第2章 材料结构理论x
结构设计原理第2章 结构极限状态计算
规定时间——对结构进行可靠度分析时，结合 结构使用期，考虑各种基本变量与时间关系所 取用的基准时间参数，即设计基准期。我国公 路桥梁结构的设计基准期为100年。 设计基准期≠使用寿命，当结构的使用年限超 过设计基准期时，表明它的失效概率可能增大， 不能保证其目标可靠度，但不等于结构丧失功 能甚至报废。通常使用寿命长，则设计基准期 就长，设计基准期小于寿命期。
R－抗力方面的基本变量组成的综合抗力；
S－作用效应方面的基本变量组成的综合效应。
2.
结构功能函数与可靠、失效、极限状态的对 应关系
Z=R–S>0：结构可靠 Z=R–S<0：结构失效
Z=R–S＝0：结构处于极限状态
结构可靠度设计的目的用功能函数表示，应满足
Z＝g（X1，X2，…，Xn）≥0或Z＝R－S ≥0
f
( )
。
－无量纲系数，称为结构可靠指标。 与
失效概率 Pf 有一一对应关系， 越大， Pf 越 小 ，结构越可靠。(表2-1)
2.1.5 目标可靠指标
定义：用作公路桥梁结构设计依据的可靠 指标。 确定方法：采用“校准法”并结合工程经 验和经济优化原则加以确定。 校准法——根据各基本变量的统计参数和 概率分布类型，运用可靠度的计算方法， 揭示以往规范隐含的可靠度，以此作为确 定目标可靠指标的依据。
采用近似概率极限状态设计法，设 计计算应满足承载能力和正常使用两类 极限状态的各项要求。
2.2.1 三种设计状况
持久状况
桥涵建成后承受自重、车辆荷载等 作用持续时间很长的状况。对应于桥梁 的使用阶段，必须进行承载能力极限状 态和正常使用极限状态的设计。
短暂状况
桥涵施工过程中承受临时性作用 （或荷载）的状况。对应于桥梁的施工 阶段，一般只进行承载能力极限状态计 算（以计算构件截面应力表达），必维护条件下，在规定 时间内，具有足够的耐久性，如不出现 过大的裂缝宽度，钢筋不锈蚀。（耐久 性）
机械设计第二章
破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
机械电子工程学院
轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
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轴瓦磨损
齿面接触疲劳
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2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
48
机械电子工程学院
3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
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第八节 机械零件设计的一般步骤
机械电子工程学院
机械电子工程学院
四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
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五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸
材料科学基础 绪论和第一章
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
11924B
1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
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1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
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第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
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第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
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第四节 晶体材料的组织
第二章 设计 (2)(结构设计)
30%，或超过5mm时，均需按图2-13的要求削薄厚
板边缘。
图2-13
板厚不等时的对接接头
五、压力容器常用焊接结构设计
主要内容：
选择合适的焊缝坡口，方便焊材(焊条或焊丝）伸 入坡口根部，以保证全熔透。
坡口选择因素： ①尽量减少填充金属量； ②保证熔透，避免产生各种焊接缺陷；
的内部质量。
（a）
（b） 图2-12 容器接管的角接和对接
（c）
2．尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷
未熔透
指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下
空隙的现象。未熔透导致脆性破坏的起裂点，
在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。
改进
选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径 较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面 焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或 采用带垫板的坡口等。
力与薄膜应力叠加，使该部位的应力远远高于其它 部位，故受力状况不佳。
四、球冠形封头
碟形封头当r=0时，球面与筒体直接连接，如图4-15（d）所示
优点： 缺点：
结构简单、制造方便，常用作容器中两独立受压 室中间封头，端盖。
无转角过渡，存在相当大的不连续应力，其应力
分布不甚合理。
4锥壳
无折边锥壳
轴对称锥壳
Ⅰ形 V型
单边V形 U形
J形
I型
V型
单边V型
U型
图2-9
J型
坡口的基本形式
特例：一般接头应开设坡口，而搭接接头无需开坡口即可焊接。
图2-10 双V形坡口 双V形坡口由两个V形坡口和一个I形坡口组合而成
三、压力容器焊接接头分类
目的： 为对口错边量、热处理、无损检测、焊缝尺寸等方面 有针对性地提出不同的要求，GB150根据位置，根据 该接头所连接两元件的结构类型 以及应力水平，把接 头分成A、B、C、D四类，如图2-11。
混凝土结构设计原理(第五版)课后习题答案
在双筋梁计算中，纵向受压钢筋的抗压强度设计值采用其屈服强度 ，但其先决条件是： 或 ，即要求受压钢筋位置不低于矩形受压应力图形的重心。
双筋截面梁只适用于以下两种情况：1)弯矩很大，按单筋矩形截面计算所得的 又大于 ，而梁截面尺寸受到限制，混凝土强度等级又不能提高时；2)在不同荷载组合情况下，梁截面承受异号弯矩时。应用双筋梁的基本计算公式时，必须满足x≤ h0和x≥2 这两个适用条件，第一个适用条件是为了防止梁发生脆性破坏；第二个适用条件是为了保证受压钢筋在构件破坏时达到屈服强度。x≥2 的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏时达到屈服强度 的情况下，此时正截面受弯承载力按公式： 计算；x＜2 的双筋梁出现在受压钢筋在构件破坏时不能达到其屈服强度 的情况下，此时正截面受弯承载力按公式： 计算。
