什么是材料弹性变形

什么是材料弹性变形

    任何材料都有弹性，只是大小不同而已，并且在使用过程中都会还会有所变形，那么它的弹性变形又是如何区分及计算的呢？下面就材料弹性变形的计算做下简单介绍。

材料受外力影响发生尺寸及形状的变化，该变化称为变形，外力去除后，随后消失的变形为弹性变形，剩余的*变形为塑性变形。

    弹性变形的主要特点是其有可逆性，就是在受力作用后产生变形，卸除载荷作用后，变形随之消失。它是金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位置的反映（如图一），在没有外在载荷作用时，金属中的原子N1、N2在其平衡附近产生振动。相邻两个原之间的作用力（曲线材）由引力（曲线1）F1=A/与斥力（曲线2）=Ar/r叠加而成。引力与斥力都是原子间距的函数。当两原子因受力而接近时，斥力开始缓慢增加，而后迅速增加；而引力则随原子间距减小而增加缓慢。合力(曲线3）在原子平衡位置处为零。当原子间相互平衡力因受外力作用而受到破坏时，原子的位置必须作相应调整，即产生位移，以其外力、引力和斥力三都达到新的平衡。原子的位移总和在宏观上就表现为变形。外力去除后，原子依靠彼此之间的作用力又回到原来的平衡位置，位移消失，宏观上变形也就消失。这就是弹性变形的可逆性。

在弹性变形过程中，不论是在加载期还是卸载期内，应力与应变之间都保持单值线性关系，即服从胡克定律。

假定有两个原子，原子之间存在长程的吸引力和短程的排斥力，作用力F随原子间距的变化关系为（式一)：

F=A/r-Ar/r=A/r-B/r   

上述式中，A，B分别为与原子特性和晶格类型有关的常数。

由上述式中可以看出，原子间的作用力与原子间距的关系为抛物线，并不是线性关系。当原子间距与平衡位置的偏离很小时，经数学处理（级数展开）可得（式二）

ΔF=

式二中，E=，说明小变形条件下，ΔF与成线性比例关系（胡克定律）。

    对于理想的弹性体，当r=  时，原子间作用力的合力表现为引力，而且出现极大值。如果外力达到，就可以克服原子间的引力而将它们拉开。这就是晶体在弹性状态下的断裂强度，即理论正断强度。由于=相应的所产生的弹性变形量的zui大理论值为百分之41。

实际上，由于晶体中含有缺陷（如位错），对于塑性材料，在弹性变形量尚小时的应力足以激活位错运动，而代之以塑性变形，所以实际上可实现的弹性变形量不会很大；对于脆性材料，由于对应力集中敏感，应力稍大时，缺陷处的集中应力即可导致裂纹的产生与扩展，使晶体在弹性状态下断裂。所以金属弹性变形量比较小，不超过百分之一。

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