材料动力学行为ppt课件
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材料中的热力学与动力学1
������
17
The state of a System at Equilibrium: -Defined by the collection of all macroscopic properties that are described by State variables (p, n, T, V, …)
or
∆U=q+w
− ������������= ������������
7
2th Law:
Define Entropy: - Puts restrictions on useful conversion of q to w - Follows from observation of a directionality to natural or spontaneous processes - Provides a set of principles for - determining the direction of spontaneous change - determining equilibrium state of system
11
3th Law:
Corollary:
It’s impossible to decrease the temperature of any system to T=0K in a finite number of steps.
12
These laws are Universally Valid, they cannot be circumvented.
-For a one-component System, all that is required is “n” and 2 variables. All other properties then follow.
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The state of a System at Equilibrium: -Defined by the collection of all macroscopic properties that are described by State variables (p, n, T, V, …)
or
∆U=q+w
− ������������= ������������
7
2th Law:
Define Entropy: - Puts restrictions on useful conversion of q to w - Follows from observation of a directionality to natural or spontaneous processes - Provides a set of principles for - determining the direction of spontaneous change - determining equilibrium state of system
11
3th Law:
Corollary:
It’s impossible to decrease the temperature of any system to T=0K in a finite number of steps.
12
These laws are Universally Valid, they cannot be circumvented.
-For a one-component System, all that is required is “n” and 2 variables. All other properties then follow.
课件：第3章：材料静态拉伸
s
工程应力-应变
e 图3-3真实应力-应变
思考题：压缩时的真实-应变 曲线？
3.1.5 部分工程材料的键型和弹性模量
材料
键型
弹性模量/GPa 屈服/强度极限/MPa
熔点°C
铁/低碳钢 镍 钛 铝 铜
金属键 210 金属键 210 金属键 118 金属键 72 金属键 132
~260
1538
600 1084
现颈缩现象。
d e
ss
sb
sk
ek
e
（1）材料在屈服阶段、强 化变形阶段和局部变形阶段 的变形都属于塑性变形，材 料卸载以后，变形不可恢复。
（2）静态拉伸试验通常是 指在材料的应变速率小于 10-1/s 的 情 况 下 进 行 的 拉 伸 试验。
试验过程应变的精确测试方法
应变仪
（1）应变片；
应
（2）应变规；
最大等效 塑性应变
无超速历 史
1050
0.001317
有超速历 史
764 (降286)
0.004744
原始叶轮（运行不到1年后断裂破坏） 改进设计后叶轮（已经正常运行4年）
棘轮效应
3.1.4 材料拉伸时的真实应力-应变曲线
真实应力：
strue=F/S F----任意时刻的载荷；
S----任意时刻的截面积；
s
A B
sa
oC
e
e=a%
图3-8 非比例伸长应力sa的图 解求法
3.1.6 拉伸试验注意事项
(1) 试件的拉伸和夹持部分必须同轴； (2) 试件表面应具有较高的光洁度； (3) 夹持力应因材料的种类不同而不同； (4) 注意设置拉伸速率； (5) 了解设备性能、注意安全操作； (6) 必须纪录试验时间、地点、试验条件、试
工程应力-应变
e 图3-3真实应力-应变
思考题：压缩时的真实-应变 曲线？
3.1.5 部分工程材料的键型和弹性模量
材料
键型
弹性模量/GPa 屈服/强度极限/MPa
熔点°C
铁/低碳钢 镍 钛 铝 铜
金属键 210 金属键 210 金属键 118 金属键 72 金属键 132
~260
1538
600 1084
现颈缩现象。
d e
ss
sb
sk
ek
e
（1）材料在屈服阶段、强 化变形阶段和局部变形阶段 的变形都属于塑性变形，材 料卸载以后，变形不可恢复。
（2）静态拉伸试验通常是 指在材料的应变速率小于 10-1/s 的 情 况 下 进 行 的 拉 伸 试验。
试验过程应变的精确测试方法
应变仪
（1）应变片；
应
（2）应变规；
最大等效 塑性应变
无超速历 史
1050
0.001317
有超速历 史
764 (降286)
0.004744
原始叶轮（运行不到1年后断裂破坏） 改进设计后叶轮（已经正常运行4年）
棘轮效应
3.1.4 材料拉伸时的真实应力-应变曲线
真实应力：
strue=F/S F----任意时刻的载荷；
S----任意时刻的截面积；
s
A B
sa
oC
e
e=a%
图3-8 非比例伸长应力sa的图 解求法
3.1.6 拉伸试验注意事项
(1) 试件的拉伸和夹持部分必须同轴； (2) 试件表面应具有较高的光洁度； (3) 夹持力应因材料的种类不同而不同； (4) 注意设置拉伸速率； (5) 了解设备性能、注意安全操作； (6) 必须纪录试验时间、地点、试验条件、试
复合材料力学性能ppt课件
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要 克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
.