第2章混凝土结构材料的物理力学性能
思考题
①混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k是根据以边长为150mm的立方体为标准试件，在(20±3)℃的温度和相对湿度为90％以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法测得的具有95％保证率的立方体抗压强度确定的。②混凝土的轴心抗压强度标准值fck是根据以150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件，在与立方体标准试件相同的养护条件下，按照棱柱体试件试验测得的具有95％保证率的抗压强度确定的。③混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk是采用直接轴心抗拉试验直接测试或通过圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试，测得的具有95％保证率的轴心抗拉强度。④由于棱柱体标准试件比立方体标准试件的高度大，试验机压板与试件之间的摩擦力对棱柱体试件高度中部的横向变形的约束影响比对立方体试件的小，所以棱柱体试件的抗压强度比立方体的强度值小，故fck低于fcu,k。⑤轴心抗拉强度标准值ftk与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为： 。⑥轴心抗压强度标准值fck与立方体抗压强度标准值fcu,k之间的关系为： 。
第二章 第二节 第3课时 配合物理论简介(教师版)
第3课时配合物理论简介一、配位键1．概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的共价键，即“电子对给予-接受键”。
2．表示方法：配位键常用A→B表示，其中A是提供孤电子对的原子，叫给予体，B是接受孤电子对的原子，叫接受体。
如：H3O＋的结构式为。
判断正误(1)任意两个原子都能形成配位键() (2)配位键和共价键没有本质区别()(3)形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对() (4)配位键是一种特殊的共价键()(5)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子()答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×应用体验1．Ag＋、NH3、H2O、H＋、Co3＋、CO中能提供空轨道的是_________________；能提供孤电子对的是__________________。
答案Ag＋、H＋、Co3＋NH3、H2O、CO2．以下微粒含配位键的是________________(填序号)。
①N2H＋5②CH4 ③OH－④NH＋4⑤Fe(CO)3 ⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O＋⑧[Ag(NH3)2]OH答案①④⑤⑥⑦⑧解析①氢离子提供空轨道，N2H4中氮原子提供孤电子对，所以能形成配位键，N2H＋5含有配位键；②甲烷中碳原子满足8电子稳定结构，氢原子满足2电子稳定结构，无空轨道，无孤电子对，CH4不含有配位键；③OH－电子式为，无空轨道，OH－不含有配位键；④氨气分子中氮原子含有孤电子对，氢离子提供空轨道，可以形成配位键，NH＋4含有配位键；⑤Fe(CO)3中Fe原子提供空轨道，CO提供孤电子对，可以形成配位键，故正确；⑥SCN－的电子式为，铁离子提供空轨道，硫原子提供孤电子对，Fe(SCN)3含有配位键；⑦H3O＋中O提供孤电子对，H＋提供空轨道，二者形成配位键，H3O＋含有配位键；⑧Ag＋有空轨道，NH3中的氮原子提供孤电子对，可以形成配位键，[Ag(NH3)2]OH 含有配位键。
材料
第一章绪论1.基本概念材料化学：化学与材料科学两者结合，从分子水平到宏观尺度认识与控制结构与性能或功能的基本关系；是关于材料制备、加工和分析的化学，它的作用是改进材料的组成、结构以及合成方法，开发具有突出性能或特殊功能的新型材料。
2.材料的分类（1）按组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料（2）按使用性能分：结构材料（主要利用材料的力学性能）功能材料（主要利用材料的物理和化学性能）（3）按状态分：单晶材料、多晶材料、非晶态材料、复合材料3.材料的构成要素当一种材料被创造、发现和生产出来时，该材料所表现出来的性质和现象是人们关心的中心问题，而材料的性质和现象取决于成分和各种层次上的结构，材料的结构又是合成和加工的结果，最终得到的材料制品必须能够、并且以经济和社会可以接受的方式完成某一指定的任务。
习题：1.什么是材料化学，应该从哪些角度来认识材料？2．你如何认识材料的结构与性能之间的关系？举例说明。
第二章材料化学的理论基础1.晶体的宏观特征：规则的几何外形、晶面角守恒、物理性质的各向异性、有固定的熔点。
2.晶体与非晶体之间的转化a 热力学：非晶态的吉布斯自由能高,是一种亚稳状态。
b 动力学：动力学上难以转化，（势垒高）如金刚石和石墨。
c 转化方法：机械能使晶体非晶化。
3.点阵：按连结任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点。
4.点阵的二个必要条件：（1）点数无限多；（2）各点所处环境完全相同。
5.平面点阵（晶面）指标（h k l）定义：一平面点阵在三个晶轴的倒易截数之比。
意义：用来标记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的趋向关系。
6.晶面间距d（hkl）定义：晶面指标为（h k l）的一组平面点阵中相邻的两平面点阵面间的垂直距离。
意义：每一种晶体物质都有一套特征d（hkl），是晶体物相分析的重要依据。
7.群：在一非空集合G中，当某种代数运算规定后，若集合同时满足封闭性、单位元素、逆元素、结合规律四个条件，则G构成一个群。
第二章-结构可靠性的基本概念和原理
若结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规
定限值，则认为其达到正常使用极限状态。如：影响正常
使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
(3)整体性极限状态(抗连续破坏极限状态)
结构由于局部损坏而达到其余部分将发生连续破坏(或
连续20倒21/塌4/)9状态限值。
5
2.2 可靠度基本概念
第二章：结构可靠性的基本概念和原理
2.2 可靠度基本概念
2.2.1 极限状态
1、工程结构的功能函数
无论是房屋、桥梁、隧道等工程结构设计时，应使其在
使用期内，力求在经济合理前提下满足下列各项要求：
(1)能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用
(包括荷载及外加变形或约束变形)—结构的安全性；
(2)在正常使用时具有良好的性能—结构的适用性；
N(S,S )
对R，S作标准化变
换
Sˆ
Rˆ
S S S
R R
R
显然, Sˆ , Rˆ 均服从 N (0 ,1分) 布.
