裂纹扩展k判据名词解释
材料力学名词解释(1)教学文案
材料力学名词解释(1)名词解释第一章：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13.弹性极限：式样加载后再卸载，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。
14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
15.正断型断裂：断裂面取向垂直于最大正应力的断裂。
性能学习题集
1、屈服强度的工程意义？●作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据；●根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。
2、加工硬化的实际意义？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，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施。
这是由于已变形的部位产生加工硬化，屈服强度提高，将变形转移到别的未变形部位。
如此反复进行，便可获得均匀的塑性变形，从而获得合格的冷变形加工制品；另外，低碳钢切削时，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，便可以使切屑容易脆断脱落，改善切削加工性能。
在材料应用方面，应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。
机件在使用过程中，某些薄弱环节可能因偶然过载而产生塑性变形，但是，由于应变硬化的作用，会阻止塑性变形继续发展，从而保证了机件的安全使用。
应变硬化也是强化金属的重要手段尤其是对于那些不能进行热处理强化的金属，如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等，这种强化方法显得更为重要。
一、计算题1、有一化工合成塔，直径为D=3200mm，工作压力P=6MPa，选用材料为σ0.2=l200MPa，KIC=58MPa·m1／2，厚度t=16mm的钢板．制作过程中，经探伤发现在纵焊缝中，存在一纵向椭圆裂纹，2a=4mm，2c=6 mm．试校核该合成塔能否安全运行。
2、有一火箭壳体承受很高的工作压力，其周向最大工作拉应力σ＝1400Mpa，采用超高强度钢制造，焊接后往往发现有纵向表面半椭圆裂纹，尺寸为a＝1.0mm,a/2c=0.3,现有两种材料，其性能如下：A：σ0.2＝1700Mpa、KIC=78Mpam1/2B：σ0.2＝2800Mpa、KIC=47Mpam1/2从断裂力学角度考虑，选用哪种材料较为合适？3、有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KⅠc=115 MPa·m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向应力900 MPa下工作，试计算KⅠ和塑性区宽度，并判断该件是否安全。
1-4裂纹扩展准则
根据假设2），开裂条件为
s (θ c ) = sc
对纯I型裂纹
K I2 (1 − 2v) θ c = 0, s(θ c ) = = sc 4πµ
对纯II型裂纹
2 K II s (θ ) = [4(1 − v)(1 − cos θ ) + (1 + cos θ )(3 cos θ − 1)] 16 µ
开 裂 角
tan β = K I / K II
开裂条件
也叫断裂混合度 （mode mixity ）
最大环向应力准则的不足
• 没有区分广义的平面应力 平面应变 平面应力和平面应变 平面应力 平面应变问题； • 没有考虑其它应力分量 其它应力分量的作用； 其它应力分量 • 没有考虑裂尖塑性区 裂尖塑性区的影响 裂尖塑性区 由于该准则形式简单，应用比较方便，误差 不大，因而得到广泛的应用。
cos θ (3 cos θ − 1) 2
由
∂σ θθ ( K I , K II , θ ) = 0 ，得 ∂θ
K I sin θ + K II (3 cos θ − 1) = 0
θ c = arccos
2 2 3K II ± K I4 + 8 K I2 K II 2 K I2 + 9 K II
σ
θθ
临界状态
这意味着裂纹失稳扩展的条件为
G = GC
平面断裂韧度
由（I型）
GI = K I2 / E *
裂纹扩展条件也可表示为 K I = K IC 平面断裂韧度，为材料常数
1）该准则仅适用于脆性材料，对塑性变形较大的金属材料不适用 2）实验表明，该准则对I型裂纹沿其初始方向扩展是适用的
钢的裂纹扩展参数
钢的裂纹扩展参数钢的裂纹扩展参数是评估材料的裂纹扩展性能的重要指标之一。
裂纹扩展参数描述了裂纹在材料中扩展的速率和路径，对于预测材料在应力作用下的疲劳寿命和可靠性具有重要意义。
本文将从裂纹扩展速率、裂纹扩展路径和裂纹扩展阈值三个方面介绍钢的裂纹扩展参数。
一、裂纹扩展速率裂纹扩展速率是指裂纹在单位时间内扩展的长度。
它是评估材料抗裂纹扩展能力的重要参数。
通常用裂纹扩展速率系数(da/dN)来表示，即单位周期内裂纹长度的增量与单位周期的循环次数之比。
裂纹扩展速率系数与应力强度因子之间存在一定的关系，可以通过实验测定或计算得到。
裂纹扩展速率系数越小，说明材料的抗裂纹扩展能力越强，疲劳寿命越长。
二、裂纹扩展路径裂纹扩展路径是指裂纹在材料中扩展的方向和形态。
裂纹扩展路径与材料的晶体结构、应力状态和加载方式等因素有关。
通常情况下，裂纹扩展路径会沿着应力集中区域和材料的弱点扩展，如晶界、夹杂物等。
裂纹扩展路径的研究对于材料的设计和改进具有重要意义。
通过调整材料的组织结构和力学性能，可以改变裂纹扩展路径，提高材料的抗裂纹扩展能力。
三、裂纹扩展阈值裂纹扩展阈值是指裂纹开始稳定扩展所需要的最小应力强度因子。
在应力水平低于裂纹扩展阈值时，裂纹不会继续扩展，材料的疲劳寿命会大大延长。
裂纹扩展阈值是材料抗裂纹扩展能力的重要参数，也是评估材料疲劳性能的关键指标之一。
