材料力学性能-习题课教材

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《习题课材料力学》PPT课件

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(4)物理关系
由此得:
p.12
例题
例题
解:(1)以整体为研究对象,易见A处的水平约束反力为零

XA=0
(2) 以AB为研究对象
(3)以杆BD为研究对象
(4)杆的应力为
p.13
例题
例题
8. 某拉伸试验机的示意图如图所示。设试验机的CD杆与试样AB同 为低碳钢制成,p=200MPa,s=240MPa,b=400MPa。试验机的 最大拉力为100kN。 (1)用这试验机作拉断试验时试样最大直径可达多少? (2)设计时若取安全系数n=2,则CD杆的截面面积为多少? (3)若试样的直径d=10mm,今欲测弹性模量E则所加拉力最大不 应超过多少?
p.3
例题
例题
AB杆发生弯曲变形。 (3)求n-n截面内力:取杆BC为研究对象,截开n-n截面
BC杆发生拉伸变形
2.拉伸试件A、B两点的距离l称为标距,在拉力作用 下,用引伸仪量出两点距离的增量为Δl=5×10-2mm若 l的原长为l=10cm,试求A、B两点间的平均应变。
p.4
例题
例题
解:平均应变为
3.图示三角形薄板因受外力而变形。角点B 垂 直 向 上 的 位 移 为 0.03mm,但AB和BC仍保持为直线。试求沿OB的平均应变,并求 AB、BC两边在B点夹角的变化。
解:(1) OB方向的平均线应变
(2)AB与BC两边的角应变
p.5
例题
1
例题
5
第二章2Leabharlann 拉压、剪切与挤压4
3
p.6
例题
例题
4.试求图示各杆1-1、2-2、3-3截面的轴力,并作轴力图。
(2)由平衡方程得

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后习题答案

1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.xx效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标?答:主要决定于原子本性和晶格类型。

合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。

组织虽然改变了,原子的本性和晶格类型未发生改变,故弹性模量对组织不敏感。

材料力学性能》课程习题集

材料力学性能》课程习题集

材料力学性能》课程习题集材料力学性能》课程题集1.解释以下名词:1) 弹性比功:材料在弹性阶段内所吸收的能量与所施加的力之比。

2) 包辛格效应:材料在受到压力时,由于晶格结构的变化而导致的体积变化。

3) 解理面:材料中存在的平面状缺陷,容易引起断裂。

4) 塑性、脆性和韧性:材料的变形能力、断裂形式和抵抗断裂的能力。

5) 解理台阶:材料中解理面上形成的台阶状缺陷。

6) 河流花样:材料中出现的一种特殊断裂形式。

7) 穿晶断裂和沿晶断裂:材料的断裂方式,穿晶断裂为穿过晶粒的断裂,沿晶断裂为沿着晶粒的界面断裂。

2.常用的标准试样有5倍试样和10倍试样,其延伸率分别用σ5和σ10表示,为什么选择这样的表示方法?答:选择这种表示方法是因为延伸率随着应力的增加而逐渐减小,而σ5和σ10则可以表示在不同应力下的延伸率,从而更全面地描述材料的延展性能。

3.某汽车弹簧在未装满载时已变形到最大位置,缺载后可完全恢复到原来状态;另一汽车弹簧使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,而且塑性变形量越来越大。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

答:第一种故障是弹簧在弹性阶段内发生的变形,可以通过增加弹簧的刚度来解决;第二种故障是弹簧在塑性阶段内发生的变形,需要重新设计弹簧的材料和结构,以提高其抗塑性变形的能力。

4.金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能?答:金属的弹性模量主要取决于其晶格结构和原子键的强度。

它是一个对结构不敏感的力学性能,是因为即使在不同的晶格结构和原子排列方式下,金属的原子键强度也是相似的,从而导致弹性模量的变化不大。

5.今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料,你选择那种材料作为机床机身?为什么?答:选择35CrMo钢作为机床机身材料,因为它具有较高的强度和韧性,能够承受机床的重载和振动,同时具有良好的加工性能和耐磨性。

