材料性能学作业(2)
材料力学性能学作业完整答案
材料力学性能学作业答案某校力学性能试验室装有液压万能材料试验机、扭转试验机和疲劳试验机等设备，今欲测定下列材料的塑性：1）40CrNiMo调质钢试样-拉伸2）20Cr渗碳淬火钢试样-弯曲或扭转3）W18Cr4V钢淬火回火试样-压缩或扭转4）灰铸铁试样-弯曲，扭转或压缩万能材料试验机-弯曲扭转试验机-扭转疲劳试验机-拉伸、压缩今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验为宜。
1)渗碳层的硬度分布显微2）淬火钢洛或维或布3）灰铸铁布4）硬质合金洛或维5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体显微6）仪表小黄铜齿轮显微7）龙门刨床导轨肖氏（便携）8）氮化层显微9）火车圆弹簧布氏10）高速钢刀具布氏检验以下材料的冲击韧性，哪些需要开口，哪些不需要开口？W18Cr4v[NO] Cr12MoV[NO] 3Cr2W8V[YES] 40CrNiMo[YES] 30CrMnSi[YES] 20CrMnSiTi[YES] 铸铁［NO］试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？答：物理本质：某些金属材料或合金，在试验温度低于某一温度时，由韧性状态变为脆性状态。
影响材料脆韧转变的因素有：?1．晶体结构，对称性低的体心立方以及密排六方金属，合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；?2．化学成分，能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高；?3．显微组织，显微组织包含以下几个方面的影响：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性，韧性。
细化晶粒提高材料韧性原因为,细化晶粒可以使基体变形更加均匀，晶界增多可以有效的阻止裂纹的扩张，因塑性变形引起的位错的塞积因晶界面积很大也不会很大，可以防止裂纹的产生；金相组织；?4．温度的影响：温度影响晶体中存在的杂质原子的热激活扩散过程，定扎位错原子气团的形成会使得材料塑性变差。
5．加载速度的影响：提高加载速度如同降低材料的温度，使得材料塑性变差，脆化温度升高。
(完整word版)《材料性能学》课后答案
《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(σP)或屈服强度(σS)增加；反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)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。
《材料性能学》习题答案
（1）Al 为 fcc 结构，单晶体有三阶段：易滑移。线性硬化、抛物线硬化； （2）Mg 为 hcp 结构，只有三个基面滑移系，曲线上只有易滑移阶段； （3）工业纯铁：有明显的屈服现象，随后是应变硬化和颈缩。模量和强度比 Al、Mg 高， 但塑性略差于 Al； （4）T8 钢为高碳钢，无屈服，与工业纯铁相比， b 高，但 % 低； （5）过共晶白口铸铁，非常脆，几乎无宏观塑性，为低应力脆断， b 不高。 2.19 解：
（2）再根据经典强度设计条件来选取[ ]< 0.2 的状态，根据许用应力条件[ ]= 0.2 /1.4， 求出五种状态下的许用应力为： ①785.7；②857.1；③928.6；④1000；⑤1071.4 可见除状态①以外的其他状态，均能满足经典强度设计要求，综合两种设计准则，只 有热处理状态②同时满足。 3.16 解： 根据题意，可将裂纹简化为无限大平板穿透裂纹，则有： K I
P 2000 526.4MPa A (2.2 103 ) 2 4
l l0 258.3 0.256 ； 200
真应变： e ln( ) ln （3）工程应力：
P 2000 407.6MPa A0 (2.5 103 ) 2 4
l 258.3 200 0.292 l0 200
1.16 解： （1）40CrNiMo 调质钢：拉伸试验，该钢为中碳合金结构钢，且为调质处理状态，有一定强 度和塑性的配合，可由单向拉伸试验的 或 来表征塑性； （2）20Cr 渗碳淬火钢：拉伸、扭转、弯曲，该钢本身为低碳合金钢，有较好的塑性。经渗 碳后， 表面为高碳处于外硬内韧状态， 若需要确定整体塑性， 可采用拉伸试验的 或
da
3
a2
材料性能学综合作业
一、填空题1.材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为松弛稳定性。
2.按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为滚动摩擦和滑动摩擦。
3.材料的韧性温度储备通常用 符号表示，取值在2060℃温度范围，对于相同的材料而言，韧性温度储备越大，材料的工作温度就越高（高、低），材料就越安全（安全，不安全）。
对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取上限（上限，下限）。
4.材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越大（大、小），材料的缺口敏感度就越小（大、小），材料的对缺口就越敏感（敏感、不敏感）。
5.拉伸缺口三要素是指纤维区、放射区、剪切唇三个区域，低碳钢的宏观断口通常被称为杯锥状断口。
6.按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105，称为高周疲劳，又称为低应力疲劳；N 为102～105，称为低周疲劳，又称为高应力或应变疲劳。