Z R ˆR R (S ˆSS ) 0
c
o
s
S
用
2 R
2除上式得
S
S ˆcosSR ˆcosˆR0
c
o
s
R
S
2 R
2 S
R
2 R
2 S
2021/4/9
14
由解析几何知，在标准正态化坐标系SˆOˆ Rˆ 中，上式为极 限状态直线的标准法线式方程。 为原点 O ˆ 到极限状态 直线的法线距离 Oˆ p (见图2-4)。cosS,cosR为法线对各 坐标向量的方向余弦。 的几何意义为标准正态坐标 系中原点 O ˆ 到极限状态直线的最短距离。对结构极限 状态方程为若干相互独立、正态变量构成非线性方程 情况，同样可证明 的合理近似取值为标准正态坐标 系中原点 O ˆ 到极限状态曲面的最短距离。
理论篇第二章__中学化学课程[1]1 - 第二章 中学化学课程
![理论篇第二章__中学化学课程[1]1 - 第二章 中学化学课程](https://img.taocdn.com/s3/m/c7424b0850e2524de4187e2a.png)
英国
普通水平 O水平：
使用
11—16岁
• 纳菲尔德化学教材
高级水平A水平：
16—18岁
其他国家：加拿大、澳大利亚、日本、新加 坡
这一时期课程改革的共同特点
（1）不同程度地提高了理论知识的起点，削弱了元素化合 物知识的比重。
（2）从教材的编写特点上看，基本都是将理论知识和元素 化合物知识穿插编排。
义务教育课程标准教材——上教版 （上册）
第一章 开启化学之门 第二章 我们身边的物质 第三章 物质构成的奥秘 第四章 燃烧 燃料 第五章 金属与矿物
人教版义务教育化学教科书
• 上册 第一单元 走进化学世界 第二单元 我们周围的空气 第三单元 自然界的水 第四单元 物质构成的奥秘 第五单元 化学方程式 第六单元 碳和碳的氧化物 第七单元 燃料及其利用
1978年教材特点
• 理论起点高 • 更新了某些概念 • 理论与元素化合物知识并重
甲种本
乙种本
第四时期 2001年以后
特点：课程改革时代 主要工作：2001年正式颁布了《基础教育课
程改革纲要（试行）》 2001年8月《全日制义务教育化学课程标
准（实验稿）》也正式出台 2003年普通高中《化学课程标准》出台 对应的教材：初中——上教版、人教版、 山 东、广东
5、通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生 体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强 化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养 学生的创新精神和实践能力。
基本理念的变化
• 从课程目标来看，由过分强调掌握“双基”的化 学课程向培养学生科学素养的化学课程转变；
• 从目标的价值取向来看，由面向少数人的化学课 程向面向全体学生的化学课程转变；
MoS2电催化剂的制备及性能研究-第二章-计算及实验原理
第1章 计算及实验原理2.1引言研究MoS 2电催化性能首先需要知道其催化原理及催化性能如何测试。
本章主要从理论模型的计算和实验原理方向进行叙述：(1)介绍基于密度泛函理论的第一性原理，目的在于计算并理解MoS 2材料结构、形貌对于其催化性能的影响，寻找MoS 2电催化活性位点，对于正确设计实验起着必不可少的指导作用。
(2)介绍本文中主要使用的MoS 2电催化剂的制备方法原理，包括液相剥离法、水热法和微波辅助法，主要介绍了各种方法的原理及特点。
(3)介绍MoS 2电催化剂的电化学性能的测试和材料表征测试原理，包括：透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)和X 射线光电子能谱(XPS)测试，并探索它们在本课题中的应用。
2.2理论计算为探究MoS 2这种材料对于电化学催化的活性位点，本文采用了基于密度泛函理论(Density Functional Theory ，DFT)的第一性原理计算方法。
第一性原理是指基于量子力学的方法，通过求解薛定谔方程获取多粒子系统的各种参数，如系统总能量、固体能带、热导率、光学介电函数等。
由于多粒子系统的复杂性使得直接求解这一系统的薛定谔方程并不现实。
在计算过程中，通过密度泛函理论近似，将粒子的物理性质用粒子态密度函数描述。
密度泛函理论由Hebenberg 和Kohn 提出，此外Kohn 和Sham 建立了科恩-沙姆(Kohn-Sham)方程[23]，该方程为进行密度泛函理论近似提供基础。
⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=+'-''+==+-∇∑⎰=N i XC KS i i i KS r r r E r r r r d r v r V r E r r V 1i 22)()()(][)()()]([)()()]]([[ϕρδρρδρρϕϕρ其中(2-1)在求解Kohn-Sham 方程时需给出确定的交换关联能，常用方法包括由Kohn 和Sham 提出的局域密度近似法(Local Density Approximation ，LDA)和Perdew 等人提出的广义梯度近似法(Generalized Gradient Approximation ，GGA)。
