Chuong 4 Vat Lieu Hoc NTS v1

1

Chương 4 Tính chất cơ

1. Khái niệm

• VL thường chịu tác dụng của lực khi sử dụng

• Tính chất cơ của VL xác định biểu hiện của VL dưới tác dụng

của ngoại lực.

• Đáp ứng của VL với ngoại lực phụ thuộc vào:

Loại liên kết.

Sự sắp xếp của nguyên tử trong cấu trúc VL.

Loại và số lượng khuyết tật.

• Tính toán:

Giá trị lực

Biến dạng của VL như một hàm theo lực, thời gian, nhiệt

độ,…

• Tính chất cơ thể hiện qua các phép thử cơ học (theo các tiêu

chuẩn: ASTM (American Society for Testing and Materials),

ISO (International Organization for Standardization)…)

2

3

4

5

Ứng suất=Lực / diện tích

Ứng suất kéo Ứng suất trượt

4

• Tensile stress, s: • Shear stress, t:

s Ft

Aooriginal area

before loading Stress has units: N/m2 or lb/in2

6

• Tensile strain: • Lateral strain:

• Shear strain:

/2

/2

/2 -

/2

/2

/2

L/2L/2

Lowo

= tan

Strain is always

dimensionless.

Độ biến dạng

Tensile load Compressive load

Shear strain

= tan

Torsional deformation

angle of twist, f

o

s F

A

Stress (s) for tension and

compression

Strain (e) for tension and

compression

Shear stress

ot

Fs

A

Mô đun đàn hồi E (Young’s modulus,

modulus of elasticity)

Định luật Hooke (Hooke's Law):

s = E e

9

5

• Simple tension: cable

o

s F

A

• Simple shear: drive shaft

ot

Fs

A

Note: t = M/Ac

Ski lift (photo courtesy P.M. Anderson)

ỨNG SUẤT TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ

10 10

Canyon Bridge, Los Alamos, NM

6

• Simple compression:

Ao

Balanced Rock, Arches National Park

Note: compressive

structure member

(s < 0 here).

(photo courtesy P.M. Anderson)

(photo courtesy P.M. Anderson)

11

7

• Bi-axial tension: • Hydrostatic compression:

Fish under waterPressurized tank

sz > 0

s > 0

s < 0 h

(photo courtesy

P.M. Anderson)

(photo courtesy

P.M. Anderson)

12

13

F

bonds

stretch

return to

initial

2

1. Initial 2. Small load 3. Unload

Elastic means reversible!

BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI

(ELASTIC DEFORMATION)

14

1. Initial 2. Small load 3. Unload

Plastic means permanent!

F

linear elastic

linear elastic

plastic

BIẾN DẠNG DẺO

(PLASTIC DEFORMATION (METALS))

15

ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG

(STRESS-STRAIN CURVES)

• Typical tensile specimen

9

• Other types of tests: --compression: brittle

materials (e.g., concrete)

--torsion: cylindrical tubes,

shafts.

• Typical tensile

test machine

16

17

KÉO NÉN

18

19

Biến dạng đàn hồi

Biến dạng dẻo

20

21

22

22

• Modulus of Elasticity, E: (also known as Young's modulus)

• Hooke's Law:

s = E e

• Poisson's ratio, n:

metals: n ~ 0.33

ceramics: ~0.25

polymers: ~0.40

Units:

E: [Mpa, GPa] or [psi]

n: dimensionless

24

• Elastic Shear

modulus, G:

12

t

1

G

t = G

• Elastic Bulk

modulus, K:

• Special relations for isotropic materials:

P

P P

M

M

G

E

2(1 n) K

E

3(1 2n)

simple

torsion

test

pressure

test: Init.

vol =Vo.

Vol chg.

= DV

OTHER ELASTIC PROPERTIES

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43