金屬在彈性區內載入卸載時，由於應變落後於應力，使載入線與卸載線不重合而形成一封閉回線，是為彈性滯後。存在滯後環現象說明載入時消耗於金屬的變形功大於卸載時金屬放出的變形功，因而有一部分變形功為金屬所吸收。這部分吸收的功就稱為金屬的內耗，其大小用回線面積度量。
基本介紹
- 中文名：彈性滯後
- 外文名：Elastic hysteresis
- 本質：載入線與卸載線不重合
- 影響原因：內部微觀或細觀結構
- 形成：彈性滯後環
- 產生：位錯的運動
簡介,彈性滯後性能,彈性滯後環,
簡介
對彈性元件進行載入，可繪製一條彈性特性曲線，然後卸載，繪製另一條彈性特性曲線。發現兩條曲線往往並不重合，這種現象稱為彈性滯後，如下圖所示。
彈性滯後現象圖中，當作用在彈性元件上的力由0增加至F'時，彈性元件的彈性特性如曲線1所示，當作用力由F'減小到0時，彈性特性如曲線2所示。作用力通過載入達到F時的
彈性變形與通過卸載達到F時的彈性變形之差Δx，叫做彈性敏感元件的滯後誤差。滯後誤差的存在對整個測量的精度產生不利影響。曲線1、曲線2所包圍的範圍稱為滯環。彈性敏感元件內部微觀或細觀結構（如分子、離子、晶粒）間存在著的內摩擦足引起彈性滯後的主要原因。
彈性滯後性能
彈性滯後性能完全取決於分子間的相互作用。溫度、旋荷狀況、膠種、填充劑和軟化劑（增塑劑）的存在和類型，以及空間網路參數對硫化膠彈性滯後性能的影響，首先取決於分子間相互作用和鬆弛過程的速度與這些因素的關係。
含炭黑的硫化膠當變形大約小於0.1%和大於10%的，其動態彈性模量與變形幅度無關；變形幅度在兩者之間時，動態彈性模量則可降低若干分之一。因此，在低變形幅度下測定的含炭黑的硫化膠的彈性模量，不能用來評定該硫化膠在高變形幅度下的行為。變形幅度對硫化膠的動態彈性模顯的影響隨溫度的升高r6i減小。天然橡收未填充硫化膠的動態彈性模量與變形幅度無關。
丁基橡膠未填充硫化膠的損失模量與變形幅度無關，而含炭黑的硫化膠則按曲線變化，變形約為2%時損失模量最大。tanδ與變形幅度的關係具有同樣的性質。當剪下變形時，雙倍振幅度為5~15%。壓縮變形時，則雙倍振幅度為2~6%時，填充硫化膠的tanδ值可達到最大值。變形幅度改變時，tanδ值的變形程度取決於硫化膠中炭黑的類型和用量。
頻率增大時，動態彈性模量和損耗模量隨之增大，但與變形幅度和硫化膠中的炭黑類型無關。當頻率高於300赫茲時，動態彈性模量可能降低，頻率高於200赫茲時，損耗模量降低或保持不變。和降低溫度時一樣，提高頻率可以改變硫化膠的動態性能，溫度—頻率換算法就是以此為基礎的。提高溫度相當於降低頻率，就是說，在室溫下測得的數據，可以根據頻率換算出另一溫度下的數據。動態剛性和彈性通常隨溫度的提高而降低，並且動態剛性降低的程度比靜態時的大。
彈性滯後環
在彈性變形範圍內，驟然載入和卸載的開始階段，應變總要落後於應力，不同步。因此，其結果必然會使得載入線和卸載線不重合，而形成一個封閉的滯後回線，如圖下圖的OABDO所示。
彈性滯後環這個回線稱為彈性滯後環。這個環說明載入時消耗在變形上的功大於卸載時金屬恢復變形所做的功。這就是說，有一部分變形功被金屬吸收了。這個環面積的大小正好相當於被金屬吸收的那部分變形功的大小。如果所載入荷不是單向的循環載荷，而是交變的循環載荷，並且載入速度比較緩慢，彈性後效現象來得及表現時，則可得到兩個對稱的彈性滯後環，如下圖中a所示。如果載入速度比較快，彈性後效來不及表現時，則得到下圖中b和c所示的彈性滯後環。這個環的面積相當於交變載荷下不可逆能量的消耗（即內耗），也稱為循環韌性。
彈性滯後環它的大小代表著金屬在單向循環應力或交變循環應力作用下，以不可逆方式吸收能量而不破壞的能力，也就是代表著金屬靠自身來消除機械振動的能力（即消振性的好壞），所以在生產上有很重要的意義，是一個重要的機械性能指標。例如飛機的螺旋槳和汽輪機葉片等零件由於結構條件限制，很難採取結構因素（外界能量吸收器）來達到消振的目的，此時材料本身的消振能力就顯得特別重要。Cr13系列鋼之所以常用作製造汽輪機葉片材料，除其耐熱強度高外，還有一個重要原因就是它的循環韌性大，即消振性好，灰鑄鐵循環韌性大，是很好的消振材料，所以常用它做工具機和動力機器的底座、支架以達到機器穩定運轉的目的。相反，在另外一些場合下，追求音響效果的元件如音叉、簧片、鐘等，希望聲音持久不衰，即振動的延續時間長久，則必須使循環韌性儘可能地小。
由於彈性的不完整性破壞了載荷與變形間的單值關係，呈現出應變落後於應力的滯後現象，從而引起彈性後效和彈性滯後環（內耗），所以各種因素對彈性滯後環大小及形狀的影響和它們對彈性後效的影響是相似的。彈性後效和彈性滯後環的起因，即產生滯彈性滯後環彈性的原因是很多的，可能是因位錯的運動引起，也可能由於其他效應所引起。例如，在應力作用下，造成溶質原子有序分布，從而產生沿某一晶向的附加應變，並因此而出現滯彈性現象。或由於在巨觀或微觀範圍內變形的不均勻性，在應變數不同地區間出現溫度梯度，形成熱流。若熱流從壓縮區流向拉伸區，則壓縮區將因冷卻而收縮，拉伸區將因受熱而膨脹，由此產生附加應變，既然這種應變是由於熱流引起的，那么它就不容易和應力同步變化，因此出現滯彈性現象。此外，也可能由於晶界的粘滯性流變或由於磁致伸縮效應產生附加應變，而這些應變又往往是滯後於應力的。