材料科学基础第2章-4
1、负离子配位多面体规则（Pauling第一规则）
在正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子之 间的距离取决于离子半径之和，而配位数则取决于正负离 子的半径之比。 这一规则符合最小内能原理。根据这一规则，描述和 理解离子晶体结构时，将其视为由负离子配位多面体按一 定方式连接而成，正离子处于配位多面体的中央。 首先，由于负离子的半径一般都大于正离子半径，故在 离子晶体中，正离子往往处于负离子所形成的多面体的间 隙中。 正负离子相切时晶体处于低能状态。不相切则处于高能 状态。 形成低能稳定结构的条件：rir+或r+/ r- ri/ r-(ri 是间隙半径)
ZrO2
在1000℃以上是正方结构，而在1000℃以下是 单斜结构，但非常接近于萤石（CaF2）结构。
紫色球代表Zr离子，橙色球代表O离子
金红石型结构（AB2）
结构：体心立方
用途：重要的电容器材料和光催化材料。
金红石是TiO2的一种常见的稳定结构（此外TiO2还有板钛矿及 锐钛矿结构），也是陶瓷材料中比较重要的一种结构。它具有简单 正方点阵。 每个结构胞中含有两个Ti4+离子（紫球）和4个O2-离子（绿球）。
1. AB型化合物 NaCl型结构（岩盐结构）
Cl-构成面心立方点阵，Na+占据其全部八面体间隙
两个面心立方分点阵穿插而成的迭结构（或超结构）。 MgO、CaO、FeO、TiN、TiC、MnO
CsCl 一种原子占据晶胞的结点，另一种占据体心位置，是由两个 简单立方点阵穿插而成。
闪锌矿（立方ZnS）型结构 面心立方，其中S占据FCC晶胞结点，Zn占据四个不相邻的 四面体间隙。 同构化合物：β-SiC, GaAs, AlP, InSb, 其中SiC为高温材料；GaAs 为半导体材料。
大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。
4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
高中化学 第二章 分子结构与性质 2.2.1 形形色色的分子
促敦市安顿阳光实验学校形形色色的分子价层电子对互斥理论一、A组向巩固向巩固一、常见分子的立体结构1.下列分子中,所有原子不可能共处于同一平面上的是( )A.H2OB.CO2C.CH2OD.CH4解析:H2O为V形分子、CO2为直线形分子、CH2O(甲醛)为平面形分子,而CH4为正四面体形分子,只有CH4分子中的所有原子不可能共处于同一平面上。
答案:D2.下列分子的立体结构与水分子相似的是( )A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl4解析:H2S与H2O为电子体,两者立体结构相似,均为V形分子;而CO2为直线形分子、PCl3为三角锥形分子、SiCl4为正四面体形分子。
答案:B3.下列分子中键角最大的是( )A.H2OB.CO2C.CH2OD.NH3解析:H2O分子为V形,键角为105°;CO2分子为直线形,键角为180°;CH2O分子为平面三角形,键角为120°;NH3为三角锥形,键角为107°。
答案:B4.26054062下列叙述正确的是( )A.NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心l4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心C.H2O分子中O原子处在2个H原子所连接的直线的D.CO2是非极性分子,分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的解析:NH3分子为三角锥形分子,N原子位于锥顶,A错误;CCl4分子为正四面体形分子,B错误;H2O分子为V形结构,C错误;CO2分子为直线形,C原子位于两个O原子连线的,D正确。
答案:D5.根据所学知识填空:(1)子分子常见的立体构型有形(如CO2)和形(如H2O)。
(2)四原子分子常见的立体构型有形和形,如甲醛(HCHO)分子呈形,键角约为;氨分子呈形,键角为;另外需要注意,特殊的白磷(P4)分子呈形,键角为。
(3)子分子最常见的立体构型为形,如常见的CH4键角是。
解析:(1)CO2是直线形,H2O是V形。
第二章 混凝土结构材料的物理力学性能2
混凝土强度等级：边长150mm立方体标准试件，在标准条件下（
20±3℃ ， ≥ 95% 湿 度 ） 养 护 28 天 ， 用 标 准 试 验 方 法 （ 加 载 速 度 0.15~0.3N/mm2/sec，两端不涂润滑剂）测得的具有95%保证率的立方体
双轴应力状态（Biaxial Stress State）
• 混凝土的双向
受力强度
双向受拉：强度接近 单向 受拉强度 双向受压：抗压强度和极 限压应变均有 所提高
一拉一压：强度降低
k=0.82，其间按线性插值。
f c k f cu