8
Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
应变硬化
E D A
D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力. -应变曲线（玻璃态）
20
2.2 高分子材料的力学性能
.
21
2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
4 软而韧
5 软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率 小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
扭转
F
.
17
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑 铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
.
电子万能材料试验机
18
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
.
19
材料的力学性能课件05_冲击
SHPB冲击试验与应力波分析
SHPB实验原理是将试样夹持于两个 细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间， 由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射 弹性杆的另一端，产生压应力脉冲并 沿着入射弹性杆向试样方向传播。当 应力波传到入射杆与试样的界面时， 一部分反射回入射杆，另一部分对试 样加载并传向透射杆，通过贴在入射 杆与透射杆上的应变片可记录人射脉 冲，反射脉冲及透射脉冲。当材料在 受冲击时瞬间变形可近似地视为恒应 变率，由一维应力波理论可以确定试 样上的应变率、应力、应变。
材料的冲击破坏
载荷以高速度作用于材料的现象称为冲击。材料在冲击载荷作用下 发生的破坏与静载破坏有着不同的特点。冲击破坏过程中的应力波效应 是造成这一差异的主要根源。此外材料的应变率性效应也会对材料的冲 击破坏产生影响。设法在实验测试中将材料的应力波效应与应变率效应 解耦是测定材料动态本构关系的关键。
在变形观测方面，直到现代才建立起一些较可行的方法，如超高速照相、光弹法等， 但仍需改进。因此，冲击试验更多适用于测定材料的宏观平均抗冲击能力。
冲击试验与吸收能量
摆锤冲击试验 测定材料抵抗单次大能量冲击的能力
(a) Charpy冲击试验，试样处于三点弯曲受力状态 (b) Izod冲击试验，试样处于悬臂弯曲受力状态
SHPB冲击试验与应力波分析
C0v v C0
S (t)
EA 2 AS
i
(t)
r
(t)
t
(t)
S (t)
C0 lS
t 0
i
(t
)
r
(t
)
t
(t
)
dt
S
(t
)
C0 lS
i
(t)
r
(t)
材料的动力学行为
材料的动力学行为1. 引言材料的动力学行为是材料科学研究中的重要组成部分。
它涉及到材料在外力作用下的应变和应力，以及与时间和温度等因素的关系。
理解材料的动力学行为有利于预测和控制材料的力学性能，为材料的应用和开发提供基础。
2. 动力学行为中的应力当一个外力作用于材料时，它会产生应力。
应力是指单位面积上的力，通常用希腊字母σ表示。
在材料受到外力作用的情况下，应力是沿特定方向的。
同时，应力可以是正的或负的。
当一个拉伸杆受到外力时，应力是正的，表示在杆的截面上的拉力。
当一个压缩杆受到外力时，应力是负的，表示在杆的截面上的压力。
3. 动力学行为中的应变应变是指单位长度的变化量，通常用希腊字母ε表示。
当材料受到外力作用时，它会发生变形，这种变形称为应变。
与应力一样，应变也可以是正的或负的。
当材料被拉伸时，应变是正的，当材料被压缩时，应变是负的。
4. 应力-应变曲线应力-应变曲线是描述材料动力学行为的一种常见方法。
它反映了材料受到外力时的变形情况。
通常，应力-应变曲线可以分为弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和断裂阶段。