6.什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义?答:包辛格效应是材料在受到压力时,由于晶格结构的变化而导致的体积变化。

材料力学习题课

材料力学习题课
174.5 103 46 139 278
80.8 MPa
满足强度要求
例8-2 已知[]=120MPa 试设计轴径d
z d 4kN x y A
解:1。外力分析
FC FD 14 kN M C M D (10 4) 10 3 250 10 3 1.5 kN m
3 3 3 Pl 9 Pl 10 Pl ' '' st f D fD EI EI EI
2h 2hEI Kd 1 1 1 1 st 5Pl 3
最大动挠度发生在D点,有
f D d
2hEI 10 Pl 3 K d st 1 1 3 5Pl EI
危险点位置 危险点应 力公式 强度条件
抵抗变形刚度
主要考虑 : 危险截面距中性 轴最远点 危险截面周边各点 其次考虑 : 危险截面中性轴上
max
FNmax A
bs
Fbs Abs
max
M x max WP
max
max
EA
max bs bs
d Kd st
强度条件
d m a x [ ]
1、自由落体冲击
2h Kd 1 1 st
2、水平冲击
Kd

2
g st
例8-1
已知: FQ、 h、d、E 、a
求:
Kd
FQ h a
2h Kd 1 1 st
st
Mc
EI

M xc
GIp
a
2 1 2 aFQ a a 1 FQ a 3 GI P EI 2 3
实验:

习题课材料力学资料

习题课材料力学资料

解:(1)横截面上剪应力分布为:
(2)将四分之一截面上的力系向O点简化
p.48
例题
例题
(3) Ro与x轴之间的夹角
(4)将Ro和Mo进一步简化为一合力R,即将Ro平移
31.钻头简化成直径为20mm的圆截面杆,在头部受均布阻抗扭矩m 的作用,许用剪应力为[τ]=70MPa。(1).求许可的Me;(2).若 G=80GPa,求上、下两端的相对扭转角。
截面2-2 (2)画扭矩图
(c) (1)用截面法求内力
p.38
例题
例题
截面1-1
截面2-2 截面3-3 截面4-4 (2)画扭矩图
p.39
例题
例题
25.发电量为1500kW的水轮机主轴如图示。D=550mm,d=300mm ,正常转速n=250r/min。材料的许用剪应力[τ]=500MPa。试校核水 轮机主轴的强度。
21.图示螺钉受拉力P作用,已知材料的剪切 许用应力[]与拉伸许用应力[]的关系为[]= 0.6[],试求螺钉直径d与钉头高度h的合理 比值。
p.30
例题
例题
解:(1) 螺钉的剪切面面积
(2)剪切强度条件
(3)拉伸强度条件
(4)由已知条件 故
p.31
例题
例题
22.木榫接头如图所示。a=b=120mm,h=350mm,c=45mm, P=40kN。试求接头的剪切和挤压应力。
解:(1) 外力扭矩
(2)内力扭矩
p.46
例题
例题
(3)计算AB段的直径d1和BC段的直径d2
强度条件
刚度条件
故取
p.47
例题
例题
(4)若AB和BC两段选用同一直径,则取d1=d2=84.6mm

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力,若直径拉细至2.4mm ,且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变,并比较讨论这些计算结果。

解:由计算结果可知:真应力大于名义应力,真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa),试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔,再估算其上限和下限弹性模量。

解:令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时,将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得,其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=AA l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1 / 101-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解:Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程:V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程:以上两种模型所描述的是最简单的情况,事实上由于材料力学性能的复杂性,我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后答案(整理版)1、解释下列名词。

1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些?答:内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。

外在因素:温度、应变速率和应力状态。

2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。

材料力学性能习题及解答库及材料力学性能复习资料

材料力学性能习题及解答库及材料力学性能复习资料

第一章习题答案一、解释下列名词1、弹性比功:又称为弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的能力。