对于同一混凝土，棱柱体抗压强度小于立方体抗压强度。
轴心抗拉强度
16
150
500
也是混凝土的基本力学性能，用符 号 ft 表示。 混凝土构件开裂、裂缝、变形，以 及受剪、受扭、受冲切等的承载力 均与抗拉强度有关。
100
150
á Ä Ü Ô é Ö Ð Ê À Ê Ñ
抗压强度，用符号C表示，C30表示 fcu,k=30N/mm2
f cc
F A
非标准试块强度换算系数： • 200mm×200mm×200mm:1.05； • 100mm×100mm×100mm:0.95。 • 6〞×12〞圆柱体：1.20 （1〞=2.54cm） • 6〞×12〞棱柱体：1.32 分级：C15,C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50, C55, C60,C65,C70,C75,C80 (高强混凝土），共14个等级 • C—Concrete,单位：N/mm2或MPa 与原《规范GBJ10-89》相比，混凝土强度等级范围由C60 提高到C80，C50以上为高强混凝土。
第二章 金属的晶体结构
晶向指数简化确定方法
1 确定三维坐标系：所求晶向的起点为原点，棱 边以长度为坐标轴的长度单位。 2 求坐标：求所求晶向距起 点最近的原子在三个坐标轴 方向上的坐标值。 3 化最简整数，加方括号。 形式为 [uvw] ，坐标中出现 负值，在数字上方冠负号。
晶向指数的例子
所有平行的晶向，都 具有相同的晶向指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
(111) (111) (111) (111) {1 1 1}晶面族：
(111) (111) (111) (111)
(111)
(111)
(111)
(111)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
3.4 晶向指数与晶面指数的联系
当某一晶向[uvw]位于或平行于某一晶面（hkl） 时，必须满足：hu+kv+lw=0。 ［100］//(010)；［110］位于(111)上 当某一晶向[uvw]垂直 于某一晶面（hkl） 时，必须满足：u=h， v=k，w=l。 ［111］⊥（111）； ［010］ ⊥（010）
晶面指数的例子
立方晶系中一些重要晶面的晶面指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
二、晶面族
晶面族：原子排列相同但空间位向不同 的所有晶面，以{hkl}表示。 立方晶系中的晶面族： {1 0 0}：(100)+(010)+(001)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
{1 1 0}晶面族：
(110) (101) (011) (110) (101) (011)
基本概念
为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶 面，国际上通用密勒指数（Miller indices）来统 一标定晶向指数与晶面指数。 晶面指数(indices of crystal plane )： 表示晶面的符号。 晶向指数(indices of crystal orientation)： 表示晶向的符号。
第2章 结构按极限状态法设计的原则
2、破坏阶段设计法：从40年代开始，考虑了混凝土的塑性性能 ，它是以构件破坏时的承载力为准，使按材料标准强度计算得 到的承载力必须大于设计荷载产生的内力，同时采用单一安全 系数进行控制。 M 例如受弯构件： K = p ≥ [ K ] M Mp—按材料标准强度算得的破坏弯距；
b Ra
M P = R bx ( h0 − x 2)
可靠度——结构在规定的使用期限内（桥梁结构取100年），在 规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完 成预定结构功能的概率。可靠度是可靠性的数量描述。 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决 的问题。 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况， 以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。
σ ≤ σL
w ≤ wL
f ≤ fL
正常使用极限状态计算以弹性或弹塑性理论为基础； 构件处于弹性工作阶段。
《桥规》有关本条的原文如下：
六、持久和短暂状况的应力计算（应力不超过规定的限值） 此时为使用阶段，构件处于弹性工作阶段。
1、按持久状况设计的预应力砼受弯构件计算下列3项应力：
（此项仅对预应力混凝土构件作计算要求） 正截面砼法向应力 受拉区钢筋的拉应力 斜截面砼的主压应力 计算规定：应力不超过规定的限值；计算时作用（荷载）取 标准值，汽车荷载考虑冲击系数；所有荷载分项系数取为1.0 ；预加力分项系数取为1.0。 该项计算属强度验算——作为承载能力计算的补充!