弹性阶段：在一定程度的外力作用下，材料会发生弹性变形。
这种变形是可逆的，当外力作用去除后，材料会恢复到原始状态。
在这个阶段，材料的应力随着应变的增加而线性增加。
屈服阶段：当外力作用超过一定程度时，材料就会发生屈服。
在这个阶段，材料的应力增加得比应变快，应力-应变曲线变得非线性。
在达到一定应力时，材料的应变就不再继续增加了，这个应力称为屈服强度。
塑性阶段：在材料屈服后，它会发生塑性变形。
在这个阶段，材料会继续变形，但应力不再增加，保持恒定。
当材料被加载到它的极限时，它会突然断裂。
断裂阶段：在材料达到其极限应力时，它会突然断裂。
在这个阶段，材料的应变增加非常快，而应力也随之急剧增加，最终导致材料的破裂。
5. 动力学行为与时间和温度的关系材料的动力学行为与时间和温度有着密切的关系。
随着时间的推移，材料的性能会发生变化，这种变化被称为蠕变。
材料科学材料性能与指标PPT课件
树脂材料拉伸曲线
10
20
30
e(%)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
s(MPa)
低碳钢
锰钢
硬铝
退火球墨铸铁
延展性或塑性的表征
延伸率 elongation 断面收缩率 reduction of area
< 5%： 脆性材料
塑性材料和脆性材料力学性能比较:
塑性材料
各种材料的能带结构
2.4.2 介电性能 Dielectric Property
电容C（capacitance）——电荷量q与电压V的比值：
平板电容计算： C = (A/L)
：介电常数，表征材料极化和储存电荷的能力； 相对介电常数r： r=/0 (介质常数、介电系数或电容率)
2.3.2 热膨胀 thermal expansion
势能一原子间距离曲线
假想的
实际的
热膨胀现象解释
金属和无机非金属材料的线膨胀系数较小； 聚合物材料则较大。
键强与热膨胀
膨胀的差异 ——原子间的键合力越强，则热膨胀系数越小。
热量通量q ： 热导率：表征物质热传导性能的物理量。 单位：Wm-1K-1，或 calcm-1s-1K-1 1 calcm-1s-1K-1=4.2102 Wm-1K-1
溶蚀性 耐腐蚀性 抗渗透性 抗氧化性
——材料抵抗各种介质作用的能力
化学稳定性
2.1 化学性能 Chemical Performance
氧化物成核 生长 氧溶解
氧化膜生长 内氧化
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
吸附
（1）化学锈蚀
材料的力学性能课件03_硬度
测定维氏硬度时压力、试样厚 度、试样硬度的选择
维氏硬度的主要优点在于可灵活选择压力而试验结果仍具可比性，此外，它测量范 围广，准确度高。不足之处在于效率不很高，测量结果不直接。
显微硬度
显微硬度试验一般是指测试载荷小于2N的硬度试验，此时压痕极 其微小， 几乎不损坏试件， 且便于测定微小区域内的硬度。常用的有 显微维氏硬度和努氏硬度两种 。
20～67
60～85 25～100
HRA, HRC 0.2 e 0.002
洛氏硬度可统一表示为
HRB 0.2 e 30 0.26 e
0.002
0.002
不同标尺下的洛氏硬度值不具有可比性，因为它们之间不存在相似性。 以上标尺仅适用于平面，若在圆柱面或球面上测定洛氏硬度，需要进行修正。
回跳法
➢ 肖氏硬度 ➢ 里氏硬度
刻划法
➢ 莫氏硬度
将特定的压头以一定压力压入材料的表面， 表征材料表面抵抗外载时引
然后测量材料表面留下的压痕的尺寸，压 起塑性变形的能力。硬度大，
痕越大、越深则硬度越低 。
形变抗力也大。
使特定的小球被材料表面反弹，然后测量 弹起的高度，回跳高度越大则硬度越高。 表征材料弹性变形功的大小。 通过不同硬度的材料相互在表面刻划，根
表征材料表面对破坏的抗力。
据留下的划痕来确定硬度的相对大小。
硬度测量的特点
硬度测定简便，造成的表面损伤小，基本属于“无损”检测的范畴，可直接在 零部件上测量，因此在工程应用中，硬度测量被广泛采用，尤其是在现场实时 检测中更有效。
硬度不是一种基本力学性能指标，根据测量方法不同，分别与材料的塑性变形、 弹性比功和断裂抗力有关。因此在比较不同材料的硬度时要注意硬度测量方法 的一致性。