7.从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：弹性模量，表面能和裂纹尺寸。
8.在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形以及不均匀集中变形 4个阶段。
9.疲劳断口最显著的宏观特征是_疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区______________，微观特征是____疲劳条带________。
10.粘着磨损的形貌特征是机件表面有大小不等的结疤，磨粒磨损的形貌特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。
二、名词解释1.包申格效应是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，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。
2.解理断裂在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。
3.应力状态软性系数任何复杂应力状态都可以用三个主应力表示。
根据这三个主应力可以按“最大切应力理论”计算最大切应力，按“相当最大正应力理论”计算最大正应力，而二者的比值表示他们的相对大小，成为应力状态软性系数，记为α。
《无机材料物理性能》课后习题答案（2）
《⽆机材料物理性能》课后习题答案（2）《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=-=?=A A 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1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。
解：1-6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。
无机材料物理性能题库（2）
名词解释1.1.应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。
应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。
2.2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。
弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。
3.3.剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。
剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。
4.4.滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移. .5.5.屈服应力：屈服应力：屈服应力：当外力超过物理弹性极限，当外力超过物理弹性极限，当外力超过物理弹性极限，达到某一点后，达到某一点后，达到某一点后，在外力几乎不增加的情在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力叫屈服应力。
6.6.塑性：塑性：塑性：使固体产生变形的力，使固体产生变形的力，使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，在超过该固体的屈服应力后，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性。
7.7.塑性形变：塑性形变：塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，在超过材料的屈服应力作用下，在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，产生变形，产生变形，外力移去后不能恢复的外力移去后不能恢复的形变。
形变。
8.8.粘弹性：粘弹性：一些非晶体和多晶体在比较小的应力时一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,,可以同时变现出弹性和粘性，称为粘弹性称为粘弹性. .9.9.滞弹性：滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。
立即恢复的能力。
10.10.弛豫弛豫弛豫::施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。
11.11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。
《材料物理性能》习题解答
《材料物理性能》习题解答材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院2007，3目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1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：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前1227.2 2.5 4.909 拉伸后1227.22.44.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l ==??===?-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应力0851.0100=-=?=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：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。