1、容许应力设计方法
容许应力法是以弹性理论为基础的方法，采用材料力学公式 计算。其设计思想是：在规定的标准荷载作用下，按弹性理论 计算得到的构件截面应力应不大于规定的材料容许应力。 容许应力——材料的屈服强度除以适当的安全系数。 材料强度 f 设计表达式：σ ≤ [σ ] = = 安全系数 K 安全系数 K 是一个大于1.0的数值；
第二章 材料科学与工程的四个基本要素
第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE 四要素；– 使用性能，材料的性质，结构与成分，合成与加工两个重要内容;– 仪器与设备，分析与建模§2。
1 性质与使用性能 1。
基础概念2。
性质与性能的区别与关系 3。
材料的失效分析4. 材料（产品）使用性能的设计5. 材料性能数据库6. 其它问题2。
1。
1基础内容 材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热。
机械载荷的应。
材料性质描述• 力学性质;强度,硬度,刚度，塑性,韧性物理性质;电学性质，磁学性质，光学性质，热学性质 化学性质；催化性质，防化性质结构材料性质的表征——-—材料力学性质 强度:材料抵抗外应力的能力.塑性:外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能 力。
硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。
刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。
疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力.抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力。
韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力.6强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴应力应 变2.1.1基础内容7材料的物理性质磁学性质光学性质电学性质· 导电性 · 绝缘性 · 介电性· 抗磁性 · 顺磁性 · 铁磁性· 光反射 · 光折射 · 光学损耗 · 光透性热学性质· 导热性 · 热膨胀 · 热容 · 熔化注：上面只列出了材料的主要物理性质2.1.1基础内容物理性质的交互性———-材料应用的关键点现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特 殊的物理交互性。
例如: 电学———-机械电致伸缩 机械————电学压电特性 磁学————机械磁致伸缩 电学————磁学巨磁阻效应 电学——-—光学电致发光 性能定义在某种环境或条件作用下,为描述材料的行为或结果，按照特定的 规范所获得的表征参量。
第二章 材料凝固理论x
二、自发形核
形核分为两类，一类为自发形 核，它是指:在没有任何外来界 面的均匀熔体中的形核过程。
1、经典相变动力学理论 根据经典相变动力学理论，液相原子在凝固驱动力 △Gm作用下，从高自由能 GL 的液态结构转变为低自 由能 GS 的固态晶体结构过程中，必须越过一个能垒 △Gd才能使凝固过程得以实现。
V2
1
内能U
2013-7-29
焓H
熵S
二、状态函数间的关系
dG Vdp SdT dG dH TdS dH TdS Vdp H C ( ) T
p p
G －体系的吉布斯（Gibbs）自由能 H －热焓，体系等压过程中热量的变化
S －热量和温度的熵值，反映体系紊乱程度
V －体系的体积 P －体系的压力
材料凝固过程可以用热力学原理来描述。热力学可 用于判断一个过程是否可能发生以及发生的程度如何。
一、状态函数的概念
热力学函数与状态函数
有关 W p(V )dV 与过程经历的“历程” V 热力学函数 无关, 与过程经历的“历程” 只与体系所处的状态有 状态函数 关
V2
1
状态函数是热力学函数的一种，其转变过程于 路径无关，而只与体系状态所处的状态有关。
根据力的平衡原理：
SG LS LG cos SG LS cos LG
SG LS SG LS
固体表面的液滴及表面张力的示意
杨氏方程，接触角于界面张力的关系
0
, cos 0, 90 , 表现为润湿情况。 , cos 0， 90 , 表现为不润湿情况。
《材料的结构》教学大纲.doc
《材料的结构》课程教学大纲课程名称：Structure of Materials课程编号：012005总学时数：48学时讲课学时：40学时实验学时：8学时学分：3学分先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《材料科学基础》。
教材：《材料的结构》（冶金工业出版社、余永宁毛卫民编著）。
参考书目：周公度，《晶体结构的周期性和对称性》，高等教育出版社，1992年；弗里埃德尔，《位错》，科学出版社，1984年；B. Henderson,《晶体缺陷》,高等教育出版社,1983年。
