题目
固态相变时,比容差引起的应变能与新相几何形状有关,( )应变能最小。
固态相变时,比容差引起的应变能与新相几何形状有关,( )应变能最小。
题目解答
答案
圆盘状
解析
考查要点:本题主要考查固态相变过程中应变能与新相几何形状的关系,需理解不同形状对应变能的影响规律。
解题核心思路:
固态相变时,新相的生成会因比容差产生内应力,进而形成应变能。应变能的大小与新相的几何形状密切相关。关键在于比较不同形状(如球状、圆盘状、针状等)对应变能的贡献,理解形状维度对弹性应变能的调控作用。
破题关键点:
- 维度影响:三维形状(如球状)在三个方向均存在显著应变,而二维形状(如圆盘状)在某一方向受限,应变能更低。
- 几何因子:不同形状的几何因子不同,圆盘状的几何因子较小,导致总应变能最小。
固态相变过程中,新相的生成会因体积变化(比容差)产生内应力,形成应变能。应变能的计算公式为:
$U = \frac{1}{2} \int_V \mathbf{\sigma} : \mathbf{\varepsilon} \, dV$
其中,$\mathbf{\sigma}$ 为应力张量,$\mathbf{\varepsilon}$ 为应变张量,$V$ 为新相体积。
几何形状对应变能的影响:
- 球状:在三个空间维度上均存在显著应变,应力分布均匀,但总应变能较大。
- 圆盘状:作为二维形状,其厚度方向的应变受限,应力主要分布在盘面,几何因子较小,总应变能最低。
- 针状:在一维方向(如长度)应变显著,但另两个维度受限,应变能介于球状和圆盘状之间。
结论:圆盘状因二维特性使应变能最小。