维氏硬度的主要优点在于可灵活选择压力而试验结果仍具可比性，此外，它测量范 围广，准确度高。不足之处在于效率不很高，测量结果不直接。
显微硬度
显微硬度试验一般是指测试载荷小于2N的硬度试验，此时压痕极 其微小， 几乎不损坏试件， 且便于测定微小区域内的硬度。常用的有 显微维氏硬度和努氏硬度两种 。
20～67
60～85 25～100
HRA, HRC 0.2 e 0.002
洛氏硬度可统一表示为
HRB 0.2 e 30 0.26 e
0.002
0.002
不同标尺下的洛氏硬度值不具有可比性，因为它们之间不存在相似性。 以上标尺仅适用于平面，若在圆柱面或球面上测定洛氏硬度，需要进行修正。
回跳法
➢ 肖氏硬度 ➢ 里氏硬度
刻划法
➢ 莫氏硬度
将特定的压头以一定压力压入材料的表面， 表征材料表面抵抗外载时引
然后测量材料表面留下的压痕的尺寸，压 起塑性变形的能力。硬度大，
痕越大、越深则硬度越低 。
形变抗力也大。
使特定的小球被材料表面反弹，然后测量 弹起的高度，回跳高度越大则硬度越高。 表征材料弹性变形功的大小。 通过不同硬度的材料相互在表面刻划，根
表征材料表面对破坏的抗力。
据留下的划痕来确定硬度的相对大小。
硬度测量的特点
硬度测定简便，造成的表面损伤小，基本属于“无损”检测的范畴，可直接在 零部件上测量，因此在工程应用中，硬度测量被广泛采用，尤其是在现场实时 检测中更有效。
硬度不是一种基本力学性能指标，根据测量方法不同，分别与材料的塑性变形、 弹性比功和断裂抗力有关。因此在比较不同材料的硬度时要注意硬度测量方法 的一致性。
材料动力学
材料动力学
材料动力学是研究物质内部结构和性质变化的学科，其重点是材料的相变、形变和扩散等动力学过程。
这些动力学过程不仅涉及到材料的宏观性质变化，也涉及到材料的微观结构变化。
材料动力学的研究对于提高材料性能、制定材料加工工艺和改进材料设计具有重要意义。
首先，材料动力学研究可以帮助我们更好地理解材料的相变过程。
相变是材料内部由一种相转变为另一种相的过程，常见的相变有固态相变、液态相变和气态相变等。
材料动力学研究可以通过对相变过程中的结构和性质变化进行实验和理论分析，揭示相变过程中的微观机制，从而指导材料的制备和改进工艺。
其次，材料动力学研究对于材料的形变行为的理解具有重要意义。
形变是材料内部结构的变化，包括弹性变形、塑性变形和断裂等。
材料动力学研究可以通过实验和理论模拟分析材料在受力下的形变行为，从而揭示材料的力学性能和断裂机理，为制造高强度和高韧性材料提供理论依据。
此外，材料动力学研究还可以帮助我们理解材料中的扩散现象。
扩散是指物质在均匀浓度梯度下的自发传递过程，是材料中各种物质交换的基础。
材料动力学研究可以通过实验和理论计算分析材料中不同物质的扩散速率、扩散路径和扩散机制，从而指导材料的制备和改进。
总之，材料动力学研究是一门综合性的学科，涉及到材料的相变、形变和扩散等多个方面。
材料动力学的研究可以帮助我们
更好地理解和改善材料的性能，为制备高性能材料提供理论支持，同时也为制定材料加工工艺和改进材料设计提供重要依据。
材料动力学的发展将进一步推动材料科学的进步和技术的发展。
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2. 本构方程的理论框架 (Theory construction of CEs) 3. 率相关本构模型 (Rate-related constitutive models) 4. 内变量型粘塑性本构方程 (Viscous-CEs) 5. 动态本构的实验标定方法 (Experimental methods)
17
。
19
几种合金的应力-应变曲线对应变率的依赖效应 (a)淬火合金钢，应变率：A-2400，B-1660, C-25, D-0.01 (b)退火钛， 应变率：A-2000， B-1250， C-400， D-0.01
20
2. 瞬时应力(Instantaneous stress)随应变 率的提高而提高。 在同一应变值下，动态应力要比静态 应力高，两者差称为过应力。许多金属都 有这种现象。但是不同的材料，其应变率 效应也是不同的。 应变率效应显著的材料称为应变率敏 感材料 (strain-rate sensitive)。