裂纹扩展阈值的测定通常需要进行一系列的疲劳试验，通过绘制裂纹扩展速率与应力强度因子的关系曲线，确定裂纹扩展阈值。
钢的裂纹扩展参数是评估钢材料抗裂纹扩展能力的重要指标，对于预测钢材料的疲劳寿命和可靠性具有重要意义。
裂纹扩展速率、裂纹扩展路径和裂纹扩展阈值是钢的裂纹扩展参数的主要内容。
通过对这些参数的研究，可以了解钢材料在应力作用下的裂纹扩展规律，进而指导钢材料的设计和使用。
在实际应用中，需要根据具体的工程要求和材料性能选择合适的钢材料。
钢的裂纹扩展参数可以通过实验测定或计算得到，但需要注意的是，不同钢材料的裂纹扩展参数可能存在差异。
工程材料力学性能三四章习题
影响因素有： 1)．晶体结构：BCC容易出现低温脆性 2)．化学成分：固溶强化降低塑性（Mn, Ni） 3)．显微组织：①晶粒大小②金相组织
3
5 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未 熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增 加材料的脆性，容易发生脆性断裂（落锤试验试样）。 6 下列三组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得 的冷脆温度较高？为什么？ 冷脆温度的高低与试验中试样受力方式有关，容易发 生塑性变形的就能够提高冷脆温度。 （1）拉伸和扭转：静载荷下拉伸的软性状态系数大于弯曲 大于扭转，因此拉伸和扭转比较时，在拉伸条件下的塑性 比扭转低，因此扭转的冷脆温度高。 （2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲：应变速率增加可以提高 材料的强度同时降低材料的塑性，因此应变速率的增加有 增加材料脆性的倾向，缺口静弯曲的冷脆温度相对较高。 （3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸：缺口试样会导致材料 的受力状态改变成两向或者三向，而多向拉伸的软性系数 更小，因此缺口试样会使材料变脆的倾向，从而降低冷脆 4 温度
第三章
• 冲击韧度：冲击载荷下，材料断裂前单位截面积 吸收的能量（外力做的功） • 冲击吸收功: 冲击载荷下，材料断裂前吸收的能 量（外力做的功） • 低温脆性： 温度低于某一温度时，材料由韧性状 态变为脆性状态的现象。 • 韧脆转变温度：材料有韧性状态转变为脆性状态 的温度。 • 韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差 值。
13
8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。 影响：裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度， 相当于裂纹长度的增加，因而影响应力场和及KI的计算， 所以要对KI进行修正。 修正方法：“有效裂纹尺寸”，即以虚拟有效裂纹代替 实际裂纹，然后用线弹性理论所得的公式进行计算。 结果：
工程材料力学性能答案
111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111.7决定金属屈服强度的因素有哪些？12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。
1.9试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。
固溶强化、形变硬化、细晶强化1.10试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？21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。
1.13何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。
上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化1.20断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系：σf = σb (1+ψ)；脆性材料的抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，由于出现颈缩两者并不相等。
1.22裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。
2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222.3试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。
答：单向拉伸试验的特点及应用：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料试验。
压缩试验的特点及应用：（1）单向压缩的应力状态软性系数a=2，因此，压缩试验主要用于脆性材料，以显示其在静拉伸时缩不能反映的材料在韧性状态下的力学行为。
疲劳裂纹扩展相关概念要点
Paris等对A533钢在室温下，针对 R Kmin Kmax 0.1 的情况 收集了大量数据，总结除了著名的经验公式，帕里斯公式。
二、疲劳裂纹扩展速率
Paris（帕里斯）公式（1963年）
da C（K）m dN
da / dN — K 有良好的对数线性关系。利用这一关系进行疲 劳裂纹扩展寿命预测，是疲劳断裂研究的重点。
第三阶段：高速率裂纹扩展区
即当 Kmax Kc 时，试样迅速发生断裂，实际上存在一个上限
值
KfL
，当
KfL
/ Kth
0.6时，da dN
急速增加，一般用铅垂渐近线表示。
Foreman等提出公式：
在疲劳宏观断口上往往有两
个区域，即光滑区域和颗粒状
区域。因为在裂纹扩展过程中， 裂纹尖端 裂纹的两个表面在交变荷载下， 时而压紧，时而分开，多次反 裂纹
复，这就形成了光滑区。断口 裂纹源
的颗粒状粗糙区则是最后突然
断裂形成的
光滑区
.