2、滞弹性:在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象。

3、循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力,称为金属的循环韧性。

4、包申格效应:先加载致少量塑变,卸载,然后在再次加载时,出现σe升高或降低的现象。

5、解理刻面:大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6、塑性、脆性和韧性:塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力7、解理台阶:高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶;8、河流花样:当一些小的台阶汇聚为在的台阶时,其表现为河流状花样。

9、解理面:晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂,这些平面称为解理面。

10、穿晶断裂和沿晶断裂:沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,一定是脆断,且较为严重,为最低级。

穿晶断裂裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可能是脆性断裂。

11、韧脆转变:指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态,在一定条件下,它们是可以互相转化的,这样的转化称为韧脆转变。

二、说明下列力学指标的意义1、E(G):E(G)分别为拉伸杨氏模量和切变模量,统称为弹性模量,表示产生100%弹性变形所需的应力。

2、σr、σ0.2、σs: σr:表示规定残余伸长应力,试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。

σ0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。

σs:表征材料的屈服点。

3、σb:韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。

4、n:应变硬化指数,它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。

5、δ、δgt、ψ:δ是断后伸长率,它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。

材料力学性能课后习题(1)

材料力学性能课后习题(1)

材料⼒学性能课后习题(1)材料⼒学性能课后习题第⼀章1.解释下列名词①滞弹性:⾦属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产⽣附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应⼒的现象。

②弹性⽐功:⾦属材料吸收弹性变形功的能⼒,⼀般⽤⾦属开始塑性变形前单位体积吸收的最⼤弹性变形功表⽰。

③循环韧性:⾦属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能⼒称为循环韧性。

④包申格效应:⾦属材料经过预先加载产⽣少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应⼒增加;反向加载,规定残余伸长应⼒降低的现象。

⑤塑性:⾦属材料断裂前发⽣不可逆永久(塑性)变形的能⼒。

⑥韧性:指⾦属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。

⑦加⼯硬化:⾦属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发⽣滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使⾦属的强度和硬度升⾼,塑性和韧性降低的现象。

⑧解理断裂:解理断裂是在正应⼒达到⼀定的数值后沿⼀定的晶体学平⾯产⽣的晶体学断裂。

2.解释下列⼒学性能指标的意义(1)E( 弹性模量);(2)ζp(规定⾮⽐例伸长应⼒)、ζe(弹性极限)、ζs(屈服强度)、ζ0.2(规定残余伸长率为0.2%的应⼒);(3)ζb(抗拉强度);(4)n(加⼯硬化指数);(5)δ(断后伸长率)、ψ(断⾯收缩率)3.⾦属的弹性模量取决于什么?为什么说他是⼀个对结构不敏感的⼒学性能?取决于⾦属原⼦本性和晶格类型。

因为合⾦化、热处理、冷塑性变形对弹性模量的影响较⼩。

4.常⽤的标准试样有5倍和10倍,其延伸率分别⽤δ5和δ10表⽰,说明为什么δ5>δ10。

答:对于韧性⾦属材料,它的塑性变形量⼤于均匀塑性变形量,所以对于它的式样的⽐例,尺⼨越短,它的断后伸长率越⼤。

5.某汽车弹簧,在未装满时已变形到最⼤位置,卸载后可完全恢复到原来状态;另⼀汽车弹簧,使⽤⼀段时间后,发现弹簧⼸形越来越⼩,即产⽣了塑性变形,⽽且塑性变形量越来越⼤。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

材料力学性能学习题与解答[教材课后答案]

材料力学性能学习题与解答[教材课后答案]