25
引入应变率敏感系数，作为表征材料应变 率敏感性的参数
p
(lg p )
为塑性应变率
26
对大多数金属，在很宽的应变率范围内，近似 为一常数。
27
Lindholm(1964)
28
＝ ( ) ( ) lg( ) 0 1 p
( ) 、 ( )在 其中 都 const 0 1 是一个确定的值。若写成无量纲形式，则 有：
观应变率敏感性:铁锰铝合金是明显的应变率强化材料 (正向应变率效应),而铁锰铝硅合金在变形早期表现为 应变率不敏感,随应变增大则出现反向应变率效应;两者 在更高应变率下都呈现反常的应变率弱化倾向(反向应 变率效应)。
(2)然在准静态下铁锰铝硅合金的强度高于铁锰铝合 金,但在高应变率动态加载下铁锰铝合金的强度反而高 于铁锰铝硅合金。
3
2.1 材料的动力特性
材料强度随应变率的变化而变 化或材料表现其它静力作用下所没 有的性质。 (Strain-rate effect， Inertia effect)
4
应变率效应是从实验研究开始（1872年开始） 的。最早进行材料动态实验的是Hopkinson父
子俩。他们的得到了三个结论：
36
非金属材料的应变率响应
复合材料等非金属材料的高应变率响应方面，可 靠的试验数据还很少。 冲孔-加载SHPB装置， SHPB压缩实验装置， SHPB拉伸实验装置 (牛津大学 ：撞击、拉伸) 非金属材料（Non-metallic)的种类： 聚合物(Polymer), 陶瓷(Ceramic) 泡沫材料(Foam), 复合材料 (Composite) 纺织/编织材料(Textile/Woven) 生物材料(Bio-material)
应提高。
10
Seibel和Pomp(1927)，Deutler(1932)又做
了铁、铜的动力实验，结果表明：屈服极 限和瞬时应力均随应变率增高而提高。
11
Deutler(1932)
12
1914年，B.Hopkinson设计了压杆实验 技术，后来，经过Davies、Kolsky多次修 改，定名为分离式压杆技术（SHPB）， 用以进行材料动态力学性能试验研究。下 图是Kolsky用自己设计的SHPB技术对铜 和铝试件的所做的实验结果。
材料动力学行 为
References
《塑性动力学》杨桂通著, 第1、2章 《冲击动力学进展》王礼立等著， 《材料的动力学行为》张庆明译
《Dynamic behaviors of materials》 Marc Andr Meyers
2
第二章 材料的动态本构关系
(Dynamic constitutive relations- 5 hours) 1. 材料的动力特性 (Dynamic characteristics)
21
22
3.各种工程材料存在一个应变率敏感性 界限。
金属材料的应变率敏感性界限大 － 3 3 1 ～ 10 s 之间。 约在 10
23
3 1 10 s 当 时，属于静态情况，不计
。
应变率效应 . 3 1 当 10 s 时，应变率效应不太明显， 增加新的内容，需考虑流动特性、可压 缩性效应、熔化、气化等。
37
单向增强复合材料的应变率效应
38
39
编 织 增 强 复 合 材 料 的 应 变 率 效 应
40
41
Polymer Matrix Composite
7
B
重 锤
（1）在B端破坏 （2）与落锤质量无关， 仅与高度有关 （3）强度是静态的两倍
A
8
Ludwik(1909)用长为3m，直径为
3mm的锡线在试验机上做动力拉伸试验。 拉力F为19.6~147N（2~15kg）。得出 了在不同加载速率下的F~ε 曲线。
9
图中 V 0 对应于静 载。实验结果表明， 加载速度提高时， 应力应变曲线也相
29
.
. 0 1 lg( p) 0 0
由此可得上述式。若应变率较高，则瞬时 流动应力不再随应变率的对数而变化， 有下列线性关系：
30
'
p
.
const
称为粘性系数。
31
4.瞬时应力随温度升高而降低
铝
32
5.应变率历史效应 (Historic Effect)
1971.Nicholas 铝合金
33
0-0
0-1 0-2 0-3 0-4 0-5
0
1.95kpa/s 19.5kpa/s 195kpa/s 1.95Mpa/s 19.5Mpa/s