(完整版)材料性能学考卷及答案
3、说明K I和K IC的异同。
对比K IC和K C的区别，说明K I和K IC中的I的含义。
（6分）
K Ic代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等内在因素。
K I是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。
（3分）
K Ic称为平面应变的断裂韧性，K c为平面应力的断裂韧性。
对于同一材料而言，K Ic<K c，平面应变状态更危险，通常以前者衡
量材料的断裂韧性。
K
IC 中的I代表平面应变，K
I
的I表示I型裂纹。
2
2
22
2)1(23
12
13
12
3)
121121()112112(21
1
12)1
12112(1231)1
21121(112R w w w w w
w R
w w n n n n n n n n w w R n n w w -=⨯=-=+-=+-=+--=-=+--=分）
五、证明题（共8分）
一入射光以较小的入射角内i 和折射角r 穿过一透明玻璃板。
证明透过后的光强系数为（1-R ）2。
设玻璃对光的衰减不变。
设空气为介质1，透明玻璃为介质2，光进入到玻璃之前的能量为W1,进入到玻璃之后光的能量为W2，再次进入到空气中后的能量为W3，则透过后的光强系数应为w3/w1（2分）。
则有
（1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分）。
材料物理性能二复习题
《材料物理性能二》复习题1．什么是应力和应变？一25㎝长的圆杆，直径2.5㎝，承受4500N的轴向拉力。
如直径拉细成2.4㎜，问（1）设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度。
（2）在此拉力下的真应力和真应变。
（3）在此拉力下的名义应力和名义应变。
2．什么是弹性模量？影响弹性模量的因素有哪些？一陶瓷含体积百分比为95％的Al2O3(E=380GPa)和5％的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量，如该陶瓷含有5％的气孔，估算其上限及下限模量。
3．什么是滑移、滑移系？为什么金属材料容易滑移而产生塑性形变，而多晶材料则比较困难？滑移有哪些基本性质？4．什么是刃位错、螺位错、柏格斯矢量和柏格斯回路？位错有哪些基本性质？5．从位错周围产生的应力场和应变能的计算公式，我们得到哪些结论？6．什么是位错反应？位错反应必须符合哪些条件？并要求计算？7．试从位错理论来阐述金属材料和陶瓷材料的塑性性质？8．什么是材料的高温蠕变？典型的蠕变可分为几个阶段？每个阶段有哪些特点？影响蠕变的因素有哪些？9．Inglis σ c =c4γE Griffithσ c =πcγ2E理论密度σth=aγE这三个公式有哪些差别？适用的场合？影响强度的因素主要是什么？10．什么是K1c？K1c和K1有什么联系，为什么说K1c也是材料的本征参数？11．一钢板受有长向拉应力350MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8㎜（＝2C），此钢板的屈服强度为1400MPa，计算K1c 值。
12．提高无机材料强度、改进材料韧性的途径是什么？13．热容定义是什么？为什么气体的Cp总比Cv要大？14．了解和掌握爱因斯坦模型和德拜模型？15．什么是材料的热膨胀？它有什么意义？αv和αl有什么联系？16．材料的热膨胀机理是什么?影响热膨胀系数的因素有哪些？17．什么是导热系数？能够掌握傅立叶定律并推演出四种典型几何形状物体的稳定导热计算公式。
高分子材料性能学作业
第一章和第二章内容作业作业（1）1.名词解释弹性模量、弹性比功、塑性变形、抗拉强度、银文、应变软化现象、应力状态软性系数、高弹性、应变诱导结晶、滞弹性、粘弹性、蠕变、应力松弛、内耗2. 说明下列符号的含义：σP；σe；σs；σb；500 HBW10/3500/30；650HV30/203. 简述高弹性的特点及本质4. 简述高分子材料的微观屈服现象5. 简述高分子材料的塑性变形机理5. 简述温度与频率对聚合物的内耗的影响6. 简述时-温等效原理及其应用作业（2）1．简述高分子材料的应力-应变曲线类型、主要特点及典型材料。
2. 影响高分子材料强度的因素有哪些？如何对高分子材料增强？3、比较结晶态高聚物与非晶态高聚物的塑性变形机理的异同点。
4. 比较玻璃态高聚物的强迫高弹形变和橡胶的高弹形变，并分别说明其本质和表现形式。
5. 试画出非晶态高分子材料的拉伸应力-应变曲线，说明拉伸过程中试样的变化过程。
6. 已知某聚合物材料在25℃时模量从106Pa松弛到2×105Pa需要104h，该聚合物的T g = 55℃，试问同样的松弛过程在80℃时需要多长时间？第三章和第四章内容作业1.试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？2、有一材料E=4.3×1011 N/m2，γs=10 N/m，由其制成的一薄板内有一条长6mm的裂纹，试求脆性断裂时的断裂应力σc？3、采用屈服强度σ0.2=1600 MPa，断裂韧度K IC=70 MPa·m1/2的材料制造一个大型板件，探伤发现有4mm长的横向穿透裂纹。
若该板件在轴向拉应力σ=640 MPa下工作，试计算：（1）裂纹尖端前沿的应力强度因子K I及塑性区的宽度R0。
（2）该板件裂纹失稳扩展的临界应力σc。
