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防腐化工管道橡胶软接头:材料物理性能部分知识点(一)

责任编辑:橡胶接头 橡胶软接头 橡胶软连接 发布时间:2017-11-06 09:47 浏览次数:
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防腐化工管道橡胶软接头
 
  1. 名义应力:真实应力:
  正应力——伸长或缩短的量——正应变,用σ表示;
  剪切应力——畸变或转动的量——剪切应变,用τ表示。
  名义应变:真实应变:
  正应变:xx,yy,zz;
  剪切应变:xy,yz,zx。
  2. 材料受力形变的三个阶段:
  弹性形变:当外力去除后,能恢复到原来形状和尺寸的形变。
  塑性形变:外力去除后,形状或尺寸不能恢复的形变。
  断裂。
  3. 根据受力形变.征,材料可分为:
  脆性材料(非金属材料):只有弹性形变,无塑性,形变或塑性形变很小。
  延性材料(金属材料):有弹性形变和塑性形变。
  弹性材料(橡胶):弹性变形很大,没有残余形变(无塑性形变)。
  4. 结论:
  弹性形变的物理本质:原子间结合力抵抗外力的宏观表现。
  弹性系数ks和弹性模量E是反映原子间结合强度的标志。
  5. 影响弹性模量的因素即影响原子间结合力的因素。
  (1)键合方式:共价键和离子键结合力强,弹性模量E较大;金属键和分子键结合力弱,E较低。(2)晶体结构因材料的方向不同差别很大,排列越致密的方向结合越紧密,E越大。(3)温度大部分固体,受热后渐渐开始膨胀、变软,原子间结合力减弱,弹性常数降低。(4)复相的弹性模量在二相系统中,总模量介于高模量成分和低模量成分间,类似于二相系统的热膨胀系数,通过假定材料有许多层组成,这些层平行或垂直于作用单轴应力,找出.宽的可能界限。
  6. 一些非晶体有时甚至多晶体在比较小的应力作用下可同时表现出弹性和粘性,称为粘弹性。理想弹性体受应力作用立即产生应变,与时间无关。一旦应力撤除,应变也随之立即消除。实际固体材料的应变产生与消除需要有限时间,这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
  7. 应变蠕变固体材料在恒定荷载下,变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程,或材料受力后内部原子由不平衡到平衡的过程,也叫徐变。当外力除去后,徐变变形不能立即消失。应力弛豫在持续外力作用下,发生变形着的物体,在总的变形值保持不变的情况下,由于徐变变形渐增,弹性变形相应的减小,由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。
  8. 一个自由振动的固体,即使与外界完全隔离(如处于真空环境),它的机械能也会转化成热能,从而使振动逐渐停止;如果是强迫振动,则外界必须不断提供能量,才能使这个固体维持振动。这种由于固体内部原因而使机械能消耗的现象称为内耗,又叫阻尼,内耗变化的.大值称为内耗峰。
  9. 材料屈服时所对应的应力值,即材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。
  10. 产生滑移的条件
  几何条件:面间距大;滑移矢量(柏格斯矢量)小。
  静电条件:每个面上是同一种电荷的原子,相对滑动面上的电荷相反。
  11. 滑移系统
  包括滑移方向和滑移面,即滑移按一定的晶面和方向进行。
  12. 为什么无机非金属材料不易塑性形变?
  无机非金属材料的离子键或共价键具有方向性,同号离子斥力.大,满足几何条件与静电条件的滑移系统少。结构越复杂,满足条件就越困难。金属的柏格斯矢量一般为3A左右,较小,根据位错形成能E=aGb2,易形成位错;无机材料的柏格斯矢量较大,如MgAl2O4三元化合物为8A,Al2O3的为5A,难以形成位错。
  13. 高温蠕变:材料在高温下长时间的受到小应力作用,出现蠕变现象,即时间——应变的关系。在高温条件下,借助于外应力和热激活的作用,形变的一些障碍物得以克服,材料内部质点发生了不可逆的微观过程。
  14. 高温蠕变机理
  晶格机理——位错攀移理论,主要针对于单晶蠕变,但也可能控制着多晶的蠕变过程;
  扩散蠕变理论——空位扩散流动;
  晶界机理——多晶体的蠕变。
  15. 高温蠕变的影响因素
  (1)温度、应力(外界因素)
  当温度升高时,形变速率加快,恒定蠕变阶段缩短。增加应力时,曲线形状的变化类似与温度。合力越大,越不易发生蠕变,所以共价键结构的材料具有好的抗蠕变性。
  (2)晶体的组成结构
  (3)显微结构
  材料中的气孔、晶粒、玻璃相等对蠕变都有影响。气孔率增加,稳态蠕变速率也增大;晶粒越小,稳态蠕变速率越大;温度升高,玻璃相黏度降低,变形速率增大,蠕变速率增大。
