聚合物的屈服断裂和强度部分解析.ppt

第七章高聚物的屈服、断裂和强度7.1描述力学性质的基本物理量和几种常用的力学性能指标二应变类型
三种基本的应变类型
简单拉伸简单剪切均匀压缩

1拉伸应变
在简单拉伸的情况下，材料受到的外力F是垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用于同一直线上的两个力，如下图所示，这时材料的形变称为拉伸应变。①小形变时
拉伸应变通常以单位长度的伸长来定义，如果材料的起始长度为l0，变形后的长度为l，则拉伸应变

式中Δl—材料的绝对伸长
习用应变，相对伸长
拉伸应变—拉伸应力
习用应变—习用应力，习用应力定义为：
式中A0—材料的起始截面积

②大形变时
材料的截面积将发生较大的变化，习用应力与材料的真实应力会发生较大的偏差，应以真实截面积A代替A0，得到的应力则称为真应力。

真应变：li→li+dli，

其他拉伸应变的定义，如：
2剪切应变
在简单剪切的情况下，材料受到的力F是与截面A0相平行的大小相等、方向相反的两个力，如下图所示，这时材料的形变称为剪切应变。

简单剪切示意图
切应变定义为剪切位移量S与剪切面之间的距离d的比值，即剪切角（或称偏斜角）θ的正切。

当切应变足够小时，

材料的剪切应力为：
3均匀压缩应变
在均匀(流体静力)压缩的情况下，材斜受到的围压力P的作用，发生体积形变，使材料从起始体积V0→缩小为V0-ΔV，如下图所示，这时材料的形变称为均匀压缩应变Δ，Δ定义为单位体积的体积减小，即三弹性模量和柔量
对于理想的弹性固体，应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量。

表征材料抵抗变形能力的大小，模量越大，越不容易变形，材料刚性越大。
上述三种基本类型的弹性模量分别称为杨氏模量E，剪切模量G和体积模量B。

三种基本应变的模量三种基本应变的模量三种基本应变的模量柔量：模量的倒数
杨氏模量E的倒数称为拉伸柔量，用D表示
剪切模量G的倒数称为剪切柔量，用J表示
体积模量B的倒数称为可压缩度三种应变模量的关系不同材料的泊松比四机械强度
当材料所受的外力超过其承载能力时，材料抵抗外力破坏的能力就是机械强度。
1拉伸强度
拉伸强度是在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，如下图所示，直至断裂时试样承受的最大载荷P与试样横截面的比值，通常用σt表示，即

其单位为N/m2或Pa
对应的拉伸模量通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例计算，即：

式中—ΔP变形较小时的载荷2压缩强度
与拉伸试验类似，若向试样施加的是单向压缩载荷，则得到的是压缩强度和压缩模量。
理论上，所得压缩模量应与拉伸模量相等，即Et=Ec，
实际上，压缩模量Ec通常稍大于拉伸模量Et3弯曲强度（挠曲强度）
是在规定试验条件下，对标准试样施加静弯曲力矩，如下图所示，直到试样折断为止，取试验过程中的最大载荷P，并按下式计算弯曲强度

式中δ—挠度
4冲击强度
冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。
通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。

式中W—冲断试样所消耗的功（冲击功）
5硬度
硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。
硬度的大小—材料的抗张强度和弹性模量
硬度试验方法有划痕法、压入法和动态法。不同测量方法所得硬度的量值和物理意义均不同。
划痕法测得的硬度表示材料抵抗表面局部断裂的能力，称为莫氏硬度；压入法测得的硬度表示材料抵抗表面塑性变形的能力，根据试验方式分为：
布氏硬度
洛氏硬度
邵氏硬度
动态法测得的硬度表示材料抵抗弹性变形的能力，主要有：
肖氏硬度
动态布氏硬度常见塑料的拉伸和弯曲强度7.2高聚物的屈服、断裂现象及拉伸强度与增强从试验测得的应力、应变数据可以绘制出应力-应变曲线，如下图所示：(一）玻璃态高聚物的应力-应变曲线A点—弹性极限点，σA为弹性强度极限，δA为弹性伸长极限；
Y点—屈服点，σY为屈服强度εY为屈服伸长率；
B点—断裂点，σB为断裂强度δA为断裂伸长率。
拉伸过程中，高分子链的运动分别经历三个过程：
（1）弹性形变
（2）强迫高弹形变
（3）粘流

2影响因素
（1）外因—温度、拉伸速率
①温度
曲线（1）：T＜＜Tg，应力随应变成正比地增加，ε〈10％，发生断裂。
曲线（2）：温度略微升高以后，出现了一个转折点Y，即屈服点。应力在Y点处达极大值。曲线（3）：温度升至Tg以下几十度的范围内时，屈服点之后，试样在不增加外力或者外力增加不大的情况下，能发生很大的应变，然后应力又增加，直至断裂
曲线（4）：T＞Tg，试样进入高弹态，在不大的应力下便可发展高弹形变，曲线不再出现屈服点，试样断裂前，应力又出现急剧上升。
σB与σY与T的关系曲线如下：温度低于Tb，玻璃态高聚物必定发生脆性断裂，因此这个温度称为脆化温度，玻璃