4、现有一大型板材，已知其屈服强度σ0.2 = 1000 MPa，断裂韧度K IC = 69.0 MPa·m1/2，探伤发现有4.0mm长的横向穿透型裂纹，若该板件的设计安全系数（n=σ0.2/σ）为1.25，试问：（提示：采用平面应变的公式计算）①在该工作条件下，板材结构是否安全？并计算塑性区的宽度？②计算该板件裂纹失稳扩展的临界应力σc？5 已知一有机玻璃平板中含有一长度为8mm的穿透型裂纹，该板受到一个均匀的拉伸应力σ = 557 MPa，已知其断裂韧度K IC = 75 MPa·m1/2，试问：（1）如按照安全系数n = 1.4设计，问该板材结构是否安全，并计算塑性区宽度？（2）若裂纹长度为16mm，按n=1.8设计，问该板材结构是否安全？第五章内容作业（全部）第六章内容作业（部分）一、名词解释：应力强度因子、断裂韧度、断裂K判据、疲劳强度、过载损伤、过载持久值、疲劳缺口敏感度、疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展门槛值、热疲劳、磨损二、简答题1、试述高分子材料疲劳的破坏过程及疲劳破坏的特点2、疲劳断裂的形式3、高分子材料疲劳破坏机理4、影响高分子材料疲劳性能的因素5、试述高分子材料的磨损过程及特点6、试述高分子材料的磨损类型和其磨损机理三、比较题1、ΔK th和σ-1的区别2、塑料疲劳和橡胶疲劳的区别四、计算题1、某层板式压力容器的层板上有长度为12.8mm的周向穿透裂纹，容器受到的交变应力Δσ= 71.0 MPa，已知该材料的断裂韧度K IC=50.32 MPa·m1/2，由实验测得裂纹的扩展速率符合Paris公式，且参数c = 2 × 10-12，n =3，试计算该容器的疲劳寿命？2、某层板式压力容器的层板上有长度为42mm的周向穿透裂纹，容器受到的交变应力Δσ= 87.7 MPa，根据材料的断裂韧度计算得到的临界裂纹长度为326mm，由实验测得裂纹的扩展速率符合Paris公式，且参数c = 2 × 10-11，n =3，试估算：（1）、该容器的疲劳寿命？（2）、经过5万次循环以后裂纹尺寸扩展了多少？。
湖南大学材料性能学作业习题答案
第一章一、解：1.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, 称为滞弹性。
2. 塑性：在给定载荷下，材料产生永久变形的特性。
3•解理台阶：解理裂纹与螺型位错相交形成解理台阶。
4. 河流状花样：解理裂纹与螺型位错相遇后，沿裂纹前端滑动二相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶足够大时，便成为河流状花样。
5. 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
二、解：1.E :弹性模量。
2. d 0.2 :屈服强度3. b b :抗拉强度4. £ :条件应变或条件伸长率。
三、解：由d m= ( E Y s/ao)?得：丫s= d m2 • ao/E ①将代入d c= (2E • 丫s/ JI a)?=d m- ( 2*ao/刃*a)=504MPA.四、解：由题中所给式子知：⑴：材料的成分增多，会引起滑移系减少、孪生、位错钉插等，材料越容易断裂；⑵：杂质：聚集在晶界上的杂质越多，材料越容易断裂；⑶：温度：温度降低，位错摩擦阻力越大，所以材料越容易断裂；⑷、晶粒大小：晶粒越小，位错堆积越少，晶界面积越大，材料韧性越好，所以不容易断裂；⑸、应力状态：减小切应力与正应力比值的应力状态都会使材料越容易断裂；⑹、加载速率：加载速率越大，材料越容易断裂五、解：两者相比较，前者为短比例式样，后者为长比例式样，而对于韧性金属材料，比例试样尺寸越短，其断后伸长率越大，所以 d 5大于d 10.第二章作业题1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按“相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。
2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的力学性能。
3布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留压痕。
HBW通过压痕平均直径求得。
材料性能学作业及答案解析
材料性能学作业及答案解析本学期材料性能学作业及答案第⼀次作业P36-37第⼀章1名词解释4、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。
10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进⾏拉伸试验时塑性变形阶段的外⼒F与长度增量ΔL的关系为：F/N 6000 8000 10000 12000 14000ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。
解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所⽰，由公式（⼯程应⼒）σ=F/A0,（⼯程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2σ1= 305.5768，ε1=0.0200，σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，σ3= 509.2946，ε3=0.0900，σ4= 611.1536，ε4=0.1500，σ5= 713.0125，ε5=0.2300，⼜由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应⼒）S=σ（1+ε），计算得：e1=0.0199，S1=311.6883，e2=0.0489，S2=427.8075，e3=0.0864，S3=555.1311，e4=0.1402，S4=702.8266，e5=0.2076，S5=877.0053，⼜由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。