《课程内容简介》：系统地阐述了晶体材料的完整性结构及非完整性结构。
在晶体的完整性方面，介绍了晶体的各种对称性和常见晶体结构，包含了先进金属材料结构分析的内容，介绍和分析了金属间化合物材料以及一些新材料的结构，论述了晶体取向分析、定量计算以及理论模拟的方法等。
在晶体的非完整性方面，介绍了晶体的点、线和面缺陷的结构，除了介绍其一般性结构理论外，对一些典型结构中的结构缺陷作了适当的讨论。
一、课程性质、目的和要求本课程是“材料成型及控制工程”专业的主要专业课。
本课程的学习目的是使学生掌握晶体学的基础知识，学习晶体结构的基本对称性, 理解点群和空间群的分类及应用，了解分析晶体结构的常用方法和过程，以及测定晶体取向和多晶体织构的方法。
通过学习晶体缺陷的基本知识，掌握点缺陷、线缺陷和面缺陷的基础理论，培养学生分析问题的能力，为学习后续专业课程打下厚实的理论基础知识。
本课程的要求：通过本课程的学习，要求学生掌握晶体材料微观结构的基础理论，熟悉完整晶体结构的基本规律，在此基础上进一步掌握晶体缺陷的基本理论。
为以后承担和开展材料科学与工程研究工作奠定理论基础。
二、教学内容、要点和课时安排《材料的结构》授课课时分配表章节讲课习题课讨论课实验其他合计第1章22第2章33第3章44第4章323第5章323第6章22第7章121第8章33第9章22第10章22第11章33第12章自学第13章22第14章22第15章44第16章124本课程的教学内容共分十六章。
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布喇菲晶格
三斜晶系（简单单斜）
特点：a≠b≠c，a≠b≠g≠90º
单斜晶系
特点： a≠b≠c， a=b=90º≠ g 简单单斜 底心单斜
原胞
定义：能反映晶体结构周期性的最小重复
单元
原胞与晶胞的比较
反映特征 包含基元 体积
原胞 周期性 1 最小
晶胞 周期性和对称性 ≥1 不定
晶格所含的基元数
由于晶格的对称性，部分晶向完全等价，如立方 晶系中 [100], [010], [001], [100], [010], [001] , 等价晶 向可用晶向族表示<100>
晶面指数
由于晶体的对称性，间距相同的晶面具有
相同的性质，这些晶面可用晶面指数表示 为（hkl）
晶面指数的计算方法
1）在所求晶面外取一格点作为原点，由格点伸展出 的三条棱作为坐标轴； 2）以晶格常数a、b、c为单位，求出晶面在各坐标 轴上的截距； 3）取截距的倒数，化作互质整数比，加括号即为晶 面指数
阵点的基本特征
周期性:
周期性排列；
同一性:每个阵点在空间分布必须具有完全相同的
周围环境(surrounding)
晶体结构与空间点阵的区别
晶体结构指原子或离子在晶体中的真实排 列情况
空间点阵是对晶体结构的抽象和提炼
晶胞与晶格
晶胞是晶体结构中
能够反映晶体周期 性和对称性的最小 平行六面体格子；
密勒-布喇菲晶向指数
[uvtw]，t=-(u+v)
密勒-布喇菲晶面指数 (hkil)，i=-(h+k)
三指数与四指数的转换
密勒晶向指数[UVW] 密勒-布喇菲晶向指数[uvtw] u=(2U-V)/3,
v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W
密勒晶面指数(hkl)
液晶的应用
4、 材料结构的实验研究
对于晶体材料，有多种方法对其空间点
阵的结构进行表征：
X射线衍射
电子衍射
扫描隧道显微镜
原子力显微镜
X射线衍射
1912年Laue通过实验观察到了X射
线的衍射现象，同时证明了X射线
的波动性和空间点阵的存在。
1915年Bragg父子提出了晶体衍射
理论，建立Bragg公式，为X射线 衍射测定晶体结构建立基础。
晶面指数
晶面计算实例
晶面指数
晶面指数要点
晶面指数表示的是一组相互平行，间距相等的晶
面；
由于晶格具有对称性，晶面与其负晶面是相同晶
面；
由于晶格具有周期性，晶面指数成倍数关系的晶
面不一定相同，即晶面指数不需约至最简比；
六方晶系指数
六方晶系具有特殊的对称性，常用密勒-布
喇菲指数表示其晶向和晶面
5、极化键
极化键的特点
极化使分子间产生静电引力（二次键） 一般无方向性，但影响周围区域的分子 弱结合力 (强结合力的1/100；<10 kcal/mol， 即41.8 kJ/mol)
氢键是典型极化键
5、极化键
H
oxygen
H
oxygen
H H
氢键形成示意图
5、极化键
极化键对材料性质的面 密度
BCC
晶面指数 原子排列 晶面密度 原子排列 晶面密度
FCC
{100}
{110}
{111}
3、准晶、非晶和液晶
非晶
基元呈无序排列，但基元结构具有一定规律性， 即短程有序、长程无序
玻璃
金属玻璃 非晶态高分子聚合物
通常宏观上均匀，具有各向同性 结构处于亚稳态
X射线衍射
X射线衍射原理
Bragg公式
n = 2d sin
X射线衍射
X射线粉晶衍射
X射线衍射
X射线衍射
电子衍射
电子衍射通过聚焦的电子束与样品接触后