.
. .
.
.
.
.
..
.
.
. .
粗糙区
动画演示：/jp2004/14/Library/Cartoon_Dummy/板的疲劳裂 纹扩展.swf
值 Kth 当 K 低于Kth
疲劳裂纹不扩展或扩 展速率极其缓慢
da 10-7 mm/ 循环 dN 在室温及R=0.1条件下A533钢 的疲劳裂纹扩展曲线
图4-4
二、疲劳裂纹扩展速率 图4-4
第二阶段 ：中速率裂纹扩展区
疲劳裂纹扩展遵循幂函数规律，也就是疲劳裂纹扩展率可以用
材料力学名词解释
名词解释第一章: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：金属材料在弹性范用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，规圧残余伸长应力增加：反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5.解理刻而：这种大致以晶粒大小为单位的解理而称为解理刻而。
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，当汇合台阶髙度足够大时，便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一泄条件下，当外加正应力达到一泄数值后，以极快速率沿一定晶体学平而产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平而为解理面。
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：具有一泄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13.惮性极限：式样加载后再卸载，以不岀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。
14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
15.正断型断裂：断裂而取向垂直于最大正应力的断裂。
对应力强度因子Ｋ物理含义的一点理解
对应⼒强度因⼦Ｋ物理含义的⼀点理解 线弹性断裂⼒学中的的应⼒强度因⼦Ｋ是⼀个容易让初学者不甚明了的量。
即使已经了解了Irwin理论的推导过程和Ｋ因⼦的得出⽅法，对于究竟Ｋ是个什么东东？它的物理意义究竟是什么还是难以说得清楚。
在此想谈谈个⼈的⼀点理解。
从何处谈起呢？还是从欧⽂的“裂纹长度ａ修正”谈起吧。
欧⽂为了将其的线弹性断裂⼒学理论，既Ｋ因⼦的理论推⼴到裂尖出现了微⼩塑性区的情形，提出了修正裂纹长度的补救⽅法。
认为，裂纹尖端出现塑性区会导致整个受⼒构件的柔度提⾼，降低了结构的承载能⼒，这种情况就等价于⼀个长度更长的裂纹存在于结构中。
因此，在原来的裂纹长度ａ的基础上将裂纹长度向更长的⽅向修正为ａ+ｒp，仍然使⽤线弹性⽅法来评估结构的断裂问题。
表⾯看来这个修正法不⽆道理，但我必须说这个修正法是修正的⽅向发⽣了错误了！裂纹长度ａ往较短的⽅向作出修正才是物理意义上合理的。
加长的修正法只能是为了使⽤欧⽂的线弹性理论的不得不为之的权宜之计。
事实说明，这种修正法在实际中确实并未明显增加其理论的适⽤范围，很快就只能让位于更合理些的弹塑性断裂⼒学理论了。
因此，表⾯看起来是往长或短的⽅向修正的⼆选⼀，其实带有物理意义上的原则性差别。
裂纹变长和裂尖出现塑性区虽然就宏观效果来看都是导致“结构的柔度提⾼”，但从对Ｋ值的实际影响却是刚好相反的。
较长裂纹会在外载荷不变的情况下增⼤Ｋ值，⽽形成塑性区则会导致裂尖钝化，结果却是降低应⼒集中程度，从⽽势必降低Ｋ值。
另外，从对促进裂纹开裂的动⼒⾓度看，形成塑性区会耗散掉⼀部分弹性变形能，因此是⼀个阻裂因素。
⽽裂纹加长则是⼀个促裂因素。
从这个⾓度⾔，出现塑性区后裂纹长度应该向缩短的⽅向修正才是合理的。
但这样⼀来，缩短裂纹，结构的柔度⼜应该降低，加之向缩短裂纹的⽅向修正意味着进⼊到了⾮线性弹性区甚⾄裂纹空腔区，这样线弹性⽅程成⽴的基础也不存在了。
由此可见欧⽂修正法遇到了⽆法两全的⽭盾！究竟应该如何修正才是合理的？究竟是应该以结构柔度变化为依据还是应该以促裂或阻裂为依据呢？要回答这个问题就必须要真正理解应⼒强度因⼦Ｋ究竟表达了什么样的物理含义这个极具关键性的问题。
(完整版)材料力学名词解释(1)
名词解释第一章：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13.弹性极限：式样加载后再卸载，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。
14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
15.正断型断裂：断裂面取向垂直于最大正应力的断裂。
材料力学性能课后习题