度越高。
3、计算: 某低碳钢的摆锤系列冲击实验列于下表, 温度(℃) 60 40 35 25 试计算: a. 绘制冲击功-温度关系曲线; 冲击功(J) 75 75 70 60 温度(℃) 10 0 -20 -50 冲击功(J) 40 20 5 1
冲击吸收功—温度曲线 80 70 60 50
Ak
40 30 20 10 0 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 10 20 30 40 50 60 70 0 0 0 0 0 0 t/℃
第三章 冲击韧性和低温脆性 1、名词解释: 冲击韧度 冲击吸收功 低温脆性
解: 冲击韧度:一次冲断时,冲击功与缺口处截面积的比值。 冲击吸收功:冲击弯曲试验中,试样变形和断裂所吸收的功。 低温脆性:当试验温度低于某一温度时,材料由韧性状态转变为脆性状态。 韧脆转变温度:材料在某一温度 t 下由韧变脆,冲击功明显下降。该温度即韧脆转 变温度。 迟屈服:用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时,瞬 间并不屈服,需在该应力下保持一段时间后才屈服的现象。
2) 简述扭转实验、弯曲实验的特点?渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学 性能常用的方法是什么? 1 扭转实验的应力状态软性系数较拉伸的应力状态软性系数高。可 解: 扭转实验的特点是○
2 扭转实验 对表面强化处理工艺进行研究和对机件的热处理表面质量进行检验。 ○ 3 圆柱试样在扭转时,不产生缩颈现象,塑 时试样截面的应力分布为表面最大。○
韧脆转变温度 迟屈服
2、简答 1) 缺口冲击韧性实验能评定哪些材料的低温脆性?哪些材料不能用此方法 检验和评定?[提示:低中强度的体心立方金属、Zn 等对温度敏感的材料,高强 度钢、铝合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能]
解:缺口冲击韧性实验能评定中、低强度机构钢的低温脆性。面心立方金属及合金如氏 体钢和铝合金不能用此方法检验和评定。

材料力学性能课后习题 (1)

材料力学性能课后习题 (1)

材料力学性能课后习题第一章1.解释下列名词①滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

②弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

③循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

④包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

⑤塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

⑥韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

⑦加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。

⑧解理断裂:解理断裂是在正应力达到一定的数值后沿一定的晶体学平面产生的晶体学断裂。

2.解释下列力学性能指标的意义(1)E( 弹性模量);(2)σp(规定非比例伸长应力)、σe(弹性极限)、σs(屈服强度)、σ0.2(规定残余伸长率为0.2%的应力);(3)σb(抗拉强度);(4)n(加工硬化指数);(5)δ(断后伸长率)、ψ(断面收缩率)3.金属的弹性模量取决于什么?为什么说他是一个对结构不敏感的力学性能?取决于金属原子本性和晶格类型。

因为合金化、热处理、冷塑性变形对弹性模量的影响较小。

4.常用的标准试样有5倍和10倍,其延伸率分别用δ5和δ10表示,说明为什么δ5>δ10。

答:对于韧性金属材料,它的塑性变形量大于均匀塑性变形量,所以对于它的式样的比例,尺寸越短,它的断后伸长率越大。

5.某汽车弹簧,在未装满时已变形到最大位置,卸载后可完全恢复到原来状态;另一汽车弹簧,使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,而且塑性变形量越来越大。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

工程材料力学性能束德林课后习题(非常全)打印版

工程材料力学性能束德林课后习题(非常全)打印版

16
13、断裂韧度KIC与强度、塑性之间的关系
总的来说,断裂韧度随强度的升高而降低。

()
1/2
*IC y f c K E X σε∝14、试述K IC 和A KV 的异同及其相互之间的关系。

相同点:都可以表示材料抵抗裂纹扩展的能力不同点:K IC 是裂纹失稳而导致材料断裂的临界强度因子。

而A KV 是V 型试样的冲击吸收功。

试样的速率不同。

相互关系:一般K IC 大的材料其A KV 较大
KIC 配合比较合适?构件材料参数如表
解:1000/0.7≈1429, 即材料的屈服强度在1429MPa 以下时K I
需要修正
24
从题中可知,只有1500MPa 时不需要修正,但是此时K I =61.6值大于K IC =55,材料不可用其它都需要修正:
σ0.2=1100时代入可得K I
=67.8<110σ0.2=1200时代入可得K I =66.7<95σ0.2=1300时代入可得K I =65.8<75σ0.2=1400时代入可得K I =65.2>60
因为只要保证材料能够使用时,材料的屈服强度高点好,所以最合适的为σ0.2=1300 MPa ,K IC =75时的状态。