准晶
晶体只有1，2，3，4，6次对称轴；
具有其他对称轴的，即晶格排列只有对称性而无 周期性的即为准晶态（quasi-crystalline state）
具有五次对称轴定向长程有序但 无重复周期的图形
液晶（Liquid Crystals）
液晶是晶体和液体之间的中间状态，液晶 具有液体的流动性，又具有晶体的某些各 向异性。
1、晶体概述
晶体的特征
自限性：自发形成
规则外形的几何多面 体
解理性：能沿一定
晶面发生劈裂
对称性：晶体旋转一定角度后格点重合的
特性，晶体只具有1，2，3，4，6次对称轴
固定熔点：晶体的熔点即向非晶态转变时
的临界温度
各向异性：晶体在不同的方向上，性质各
不相同
2、晶体学基础
晶体结构与空间点阵
但存在极化键的材料性能上会有很大变化
三、晶体结构与晶体学
1、晶体概述
定义
晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期 性地重复排列构成的固体物质。
注意
（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决 定的，而非由外观判断； （2）周期性是晶体结构最基本的特征。
1、晶体概述
（3）晶体的有序性，既要求近程有序，也要 求长程有序
特点： a1=a2=a3≠c, a=b=90º g=120º ,
三方晶系（简单三方）
特点： a=b=c，a=b=g ≠90º
布喇菲晶格
四方晶系
特点：a=b≠c， a=b=g=90º 简单四方 体心四方
布喇菲晶格
正交晶系
特点： a≠b≠c， a=b=g=90º 简单正交 底心正交 体心正交 面心正交
β
α
γ
晶格的大小；
b 夹角a、b、g，决定
a
晶格的形状；
布喇菲晶格
理论上空间点阵中可
以选取任意多个不同
的晶格，但能够反映
晶体周期性和对称性
的晶格只有14种，即
布喇菲晶格。
布喇菲晶格
立方晶系
特点：a=b=c, a=b=g=90º 简单立方 体心立方 面心立方
布喇菲晶格
六方晶系（简单六方）
由于晶体具有周期性，晶格不同位置的基
元被不同的晶格所共用
晶格所含的基元数
格子 类型 简单 格子 体心 格子 底心 格子 面心 格子 顶角 格点 8 8 面上 格点 0 0 中心 格点 0 1 格点 总数 1 2
8 8
2 6
0 0
2 4
晶向指数
晶格内格点的方位可用晶向表示，晶向可
用晶向指数（密勒指数）记作[UVW]
晶面密度
晶面上的原子数 晶面密度 = 晶面面积
晶面密度与晶面间距之间关系的示意图
晶面密度计算方法
例：计算晶格常数为a的BCC晶体（100）晶面的 晶面密度。 c 解：如图截取晶胞的（100）截面
晶面面积： A = a 晶面上原子数目：
2
b a (100)
晶面密度：
1 n = 4 = 1 4 n 1 (100) = = 2
n:主量子数，决定原子中电子能量以及离核
平均距离，即电子层数；
l:副（角）量子数，与角动量有关，与电子
能量也有关，还影响轨道的形状；
ml:磁量子数，与电子运动的角动量在z轴上
的分量有关，影响原子轨道的伸展方向；
ms:自旋量子数，表示电子自旋方向； 以四量子数可以完整描述电子运动的状态
密勒-布喇菲晶面指数(hkil)
h=h,
k=k, i=-(h+k), l=l
晶格致密度
4 2 3 4 ( a) 3 4 = = 0.74 3 a
晶格致密度
密排六方致密度
1 1 格点数： n = 12 2 3 = 6 6 2
4 a 3 6 ( ) 3 2 = 0.74 致密度： = 3 2 6 a c 4
3、共价键
共价化合物的性质特点
高熔点、高硬度和强度； 一般是绝缘体，熔融状态下也不能导电。
4、金属键
成键机理
金属原子相互靠近时，原子核形成紧密堆积， 所有原子的价电子脱离原轨道形成广域电子 云被所有原子共用。
4、金属键
金属键的特征 低电负性原子间形成
高强度 (稍小于共价键和离子键; 25～200 kcal/mol,即104.5～836 kJ/mol) 无方向性：趋向于与最大数目的相邻原子 结合 无饱和性：电子为所有原子共享
面心立方与密排六方的堆垛方式
密排六方 ABABABAB……
面心立方
ABCABCABC……
晶面间距
两相邻近平行晶面间的垂直距离—晶面间距，用 dhkl表示 dhkl求解方法（以正交晶系为例）：
pc nb ma
不同晶系的晶面间距
注意：以上计算式是对简单晶胞而言，如果为复杂 晶胞，在计算时应考虑到晶面层数增加的影响
3、核外电子排布规律
能量最低原理：多电子原 子处在基态时，总是尽量 占有能量最低的轨道 Pauli不相容原理：同一轨 道上能且只能排布两个自 旋方向相反的电子；
7s 6s 5s 4s 3s 2s 1s
7p 6p 5p 4p 3p 2p
7d 6d 6 f 5d 5 f 4d 4 f 3d
Hund规则：电子将尽可能 多地分占不同的等价轨道， 且自旋平行（同向），符 合能量最低原理
4、金属键
金属材料的性质特点
良好的延展性，适于机械加工 良好的导电性 良好的导热性
5、极化键（Van Der waals键）