弯强度） ； （3）τs（材料的扭转屈服点） ； （4） τs （抗扭强度） ； （5） τp （扭转比例极限） ； （6） σbn（抗拉强度） ； （7）HBS（压头为淬火钢球的 材料的布氏硬度） ； （8）HBW：压头为硬质合金 球的材料的布氏硬度； （9）HRA（材料的洛氏硬 度） ；HRB（材料的洛氏硬度） ；HRC（材料的洛 氏硬度） ； （10）HV（材料的维氏硬度） ； （ 11 ） HK（材料的努氏硬度） ； （ 12）HS（材料的肖氏 硬度） ； （13）K（理论应力集中系数） ； （14）NSR （缺口敏感度） 3.今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选 用何种硬度试验方法为宜： （1）渗碳层的硬度分布----HK 或-显微 HV（2） 淬火钢-----HRC（3）灰铸铁-----HB（4）鉴别钢中 的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微 HV 或者 HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV（6）龙门刨床导轨 -----HS（肖氏硬度）或 HL(里氏硬度)（7）渗氮层 -----HV（8）高速钢刀具-----HRC（9）退火态低碳 钢-----HB（10）硬质合金-----HRA 4.说明几何强化现象的成因，并说明其本质与形 变强化有何不同 5.试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验 的特点和应用范围。 试 验 特点 应用范围 方 法 温度、应力状态和加 塑性变形抗力 载速率确定，采用光 拉 和切断强度较 滑圆柱试样，试验简 伸 低的塑性材 单，应力状态软性系 料。 数较硬。 应力状态软，一般都 脆性材料，以 能产生塑性变形，试 观察脆性材料 压 样常沿与轴线呈 45º 在韧性状态下 缩 方向产生断裂，具有 所表现的力学 切断特征。 行为。 测定铸铁、铸 弯曲试样形状简单， 造合金、工具 操作方便；不存在拉 钢及硬质合金 伸试验时试样轴线与 等脆性与低塑 力偏斜问题，没有附 性材料的强度 加应 弯 和显示塑性的 力影响试验结果，可 曲 差别。也常用 用试样弯曲挠度显示 于比较和鉴别 材料的塑性；弯曲试 渗碳和表面淬 样表面应力最大，可 火等化学热处 灵敏地反映材料表面 理机件的质量 缺陷。 和性能。 用来研究金属 应力状态软性系数为 在热加工条件 0.8，比拉伸时大，易 下的流变性能 于显示金属的塑性行 和断裂性能， 为；试样在整个长度 评定材料的热 上的 压力加工型， 塑性变形时均匀，没 并未确定生产 扭 有紧缩现象，能实现 条件下的热加 转 大塑性变形量下的试 工工艺参数提 验；较能敏感地反映 供依据；研究 出金属表面缺陷和及 或检验热处理 表面硬化层的性能； 工件的表面质 试样所承受的最大正 量和各种表面 应力与最大切应力大 强化工艺的效 体相等。 果。 第三章 1.缺口会引起哪些力学响应？ 答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部 产生应力集中、双向或三向应力、应力集中和应 变集中，并试样的屈服强度升高，塑性降低。 2.比较平面应力和平面应变的概念。 答：平面应力：只在平面内有应力，与该面垂直 方向的应力可忽略，例如薄板拉压问题。平面应 变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变 可忽略，例如水坝侧向水压问题。具体说来：平 面应力是指所有的应力都在一个平面内， 如果平 面是 OXY 平面，那么只有正应力 σx，σy，剪应 力 τxy(它们都在一个平面内)， 没有 σz， τyz， τzx。 平面应变是指所有的应变都在一个平面内， 同样 如果平面是 OXY 平面，则只有正应变 εx，εy 和 剪应变 γxy，而没有 εz，γyz，γzx。 3.如何评定材料的缺口敏感性： 答：材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、偏 斜拉伸、静弯曲、冲击等方法加以评定。 7. 何谓低温脆性？哪些材料易表现出低温脆性？ 工程上，有哪些方法评定材料低温脆性？ 答：在低温下，材料由韧性状态转变为脆性状态 的现象称为低温脆性。 只有以体心立方金属为基 的冷脆金属才具有明显的低温脆性， 如中低强度 钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显 的低温脆性。 工程上常采用低温脆性通常用脆性 转变温度，能量准则，断口形貌准则，断口变形 特征准则评定。 8. 说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性 破坏？ 