工程材料力学性能 第二版 课后习题答案

工程材料力学性能 第二版 课后习题答案

《工程材料力学性能》(第二版)课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性:在外加载荷作用下,应变落后于应力现象。

静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。

弹性极限:试样加载后再卸裁,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。

比例极限:应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。

包申格效应:指原先经过少量塑性变形,卸载后同向加载,弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加;反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。

解理断裂:沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。

晶体学平面--解理面,一般是低指数,表面能低的晶面。

解理面:在解理断裂中具有低指数,表面能低的晶体学平面。

韧脆转变:材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象(冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂,断口特征由纤维状转变为结晶状)。

静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。

是一个强度与塑性的综合指标,是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。

二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案:金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力,而材料的成分和组织对它的影响不大,所以说它是一个对组织不敏感的性能指标,这是弹性模量在性能上的主要特点。

改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响,但对材料的刚度影响不大。

三、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义?答案:包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。

特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零,这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。

包辛格效应可以用位错理论解释。

第一,在原先加载变形时,位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍,塞积后便产生了背应力,这背应力反作用于位错源,当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时,可使位错源停止开动。

材料力学性能课后题参考答案(DOC)

材料力学性能课后题参考答案(DOC)

《工程材料力学性能》课后题参考答案机械工业出版社 2008第2版第一章 单向静拉伸力学性能一、解释下列名词1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等1、 说明下列力学性能指标的意义。

答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】2、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标?答:主要决定于原子本性和晶格类型。

工程材料力学性能(束德林第三版)课后习题答案

工程材料力学性能(束德林第三版)课后习题答案

工程材料力学性能课后题答案第三版(束德林)第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。

(1)弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

(2)滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

(3)循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

(4)包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

(5)解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

(6)塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

脆性:指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

(7)解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为 b 的台阶。

(8)河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

(9)解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

(10)穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

(11)韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变。

2、说明下列力学性能指标的意义。

答:(1)E(G)分别为拉伸杨氏模量和切边模量,统称为弹性模量表示产生 100%弹性变所需的应力。

(2)σr 规定残余伸长应力,试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。

精品 课后习题及参考答案-材料性能学课后习题与解答

精品 课后习题及参考答案-材料性能学课后习题与解答

材料性能学课后习题与解答绪论1、简答题什么是材料的性能?包括哪些方面?[提示] 材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为;解:材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。

包括○1力学性能(拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲)○2物理性能(热、光、电、磁)○3化学性能(老化、腐蚀)。

第一章单向静载下力学性能1、名词解释:弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解:弹性变形:材料受载后产生变形,卸载后这部分变形消逝,材料恢复到原来的状态的性质。

塑性变形:微观结构的相邻部分产生永久性位移,并不引起材料破裂的现象。

弹性极限:弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。

弹性比功:弹性变形过程中吸收变形功的能力。

包申格效应:材料预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余应力(弹性极限或屈服强度)增加;反向加载,规定残余应力降低的现象。

弹性模量:工程上被称为材料的刚度,表征材料对弹性变形的抗力。

实质是产生100%弹性变形所需的应力。

滞弹性:快速加载或卸载后,材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。

内耗:加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功,即有部分变形功倍材料吸收,这部分被吸收的功称为材料的内耗。

韧性:材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

超塑性:在一定条件下,呈现非常大的伸长率(约1000%)而不发生缩颈和断裂的现象。

韧窝:微孔聚集形断裂后的微观断口。

2、简答(1) 材料的弹性模量有那些影响因素?为什么说它是结构不敏感指标?解:○1键合方式和原子结构,共价键、金属键、离子键E高,分子键E低原子半径大,E小,反之亦然。

○2晶体结构,单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性,沿密排面E大,多晶材料为各晶粒的统计平均值;非晶材料各向E同性。

○3化学成分,○4微观组织○5温度,温度升高,E下降○6加载条件、负载时间。

对金属、陶瓷类材料的E没有影响。

完整版材料力学性能课后习题答案整理

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材料力学性能课后习题答案第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。