不锈钢
34
以上表明固体材料对应变率往往是 有记忆的，称为应变率历史效应。
35
个别材料也具有反向应变率效应
(1)铁锰铝铸造合金与铁锰铝硅铸造合金具有不同的表
13
铝和铜的动态实验结果图如下
14
从上个世纪三十年代以来，已有不少人 做了动态实验。根据他们的实验结果， 可得到如下规律：
1. 屈服极限有明显提高。下图为软钢的实 验结果
15
软钢的实验结果：
16
当应变率 ＝ 200 s1 时， 屈服极限提高约一倍， 即由271MPa到 576MPa，实验还表明， 软钢的动态屈服强度 提高最为明显，约为 2~3倍。
17
。
19
几种合金的应力-应变曲线对应变率的依赖效应 (a)淬火合金钢，应变率：A-2400，B-1660, C-25, D-0.01 (b)退火钛， 应变率：A-2000， B-1250， C-400， D-0.01
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2. 瞬时应力(Instantaneous stress)随应变 率的提高而提高。 在同一应变值下，动态应力要比静态 应力高，两者差称为过应力。许多金属都 有这种现象。但是不同的材料，其应变率 效应也是不同的。 应变率效应显著的材料称为应变率敏 感材料 (strain-rate sensitive)。
25
引入应变率敏感系数，作为表征材料应变 率敏感性的参数
p
(lg p )
为塑性应变率
26
对大多数金属，在很宽的应变率范围内，近似 为一常数。
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Lindholm(1964)
28
＝ ( ) ( ) lg( ) 0 1 p
( ) 、 ( )在 其中 都 const 0 1 是一个确定的值。若写成无量纲形式，则 有：
观应变率敏感性:铁锰铝合金是明显的应变率强化材料 (正向应变率效应),而铁锰铝硅合金在变形早期表现为 应变率不敏感,随应变增大则出现反向应变率效应;两者 在更高应变率下都呈现反常的应变率弱化倾向(反向应 变率效应)。
(2)然在准静态下铁锰铝硅合金的强度高于铁锰铝合 金,但在高应变率动态加载下铁锰铝合金的强度反而高 于铁锰铝硅合金。
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2.1 材料的动力特性
材料强度随应变率的变化而变 化或材料表现其它静力作用下所没 有的性质。 (Strain-rate effect， Inertia effect)
4
应变率效应是从实验研究开始（1872年开始） 的。最早进行材料动态实验的是Hopkinson父
子俩。他们的得到了三个结论：
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非金属材料的应变率响应
复合材料等非金属材料的高应变率响应方面，可 靠的试验数据还很少。 冲孔-加载SHPB装置， SHPB压缩实验装置， SHPB拉伸实验装置 (牛津大学 ：撞击、拉伸) 非金属材料（Non-metallic)的种类： 聚合物(Polymer), 陶瓷(Ceramic) 泡沫材料(Foam), 复合材料 (Composite) 纺织/编织材料(Textile/Woven) 生物材料(Bio-material)
应提高。
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Seibel和Pomp(1927)，Deutler(1932)又做
了铁、铜的动力实验，结果表明：屈服极 限和瞬时应力均随应变率增高而提高。
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Deutler(1932)
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1914年，B.Hopkinson设计了压杆实验 技术，后来，经过Davies、Kolsky多次修 改，定名为分离式压杆技术（SHPB）， 用以进行材料动态力学性能试验研究。下 图是Kolsky用自己设计的SHPB技术对铜 和铝试件的所做的实验结果。
