超塑性的发展历史及分类

超塑性的发展历史及分类

超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1982年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。
　　最初发展的超塑性合金是一种简单的合金，如锡铅、铋锡等。一根铋锡棒可以拉伸到原长的19.5倍，然而这些材料的强度太低，不能制造机器零件，所以并没有引起人们的重视。

弹塑性力学概论 　　 弹塑性力学作为固体力学的一门分支学科已有很长的发展历史，其理论与方法的体系基本完善，井在建筑工程、机械工程、水利工程、航空航天工程等诸多技术领域得到了成功的应用。 　　 为使读者对弹塑性力学的学科性质和基本内容有个概观性的了解，本章将分别介绍下述内容：(1)基本概念；(2)基本假设；(3)研究方法；(4)学科简史；(5)内容安排。 　　 1．1 基本概念 　　 1．1．1 学科定义　　 　　 在实际工程中，我们总会遇到这样的问题：在特定荷载作用下，某房屋、桥梁、机械或水坝等结构会发生多大的变形?结构内部的应力分布与状态如何?结构有足够的承载能力吗? 　　 弹塑性力学就是求解这类问题的一门学科，它研究物体在荷载(包括外力、温度变化或边界约束变动等)作用下产生的应力、变形及承载能力。我们将表明，上述问题都可归结为一组偏微分方程和边界条件，求解这些方程就可得出定量的解答。 　　 任何物体在荷载作用下都将产生变形。通常随着荷载的增大，材料变形可由弹性阶段过渡到塑性阶段。弹性变形是指卸载后可以恢复或消失的变形；塑性变形是指卸载后不能恢复而残留下来的变形。在传统卜，弹性力学研究弹性变形阶段的力学问题，塑性力学研究塑性变形阶段的力学问题。实际上，弹性阶段与塑性阶段是整个变形过程中的两个连续阶段，且结构内部可能同时存在弹性区和塑性区。因此，实际结构的变形分析常需要同时应用弹性力学和塑性力学的知识，将两部分内容有机地结合起来便构成弹塑性力学的内容。 第1页 　　 1．1．2 研究对象 　　 我们已经知道，材料力学基本上只研究杆件；结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆件系统；而弹塑性力学的研究对象N，J可以是各种固体，特别是各种结构，包括建筑结构、车身骨架、飞机机身、船舶结构、机械设备、堤坝边坡、建筑地基、洞室围岩，等等。 　　 弹塑性力学也研究梁的弯曲、柱的扭转等问题，然而采用的假设和研究方法与材料力学不尽相同，分析结果也就不同。例如，在材料力学中研究梁的弯曲时采用了平截面假设，得出的解答是近似的；而弹性力学则不必作这种假设，所得结果也比较精确，且可用来校核材料力学的近似解答。此外，弹塑性力学研究的非圆截面柱的扭转、孔洞附近的应力集中等问题，都不是材料力学和结构力学的简单方法所能解决的。 　　 当然，弹塑性理论是针对理想模型建立起来的，例如弹性理沦就假定其对象为理想弹性体，弹性体就是实际物体的力学模型。事实上，对于任何复杂事物的分析，其出发点都将是对现实事物进行逼真而又可行的理想化，以建立理想模型。分析的可靠性和实用价值主要取决于在确立模型时对研究对象的认识，以及对客观存在的各种有关控制条件和参数的正确反映程度(文献43)。 　　 1．1．3 任务和目的 　　 弹塑性力学的基本任务在于，针对实际问题建构力学模型和微分方程并设法求解它们，以获得结构在荷载作用下产生的变形、应力分布及结构强度等。 　　 学科发展到现在，其理论体系基本上已经完善。对于一些较为简单的问题，获得了解析解答。由于计算技术的高度发展，目前即使那些非常复杂的弹塑性力学问题也可以方便地求得数值解了。不过，还有一项实质性的任务有待完善，即发展描述材料变形特性的本构理论，它包括材料的变形机理、本构方程(例如应力与应变之间的关系)及特性参数。本构理论是弹塑性力学分析的物理基础，其重要性显而易见。 　　 采用弹塑性力学进行结构分析，其目的在于为结构设计提供科学依据。在结构设计中，若将结构变形限制在弹性范围以内，则称为弹性设计。这种设计只以弹性力学分析结果为依据。在某些情况下，结构物按弹性设计并采用较大的安全系数以确保安全是必要的。然而，在实际工程中，弹性设计会遇到很多问题。如果规定结构必须在弹性状态下工作，则意味着只要结构中某“危险点”的应力达到弹性极限，结构就“破坏”或“失效”。这种设计在一定程度上将造成浪费。我们知道，结构内部的应力分布通常是很不均匀的，当“危险点”达到弹性极限时，结构的绝大部分却在过分安全的状态下工作，故材料未能充分发挥其潜在