1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

脆性:指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变2、 说明下列力学性能指标的意义。

答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gtδ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 P15 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标?答:主要决定于原子本性和晶格类型。

合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。

材料力学性能-习题课

材料力学性能-习题课
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铝合金2219-T851的抗拉强度极限σb= 454 MPa, KIC=32Mpa· 1/2。合金钢AISI4340的σb= m 1827 MPa, KIC=59Mpa· 1/2。若两种材料制成 m 的尺寸相同的平板都有2a=2mm的穿透裂纹,且 设两种材料都可近似地作为线弹性材料,试求使 裂纹失稳扩展的应力σ。 ?(设Y=1.77)
13

马氏体时效钢(300级)的屈服强度约为 2100MPa,断裂韧度为44MPam-2,用这种材料制 造的飞机着陆装置,最大设计应力为屈服强度的 70%,如果可以检测到裂纹长度为2.5mm,
请问,这是一个合理的工作应力吗?假设存 在是最小的边缘裂纹,且这种几何形状强度因子 K=1.12σ(πa)1/2
σ/σs=350/385 > 0.6,裂纹尖端不但有弹性变形,而且会有 塑性变形,不符合弹性力学理论,如不进行修正,计算所得 数值会与实际不符。
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2、下列现象中哪个不是弹性比功的应用( )。 A、撑杆跳高的杆 B、电子器件中的按钮弹 C、铍青铜制作仪表弹簧 D、音叉在空气中弹 性振动
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4、今有如下工件需要测定硬度,试说明选用何种 硬度试验法为宜。 a.渗碳层的硬度分布 b.淬火钢 c.灰铸铁 d. 高 速钢刀具 e.鉴别钢中残余奥氏体 f.仪表黄铜齿轮 g.龙门 刨床导轨 h.氮化层
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依照公式:K1=Yσa1/2,假设取Y等于1.77, 则:σ = K1c/ Y ac177×1×10-3/2=571Mpa; 合金钢: σ = K1c/ Y ac1/2 = 59/ 1.77×1×10-3/2=1050Mpa; 铝合金发生脆断的应力高于强度极限σb= 454 MPa,表明拉断 之前不会因裂纹失稳扩展而脆断。 合金钢脆断时的应力为σb的57%,表明远没达到σb之前,就已 因裂纹失稳扩展而脆断。 合金钢受K1c的限制,在有裂纹的情况下,高强度的特性不能充 分发挥。 而铝合金的强度却得到了充分的应用。