11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是⾦属材料断裂前产⽣明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有⼀个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；⽽脆性断裂是突然发⽣的断裂，断裂前基本上不发⽣塑性变形，没有明显征兆，因⽽危害性很⼤。
韧性断裂：是断裂前产⽣明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂⾯⼀般平⾏于最⼤切应⼒与主应⼒成45度⾓。
材料性能学 第二章本科作业参考答案
第二章作业参考答案1、课本P40 横观各向同性刚度矩阵有无，请予以更正。
以下式为准。
矩阵中未列出相为对称值及0.(cij ) =c11c12c11c13c13c33c44c441(c -c )，（S ij）=(C ij)-12 11 12/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 立方晶系(正交)各向异性材料的刚度矩阵中，C11=C22=C33, C44=C55=C66, C12=C13=C23,(cijc11c12) =c12c12c11c12c12c12c11c44c44c44⇒det(c) =c 3 ⨯[c (c2 -c2 ) -c (c c -c2 ) +c (c2 -c c )]44 11 11 12 12 12 11 12 12 12 12 11＝ c3 ⨯(c3 + 2c3 - 3c c2 )44 11 12 11 12其代数余子式矩阵元素为A =c3 ⨯ (c2 -c2 )11 44 11 12A =-c3 ⨯(c c -c2 )12 44 12 11 12A =-c3 ⨯ (c c -c2 )13 44 12 11 12A =c2 ⨯[c (c2 -c2 ) -c (c c -c2 ) +c (c2 -c c )]44 44 11 11 12 12 12 11 12 12 12 12 11∴(s ij ) =11 12 1212 11 1244，其中11 12 11 12s21= 12 11 12 =11 12 11 12s44s44s44= 1 c44=1116s s s(c2 -c2 )s = 11 12 = 36288 s ss12s12ss1111 c3 + 2c3 - 3c c2-(c c -c2 )4783104-13536 s c3 + 2c3 - 3c c2478310 42 3 3 nn代入 C 11=237GPa, C 12=141GPa, C 44=116GPa,1 = S - 2(S - S - S44 )(a 2 a 2 + a 2 a 2 + a 2 a 2 )E 11 11 122 所以1 2 2 3 1 3(1) ,如右图所示方向，其方向与 X 、Y 、Z 夹角可求得其方向余弦1 c 3 + 2c 3 - 3c c 2[100]: (a 1, a 2 , a 3 ) = (1, 0, 0) , E [100] = = 11 12 11 12=131.81（GPa ） s (c 2 - c 2)11 11 12[110]: (a , a , a ) = ( 2 ,2 , 0) ,1= s 11 + s 44 + s 12， E = 220.58 （GPa ）1 2 3E [110]2 4 2[110][111]: (a , a , a ) = ( 3,3, 3) ,1= S - 2 (S - S - S 44) = 284.43(GPa ) 1 2 3E [111]11 3 11 12 2可见，[111]方向是硬方向，而[100]方向是软方向，与表 2－1－4 一致；其高效异性比为 0.46.(2) 三种晶向的晶粒对丝轴方向弹性模量的贡献相等，所以取加权平均。
性能学总复习
材料性能学总复习资料第一章 作业11.掌握以下物理概念：强度、屈服强度、抗拉强度、塑性、弹性、延伸率、断面收缩率、弹性模量、比例极限、弹性极限、弹性比功、包申格效应、弹性后效、弹性滞后环强度：指的是构件抵抗破坏的能力。
屈服强度：材料屈服时对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力，这一应力值称为材料的屈服强度。
抗拉强度：材料最大均匀塑性变形的抗力。
塑性：是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
弹性：材料受载后产生一定的变形，而卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质称为材料的弹性。
延伸率：材料拉伸后的截面面积变化量与原始截面面积的比值。
断面收缩率：材料拉断后，缩颈处横截面积的最大减缩量与原始截面面积的百分比。
弹性模量：弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。
比例极限：是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力。
弹性极限：是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。
弹性比功：又称为弹性必能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，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。
