本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-29 13:26 编辑 8 ]( v. L3 j, B# y5 m
+ D: {& u. W8 k+ v与温度有关的材料系数有两种类型：一类是与材料的力学性能有关的材料系数；另一类是与热传导相关的材料系数。属于前者的有E，G，v，a；属于后者的有C(比热容)，ρ (密度)，k(热传导系数)等。这些系数实际上并非常数，而是随温度而变化的。但当温度不高时，通常取平均值当作常数处理，然而在温度高、变化大的情况下，则必须考虑其随温度的变化。
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- Y% b3 { y% P
金属的弹性系数E，剪切模量G随温度增高而减小，泊松比v随温度变化不大。E，G与温度的测定有静态法和动态法，前者是在高温炉由加载进行测试，后者则采用振动法或超声波脉冲法进行测定。振动法是使试件在高温炉中做弹性振动，通过测定频率来测定弹性常数。超声波法则是给试件以超声波，通过测量波的传播速度来测定E，G，v。& p! j, [% q" v. b; E
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2、热系数与温度的关系
5 g4 n' X/ e* y) h3 x+ T
; S r8 H! {' k& m+ x金属材料的热系数与温度一般呈线性关系，线胀系数a大体上随温度升高而直线增加，导热系数k随温度增加而减小，比热容随温度增加而增高。通过试验测得的热系数与温度关系的直线斜率或曲线曲度，即可知具体材料的热系数随温度的变化。例如，从不同的资料来源，碳钢的热系数随温度变化如图1所示。1 q1 U6 C9 Y$ M
O b r5 [) |2 A- @0 I! b
* y% R( I1 C5 V1 Y2 q& z导热系数随温度变化曲线
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; Y' a' I$ z* q6 z线胀系数随温度变化曲线
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 6 `. P. t' O+ v @/ |* q6 t8 N
比热容随温度变化曲 . X$ z) K( l2 X* u
7 S; A3 m( g$ M+ x* J3、材料的热疲劳
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当延性材料随温度升高，即使所受应力超过屈服点也不会立即破坏，但即使应力水平较低，若有较大的温度变化反复进行时，最终会由于疲劳而产生龟裂而导致破坏。这种现象称为热疲劳。/ o1 I, T( f. ]
5 O( n4 k) S% ^7 j& l0 W9 O
设有一试验棒两端固定，受最高和最低温度之间的反复热循环过程如图2所示。( E! f2 D! L$ t; P) m! ~
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- k5 j6 o. b. g6 X$ N; x5 ^热循环与应力一应变图线 ; \* @8 [" v9 s" K) X2 x5 [
5 u& Q* N$ R' R2 I1 F2 D
假设试验开始时，棒在最高温度下固定，然后冷却产生拉应力，OAF为一应力变线。然后，若重新加热，则应力一应变线开始时平行于OA向下移动，在比冷却循环拉力低的应力下产生屈服，最后到达E点。若在最高温度下保持一段时间，则由于产生应力松弛使压应力减小到达E'点。如再开始冷却，则沿E'F'上升，在最低温度时达到F'点。由于在最低温度下不产生压力松弛。若再开始加热，则图线沿F'E"下降，在最高温度时到E"点。此处因应力松弛应力减小移至E"'点，若再开始冷却，则沿曲线E"'F"在最低温度达到F"点。9 A& B8 H% [1 o9 F4 S5 m
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若重复这种冷却一加热循环，则应力一应变图线每次都描绘出一条滞后曲线，与其有关的返复塑性应变就是热疲劳的原因。热循环的最高和最低温度、平均温度、最高温度的保持时间、重复速度、材料的弹塑性质等都是影响热疲劳的因素。
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热疲劳的强度是指一个循环的塑性应变εP和到达破坏的重复次数N之间的关系。根据曼森一科芬的经验公式：! ^2 ?1 q0 b1 B0 R* [7 o
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4 E( \* h, E3 s$ M. Z, P X8 V5 r* a! P A
以上所述的仅是材料的单向热应力疲劳，实际结构的热疲劳则是多方向的，是一个专门的研究领域。: S1 v5 R1 x; d! L7 g" m7 o: y
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发表于 2022-10-29 13:24:50