《材料力学性能》课程习题集

《材料力学性能》课程习题集
12今有如下工件需测定硬度试说明选用何种硬度试验法为宜1渗碳层的硬度分布2淬火钢3灰铸铁4鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体5仪表小黄铜齿轮6龙门刨床导轨7氮化层8火车圆弹簧9高速钢刀具10硬质合金13如何评定材料的缺口敏感性第三章习题1解释下列名词1冲击韧度2冲击吸收功3低温脆性4韧脆转变温度5韧性温度储备2试说明低温脆性的物理本质及其影响因素
(2) (或 ); (3) 和 ; (4)绘制条件应力—应变曲线和真应力—真应变曲线(未修正)。 24.为什么材料的塑性要以延伸率 和断面收缩率 这两个指标来度量?它们在工程上各有 什么实际意义? 25.减轻汽车重量对降低燃油消耗有很重要的作用。汽车车身或底盘约占汽车总重量的 60 来确定的,铝合金的比刚度比钢(低合金高强度钢) %。底盘的主要尺寸是按比刚度 大,为什么汽车车身一般用钢而不用铝合金,除了生产成本之外,还有什么必须考虑的重 要因素? 26.为什么材料中的第二相数量、尺寸和形状会影响断裂时的塑性大小( 27 .已 知 =745 淬火 后 200 ,试问它在三向拉伸( 回火 ,其宏观 正 断 抗 力 = =+S, 为 3236 或 )?
第一章
习题
1.解释下列名词: (1)弹性比功;(2)包申格效应;(3)解理面;(4)塑性、脆性和韧性;(5)解 理台阶;(6)河流花样;(7)穿晶断裂和沿晶断裂。 2. 常用的标准试样有 5 倍试样和 10 倍试样,其延伸率分别用σ5 和σ10 表示,说明为什么 σ5>σ10。 3.某汽车弹簧,在未装满载时已变形到最大位置,缺载后可完全恢复到原来状态;另一汽 车弹簧,使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,而且塑性变形 量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。 4、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 5、今有 45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料,你选择那种材料作为机床机身?为什么? 6、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义? 7、产生颈缩的应力条件是什么?要抑制颈缩的发生有哪些方法? 8、 为什么材料的塑性要以延伸率 和断面收缩率 这两个指标来度量?它们在工程上各有什 么实际意义? 9、试用位错理论解释:粗晶粒不仅屈服强度低,断裂塑性也低;而细晶粒不仅使材料的屈 服强度提高,断裂塑性也提高。 10、延性断口有几部分组成?其形成过程如何? 11、板材宏观脆性断口的主要特征是什么?如何根据断口特征寻找断裂源? 12、简述延性断裂过程中基体和第二相的作用,其形态对材料韧性水平有何关系。 13、由 Hall-Petch 关系式和解理断裂表达式讨论晶粒尺寸细化在强韧化中的作用。 14、为什么材料发生脆断要先有局部的塑性变形?试从理论上给予解释,并从试验上举出一 两个实验结果证明上述的论点是正确的。 n 15.试证明对可用 Hollmon 关系 S=K ε 描述其真应力-真应变关系的材料,其条件抗拉强
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马氏体时效钢(300级)的屈服强度约为 2100MPa,断裂韧度为44MPam-2,用这种材料制 造的飞机着陆装置,最大设计应力为屈服强度的 70%,如果可以检测到裂纹长度为2.5mm,
请问,这是一个合理的工作应力吗?假设存 在是最小的边缘裂纹,且这种几何形状强度因子 K=1.12σ(πa)1/2
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1、解:已知: a=8mm=0.008m, σ=350 MPa, KⅠ=σ(πa)1/2 (1)σ/σs=350/1400 < 0.6, KⅠ=σ(πa)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5(MPa·m1/2) σ/σs=350/385 > 0.6,所以必须进行塑性区修正,Y= (π)1/2 KⅠ=Y σ(a)1/2/[1-0.056(Yσ/σs)2]1/2=σ(πa)1/2/[1-0.056π(σ/σs)2]1/2 =350×(3.14×0.008)1/2/[1-0.056π(350/385)2]1/2=60(MPa·m1/2)
断之前不会因裂纹失稳扩展而脆断。 合金钢脆断时的应力为σb的57%,表明远没达到σb之前,就已
因裂纹失稳扩展而脆断。 合金钢受K1c的限制,在有裂纹的情况下,高强度的特性不能
充分发挥。 而铝合金的强度却得到了充分的应用。
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采用屈服强度σ0.2=1500MPa、断裂韧度 KIc=65MPa.m1/2的钢材制造出一大型厚板构 件,探伤发现有4mm长的横向穿透裂纹。若该钢 板在轴向拉应力σ=600MPa下工作,计算