弹性后效：又称滞弹性，是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
弹性滞后环：在非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，是加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。
2、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性？ 衡量弹性的高低通常用弹性比功来衡量E a e e 22σ=，所以提高弹性极限可以提高弹性比功。
3、材料的弹性模数主要取决哪些因素？凡是影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模数。
主要有：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度及加载方式和速度。
4、一直径2.5mm ，长度为200.0mm 的杆，在2000N 的载荷作用下，直径缩至2.2mm ，试求(1)杆的最终长度；(2)在该载荷作用下的真实应力和真实应变；(3)在该载荷作用下的工程应力和工程应变。
《材料性能学》习题试题集
《材料性能学》习题一、名词术语阐释在理解的基础上用自己的语言阐释各章讲授涉及到的名词术语。
二、名词术语分类对下列名词术语进行分类，并说明分类的依据（可用数字表示该名词术语）：1.屈服强度；2.热膨胀；3.载流子；4.介电常数；5.循环硬化；6.矫顽力；7.磁致伸缩；8.Hollomon关系；9.热导率；10.河流花样；11.断面收缩率；12.磁化曲线；13.击穿；14.光子；15.塑性变形；16.断裂韧度；17.蠕变；18.磁导率；19.持久强度；20.吕德斯带；21.偶极子；22.Coffin-Manson关系式；23.贝纹线；24.加工硬化；25.弹性极限；26.热传导；27.原子固有磁矩；28.电偶极矩；39.循环软化；30. 疲劳极限；31.解理刻面；32.Paris公式；33.热膨胀系数；34.解理台阶；35.伸长率；36.磁滞回线；37.极化；38.过载持久值；39.玻尔磁子；40.马基申定则；41.驻留滑移带；42.谐振子；43.应力-应变曲线；44.韧窝；45.滞弹性；46.格留乃森定律；47.铁磁性；48.声子；49.磁矩；50. 弹性变形；51. 压电常数；52. 最大磁能积53.脆性疲劳条带；54.磁致伸缩。
三、填空请填写下列空白：1.在材料力学性能中，涉及裂纹体的性能指标包括__________裂纹尖端应力强度因子______和__________断裂韧度___。
2.凡是影响___载流子浓度_____________和_____载流子迁移率___________的因素，都将影响材料的导电性能。
3.疲劳极限可以分为____________________对称应力循环下的疲劳极限___和____________________非对称应力循环下的疲劳极限____两类。
4.影响介质绝对折射率的材料性能参数包括______介质的介电常数_______和____介质的磁导率_________。
大学材料性能学练习题2
20XX年复习资料大学复习资料专业：班级：科目老师：日期：《材料性能学》练习题2一．选择题（本题包括15小题，每小题只有一个合适选项，每小题2分，共30分）1. 工程材料在使用过程中不可避免会产生（ d ）。
a) 断裂 b) 弹塑性变形 c) 塑性变形 d) 弹性变形2.在实验中什么材料会出现粘弹性（ c ）。
a)金属 b)陶瓷 c)有机高分子 d)晶须3. 影响弹性模量最基本的原因是（ d ）。
a) 原子半径 b) 合金元素 c) 温度 d) 点阵间距4. 拉伸试验中测得甲材料的δ20XXXX=20XXXX%，乙材料的δ5=20XXXX%，则两种材料的塑性（ c ）。
a) 甲 < 乙 b) 甲 = 乙 c) 甲 > 乙 d) 不能判别5. 裂纹体变形的最危险形式是（ c ）。
a) 撕开型 b) 滑开型 c) 张开型 d) 混合型6. 加载速率不影响材料的（ c ）。
a) 强度 b) 塑性 c) 弹性 d) 韧性7. 机床底座常用铸铁制造的主要原因是（ c ）。
a) 价格低，内耗小，模量小 b) 价格低，内耗小，模量高c) 价格低，内耗大，模量大 d) 价格高，内耗大，模量高8. 位错增殖理论可用于解释（ b ）。
a) 物质的弹性 b) 屈服现象 c) 柯氏气团 d) 形变强化9. 材料失效最危险的形式是（ b ）。
a) 失稳 b) 断裂 c) 腐蚀 d) 磨损20XXXX. 在实验中不同材料的什么性能指标可比性差（ b ）。
a) 拉伸 b) 冲击 c) 弯曲 d) 压缩20XXXX. 材料疲劳极限的测试通常使用的载荷是（ a ）。
a) 对称循环 b) 不对称循环 c) 脉动循环 d) 波动循环12. 根据下图，下列说法正确的是（ a ）。
a) △σ1＜△σ2 b) △σ1 = △σ2c) △σ1＞△σ2 d) 无法判断图疲劳裂纹扩展曲线14. 双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出一个数量级，是因为（ c ）。
材料物理性能作业及课堂测试
热学作业（一）1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。
前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。
后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。
爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。