材料动力学行 为
References
《塑性动力学》杨桂通著, 第1、2章 《冲击动力学进展》王礼立等著， 《材料的动力学行为》张庆明译
《Dynamic behaviors of materials》 Marc Andr Meyers
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第二章 材料的动态本构关系
(Dynamic constitutive relations- 5 hours) 1. 材料的动力特性 (Dynamic characteristics)
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3.各种工程材料存在一个应变率敏感性 界限。
金属材料的应变率敏感性界限大 － 3 3 1 ～ 10 s 之间。 约在 10
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3 1 10 s 当 时，属于静态情况，不计
。
应变率效应 . 3 1 当 10 s 时，应变率效应不太明显， 增加新的内容，需考虑流动特性、可压 缩性效应、熔化、气化等。
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单向增强复合材料的应变率效应
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编 织 增 强 复 合 材 料 的 应 变 率 效 应
40
41
Polymer Matrix Composite
7
B
重 锤
（1）在B端破坏 （2）与落锤质量无关， 仅与高度有关 （3）强度是静态的两倍
A
8
Ludwik(1909)用长为3m，直径为
3mm的锡线在试验机上做动力拉伸试验。 拉力F为19.6~147N（2~15kg）。得出 了在不同加载速率下的F~ε 曲线。
9
图中 V 0 对应于静 载。实验结果表明， 加载速度提高时， 应力应变曲线也相
29
.
. 0 1 lg( p) 0 0
由此可得上述式。若应变率较高，则瞬时 流动应力不再随应变率的对数而变化， 有下列线性关系：
30
'
p
.
const
称为粘性系数。
31
4.瞬时应力随温度升高而降低
铝
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5.应变率历史效应 (Historic Effect)
1971.Nicholas 铝合金
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0-0
0-1 0-2 0-3 0-4 0-5
0
1.95kpa/s 19.5kpa/s 195kpa/s 1.95Mpa/s 19.5Mpa/s
不锈钢
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以上表明固体材料对应变率往往是 有记忆的，称为应变率历史效应。
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个别材料也具有反向应变率效应
(1)铁锰铝铸造合金与铁锰铝硅铸造合金具有不同的表
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铝和铜的动态实验结果图如下
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从上个世纪三十年代以来，已有不少人 做了动态实验。根据他们的实验结果， 可得到如下规律：
1. 屈服极限有明显提高。下图为软钢的实 验结果
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软钢的实验结果：
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当应变率 ＝ 200 s1 时， 屈服极限提高约一倍， 即由271MPa到 576MPa，实验还表明， 软钢的动态屈服强度 提高最为明显，约为 2~3倍。