结构和晶体结构:原子结构不同,价电子层和能带结构不同,直接影响原子间相互作用势能,再加上晶体结构不同,原子间距和近邻原子数都不同,也对原子的相互作用势能和恢复力系数 有影响,E对晶体结构十分敏感。
(2)温度:温度通过热膨胀或热振动,影响原子间距,进而影响弹性模量;另外,温度还能显著降低原子位移的阻力。
(3)电、磁场:对于介电质和铁磁质,电场、磁场能分别引起电致伸缩、磁致伸缩,再加上热膨胀、外力等因素的复合作用,也会影响弹性模量。
(4)变形速率和弛豫时间:由于应变在微观上常与原子迁移、位错运动、晶界滑移等机制相关,而这些微观运动是需要时间来完成的,因此,宏观上的变形速率、弛豫时间等因素也能影响E。
4)由材料的单向拉伸实验和应力、应变曲线获得的弹性模量,通常被称为静态弹性模量。由共振频率法和超声法测得的弹性模量为动态弹性模量。静态模量大多低于动态模量,这是因为静态测试弹性模量
(1)测试时的应变速率太低,过程中容易产生应变弛豫现象;
(2)测试时应力太大,很难保证微观上不发生塑性变形。