在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K 时C m 为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化，这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。
之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。
德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。
2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m .解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A C v ⋅=则 5331033081.0-⨯===T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.350103353=⨯⨯=⋅=-T A C v J/mol·K500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即： 9.2431.833=⨯=⋅=R C v J/mol·K热学作业（二）1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D ==，3100010001000a mV m D ==又由)201000(2020100020-⋅-=∆⋅∆=a a a T a a l α，得201000)1980(a a l ⋅+⋅=α故2033203310001000)1980(1)1980(D a m a mD l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα 94.8)1100.17980(136⨯+⨯⨯=-= 8.79g/cm 3 或者：由体膨胀系数l V V V V T V V αα3)201000(2020100020≈-⋅-=∆⋅∆=，得201000)12940(V V l ⋅+⋅=α 故202010001000)12940(1)12940(D V mV m D l l ⋅+⋅=⋅+⋅==αα94.8)1100.172940(16⨯+⨯⨯=-= 8.51g/cm 32、利用热膨胀原理，将一根外径为10.00mm 的钨棒与一根内径为9.98mm 的不锈钢环组装在一起. 将不锈钢环加热到一定温度后取出，在室温（20℃）下迅速与钨棒组装. 为了保证能够组装，至少应加热至多高温度？（钨的热膨胀系数取4.5×10-6/℃，不锈钢的热膨胀系数取16.0×10-6/℃） 解：根据热膨胀系数定义式有：α=∆⨯-TD D D f 00在组装时，不锈钢环的温度为T f1，内径为D c ，钨棒的温度为T 0=20℃，外径为D r ；D c = D r = 10.00mm 。
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材料性能学作业(2) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？
多晶金属材料由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性变形有以下特点： ① 多晶体各晶粒变形的不同时性和不均匀性
位向有利的晶粒先塑变，各晶粒处组织性能不同，要求塑变的临界切应力不同，表现为不同时性和不均匀性。
② 各晶粒变形相互协调与制约
各晶粒塑变受塑变周围晶粒牵制，不可无限制进行下去，晶界对位错的阻碍，必须有5个以上滑移系方可协调发展。
2.金属材料的应变硬化有何实际意义？
材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。
在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使使塑性变形均匀进行，保证冷变形工艺顺利实施；另外，低碳钢切削时，容易产生粘刀现象，且表面加工质量差。
如果切削加工前进行冷变形降低塑性，改善机械加工性能；在材料应用方面，应变硬化使材料具一定的抗偶然过载能力，以免薄弱处无限塑性变形；应变硬化也是一种强化金属的手段，尤其是适用不能热处理的材料。
3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问：
(1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？
(2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？
(1) 008150100%100%62%50
K L L L δ--=⨯=⨯= (2) 2200200
44100%100%71.8%4
K
K d d A A d A ππψπ--=⨯=⨯= (3) 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。
试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？
(4)
即求理论断裂强度 ()114227222108 2.0710710s
c c E a m γπσπ-⨯⨯⨯===⨯⨯⨯
5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力
()()()11,00
n n n n n F KAe F A e dF Ke dA KAne de
LA L dL A dA LA AdL LdA dLdA dL
dA
de L A
dF Ke Ade KAne de n e
--==+=++=+++∴==-=⇒-+=⇒=载荷为瞬时截面积和真应变的函数对上式全微分。