应用连续统力学、金属物理宏观性能与固体物理微观理论, 通过推导获得了碳钢和压力容器钢线膨胀系数与宽范围温度之间的解析表达式和近似计算展开式; 提出了线膨胀系数的转捩温度Tc的定义式, 当温度低于Tc时, 线膨胀系数随温度升高而增大; 当温度高于Tc时, 线膨胀系数则随着温度升高而减小; 基于固体物理原子理论, 推导出了考虑高温热激活能诱导位错变形效应的弹性模量与温度之间的关系式,并给出了碳钢和压力容器钢弹性模量随温度变化的普适函数表达式; 对于纯铁、碳钢和压力容器钢的弹性常数, 采用导出公式的计算结果与试验结果符合甚好。

所属栏目

物理模拟与数值模拟国家自然科学基金资助项目(51076145); 河南省过程传热与节能重点实验室资助项目(0621001600)

收稿日期

2012/12/222013/10/21

作者单位

刘彤:郑州大学热能工程研究中心, 河南省过程传热与节能重点实验室, 郑州 450002
刘敏珊:郑州大学热能工程研究中心, 河南省过程传热与节能重点实验室, 郑州 450002

备注

刘彤(1964-), 男, 河南虞城人, 副教授, 博士。

引用该论文:

LIU Tong,LIU Min-shan.Theoretical Analysis of the Relationship between Elastic Constants of Metals and Temperatures[J].Materials for mechancial engineering,2014,38(3):85～89
刘彤,刘敏珊.金属材料弹性常数与温度关系的理论解析[J].机械工程材料,2014,38(3):85～89

参考文献

【1】

基特尔 C. 固体物理导论［M］.杨顺华, 译. 北京: 科学出版社, 1979.

【2】

冯端, 王业宁, 丘第荣. 金属物理(下册)［M］.北京: 科学出版社, 1975.

【3】

REMPE J L, KNUDSON D L. High temperature thermal and structural material properties for metals used in LWR vessels［C］// Proceedings of ICAPP 2008.［S.l.］:Curran Associates,2008: 2127-2135.

【4】

迟露鑫, 麻永林, 邢淑清, 等. 核压力容器SA508-3钢高温性能试验分析［J］.四川大学学报: 工程科学版, 2011,43(2): 202-206.

【5】

费里德曼.金属机械性能［M］.北京: 机械工业出版社, 1982.

【6】

ERINGEN A C.连续统力学［M］.程昌钧, 俞焕然,译. 北京: 科学出版社, 1991:147-174.

【7】

潘家祯. 压力容器材料实用手册 碳钢及合金钢［M］.北京: 化学工业出版社, 2000.

【8】

美国金属学会.金属手册: 第一卷［M］.9版. 北京: 机械工业出版社, 1988.

【9】

FRENKEL, SMIT. Understanding molecular simulation-from algorithms to applications［M］.London: Academic Press,1996.

【10】

郑瑞伦, 田德祥, 龙晓霞.原子相互作用势对固体弹性模量的影响［J］.西南师范大学学报:自然科学版, 2003,28(6):892-896.

【11】

贝希施泰特.表面物理原理［M］.北京: 科学出版社, 2007.

【12】

吴大猷.理论物理 热力学、气体运动论及统计力学［M］.北京: 科学出版社, 2011.

【13】

GIRIFALCO L A, WEIZER V G. Application of the morse potential function to cubic metals［J］.Physical Review,1959,114(3):688-691.

【14】

徐志东, 范子亮.金属材料的弹性模量随温度变化规律的唯象解释［J］.西南交通大学学报, 1993(2): 87-92.

【15】

刘超, 周铁, 郑瑞伦.面心立方晶体的膨胀系数和弹性模量［J］.西南师范大学学报:自然科学版, 2006,31(5):83-87.

【16】

哈宽富.金属力学性质的微观理论［M］.北京: 科学出版社, 1983.