  16. 理论断裂强度: th =( E/ r0 )1/2=( E/ a )1/2
  Griffith微裂纹理论: c=(2 E / C)1/2
  17. 断裂韧性即临界应力场强度因子K1C
  当K1随着外应力增大到某一临界值,裂纹.端处的局部应力不断增大到足以使原子键分离的应力c,此时,裂纹快速扩展并导致试样断裂。反映了具有裂纹的材料对外界作用的抵抗能力,即材料抵抗裂纹失稳扩展的阻力因素。
  概念区分——韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好,则发生脆性断裂的可能性越小。
  18. 裂纹的起源
  晶体微观缺陷发展成裂纹
  材料表面的机械强度损.与化学腐蚀形成的表面裂纹——.危险的的裂纹(裂纹的扩展由表面裂纹开始)
  热应力引起裂纹
  气体逸出形成的裂纹
  晶体生长或无定形向晶形转变形成裂纹
  19. 亚临界裂纹扩展的定义
  指脆性材料在受到低于其临界应力的使用应力作用下,裂纹扩展取决于温度、应力和环境介质,随着时间的推移而缓慢扩展。在这过程中,材料处于稳态。又叫静态疲劳。
  20. 亚临界裂纹扩展机理
  1)环境介质的作用(应力腐蚀)引起裂纹的扩展
  定义:材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性断裂称为应力腐蚀断裂。实质:在一定的坏境条件和应力场强度因子作用下,材料中关键裂纹.端处,裂纹扩展的动力与裂纹阻力的相对大小,构成裂纹生长或不生长的必要充分条件。起因:材料长期暴露在腐蚀性环境介质中,断裂强度降低。
  2)高温下裂纹.端的应力空腔作用:
  在高温下,多晶多相材料长期受力作用,晶界玻璃相粘度下降,毛细管力在此处引起局部应力,使晶界发生蠕变或粘性流动,晶界处的气孔、夹杂物、及结构缺陷逐渐长大,形成空腔,空腔进一步沿晶界方向长大、连通形成次裂纹,与主裂纹汇合形成裂纹的缓慢扩展。
  21. 预测材料寿命的两种方法:无损探.法\保证试验法
  22. 材料强度的影响因素
  内在因素:材料的物性。如:弹性模量、热膨胀系数、导热性、断裂能;显微结构:相组成、气孔、晶界(晶相、玻璃相、微晶相)、微裂纹(长度、.端的曲率大小);
  外界因素:使用温度、应力、气氛环境、试样的形状大小、表面;(例如:无机材料的形变随温度升高而变化的情况——塑性——粘性流动——弹性——弹塑性)
  工艺因素:原料的纯度粒度形状、成型方法、升温制度、降温速率、保温时间,气氛及压力等。
  23. 脆性指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。
  韧性是材料强度和塑性的综合表现。强度是材料抵抗变形和断裂的能力,塑性则表示材料断裂时总的塑变程度。因此,可以用材料在塑性变形和断裂全过程中吸收能量的多少表示韧性的高低。
  24. 脆性的本质是缺少五个.立的滑移系统,在受力状态下难于发生滑移使应力松弛。显微结构的脆性根源是材料内部存在裂纹,易于导致高度的应力集中。
  25. 克服材料脆性的原则
  提高材料的断裂能(断裂韧性),便于提高抵抗裂纹扩展的能力;减小材料内部所含裂纹缺陷的尺寸,以减缓裂纹.端的应力集中效应。
  26. 克服材料脆性的途径
  (1)弥散增韧——增韧相弥散于材料中
  在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料,达到增韧的效果。其本质为通过裂纹.端塑性形变的作用能量吸收:裂纹.端的原子发生不可逆的重排,并以塑性功的形式吸收可观的弹性应变能,使裂纹扩展的动力减弱。
  (2)相变增韧
  利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变,从而增韧的效果。本质:在温度或应力的诱发下发生相变,产生体积膨胀,一方面引发微裂纹,消耗能量,另一方面在主裂纹区产生压应力,二者均能阻止或阻碍裂纹的扩展。
  (3)微晶、高密度、高均匀度、高纯度
  为了消除缺陷,提高晶体的完整性,细、密、匀、纯具有重要意义。
  (4)预加应力
  人为地预加应力,在材料表面造成一层压应力层,可以提高材料的抗拉强度。
  (5)化学强化
  通过改变表面化学的组成,使表面产生两向状态的压应力。
  27. 硬度的测试方法按加载方式分:可分为压入法和刻划法两大类。
  28. 根据格波频率的大小,可将其分为分为声频支和光频支。声频支:格波中频率较低的振动波,质点彼此之间的位相差不大,相邻原子具有相同的振动方向。类似于弹性体中的应变波。光频支:格波中频率较高的振动波,质点间的位相差很大,相邻原子振动方向相反,频率往往在红外光区。
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