3
.低碳钢的屈服强度为207MPa,某试样的直径为 0.01m,长度为0.10m,承受1000N的拉力并伸长 6.077×10-6m,,试计算其应力是高于还是低于 屈服应力,如果低于,计算杨氏模量。
4
1、有一个金属拉伸试样,其初始直径为10mm, 长度为50mm。屈服强度为400MPa,弹性模量为 70GPa,抗拉强度为500MPa。试计算其屈服点的 应变量和试验过程中的最大载荷。
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铝合金2219-T851的抗拉强度极限σb= 454 MPa, KIC=32Mpa·m1/2。合金钢AISI4340的σb= 1827 MPa, KIC=59Mpa·m1/2。若两种材料制成 的尺寸相同的平板都有2a=2mm的穿透裂纹,且 设两种材料都可近似地作为线弹性材料,试求使 裂纹失稳扩展的应力σ。 ?(设Y=1.77)
《材料力学性能》
2010级材料成型与控制专业用 1
材料性能学
习题课
2
课堂练习 有三个圆柱试样,直径均为10mm,长度为1m。 第一个试样为铝质(E=70GPa), 第二个为Al2O3(E=380GPa), 第三个是聚苯乙烯(E=3.1GPa), 沿着试样的轴线方向分别施加2000N的力,假定变形都是 弹性的,试估算各试样的伸长量
(1) 裂纹尖端前沿的应力强度因子K1 (2) 该构件裂纹失稳扩展的临界应力σc
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例题
某一构件上设计的拉伸应力为690MPa,材料:a)Ti6Al-4V;b)17-7型奥氏体不锈钢,求上述两种材料 下的临界裂纹尺寸ac。(假设取Y等于1.77 )
查表得: a)Ti-6Al-4V:K1C=55MPa·m-1,σs=1035MPa b)17-7型奥氏体不锈钢: K1C=77MPa·m-
1,σs62MPa·m-1,材料中裂 纹的长度2a=5.7mm时,要使裂纹失稳扩展而导致 断裂,需加多大的应力?(设Y=π1/2)
12
假设已测得钛合金的断裂韧度为44MPam-2, 其平板内部有一直径1.6cm的硬币型裂纹,对其进 行轴向拉伸,
试计算该平板不发生断裂时所能承受的最大应 力,该材料屈服强度为900MPa
σc=
(
Eγs/a
)1/2=[2×105×106×2/(4×10-
4)]1/2=3.16×107Pa= 31.6 MPa
(2) σm=( Eγs/ a0)1/2=[2×105×106×2/(2.5×10-10)]1/2= 4×1010Pa= 4×104MPa
理论断裂强度认为材料中没有任何缺陷,根据原子间的结 合力计算断裂强度;而实际材料中已经存在裂纹,当平均应 力还很低时,裂纹尖端的应力集中已达到很高值,从而使裂 纹快速扩展并导致脆性断裂。实际断裂强度远远小于理论断 裂强度。
(2)比较列表如下:
σ/MPa
σ0.2/MPa KⅠ/( MPa·m1/2)
350
1400
385
55.5
60
σ/σs=350/385 > 0.6,裂纹尖端不但有弹性变形,而且会有 塑性变形,不符合弹性力学理论,如不进行修正,计算所得
数值会与实际不符。
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2、下列现象中哪个不是弹性比功的应用( )。
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依照公式:K1=Yσa1/2,假设取Y等于1.77, 则:σ = K1c/ Y ac1/2
铝合金: σ = K1c/ Y ac1/2 = 32/ 1.77×1×10-3/2=571Mpa; 合金钢: σ = K1c/ Y ac1/2 = 59/ 1.77×1×10-3/2=1050Mpa; 铝合金发生脆断的应力高于强度极限σb= 454 MPa,表明拉
A、撑杆跳高的杆
B、电子器件中的按钮弹
C、铍青铜制作仪表弹簧 D、音叉在空气中弹
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一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ= σ(πa)1/2] 的钢板,受到350MPa垂直于裂纹平面的应力作用。 ( 1 ) 如 果 材 料 的 屈 服 强 度 分 别 是 1400Mpa 和 385 MPa,求裂纹顶端应力场强度因子值;(2)试比 较和讨论上述两种情况下,对应力场强度因子进 行塑性修正的意义。
5
已知某材料的γs=2J/m2,E=2×105MPa, a0=2.5×1010m,
(1)如存在0.8mm长的的垂直拉应力的横向穿透裂纹(可视 为无限宽薄板),求该材料的裂纹扩展的临界应力。
(2)求这种材料的理论断裂强度,并结合(1)题,讨论理论 断裂强度和实际断裂强度。
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解:(1)已知2a=0.8mm=0.0008m=8×10-4m
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