答：焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、 夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增 加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性 断裂。 10.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说 改善材料低温韧性，为什么？ 答：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有利于降 低应力集中，降低晶界上杂质度，避免产生沿晶 界脆性断裂。所以可以提高材料的韧性。 第四章 1.解释下列名词： 低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低 强度钢的大型、 重型机件在屈服应力以下发生的 断裂； （2）I 型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩 展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的 裂纹。 （3）应力强度因子 KI：在裂纹尖端区域各 点的应力分量除了决定于位置外， 尚与强度因子 有关，对于某一确定的点，其应力分量由确定， 越大，则应力场各点应力分量也越大，这样就可 以表示应力场的强弱程度， 称为应力场强度因子。 “I”表示 I 型裂纹。 （4）裂纹扩展 K 判据：裂纹在
材料力学名词解释
**弹性比功：又称弹性比能。
应变必能。
表示金属吸收弹性变形功的能力。
**滞弹性：在弹性范围内快速加载后，随时间的延长产生附加的弹性应变现象**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。
**包申格现象;金属材料经过预先加载产生少量属性变形，卸载后。
再固向加载，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。
称为包申格现象。
**韧脆转变（低温脆性）：实验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔具体型为穿晶解理性断口状态由纤维变为结晶状。
**E(G)弹性模量：E=σ/εG= τ/ γ物理意义：抵抗弹性变形能力大小，应力和应变的比值，表面原子间结合力大小**σr规定残余伸长应力=Fr/A0在应力松弛试验中，任意时间试样上保持的应力成为。
评定材料应力松弛稳定性的指标。
**σ0.2屈服强度。
σs屈服点应变硬化指数：S=ke的n次幂，物理意义：抵抗均匀塑性变形的能力。
技术意义：对加工硬化敏感，n越大，应变硬化效益越高，根据n至选工程材料**应力状态软性系数：用金属所受的最大切应力τmax与所受的最大的正应力σmax比值表示他们的相对大小，既应力状态软性系数。
**缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷的作用下缺口截面的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。
**缺口敏感度：用缺口式样的抗拉强度σbn与截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示**NSR：缺口敏感度。
物理意义：金属材料的缺口敏感性的指标。
技术意义：安全性力学性的指标。
值越大，缺口敏感性越小**HBW布氏硬度：压头为硬质合金或钢球，施力F，保持时间t，根据压痕直径d,球面积A,布氏硬度就是F/A**HRA HRB HRC:用ABC标尺测得的洛氏硬度，压痕深度表示单位值HR=k-h/0.02.AC为压头为圆锥角=120度的圆锥体B压头为Φ=1.588mm的淬火钢球或硬质合金球**HV维氏硬度：据单位面积所承的试验力计算硬度值HV=0.102F/A，压头：两相对面间夹角α=136度的金刚石四棱锥**比较HBW HRB低，HBW不适用小试样HRA HRC高，载荷小用HRA 大用HRC ，HV 薄**韧脆转变温度：由韧性转变为脆性的温度点tk**韧性温度储备：机件或构件的最低使用温度与脆性转变温度tk之差**Ak 冲击吸收功:表示试样变形和断裂所消耗的功。
材料力学性能情况总结
材料⼒学性能情况总结材料⼒学性能：材料在各种外⼒作⽤下抵抗变形和断裂的能⼒。
屈服现象：外⼒不增加，试样仍然继续伸长，或外⼒增加到⼀定数值时突然下降，随后在外⼒不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形。
屈服过程：在上屈服点，吕德斯带形成；在下屈服点，吕德斯带扩展；当吕德斯带扫过整个试样时，屈服伸长结束。
屈服变形机制：位错运动与增殖的结果。
屈服强度：开始产⽣塑性变形的最⼩应⼒。
屈服判据：屈雷斯加最⼤切应⼒理论：在复杂应⼒状态下，当最⼤切应⼒达到或超过相同⾦属材料的拉伸屈服强度时产⽣屈服。
⽶赛斯畸变能判据：在复杂应⼒状态下，当⽐畸变能等于或超过相同⾦属材料在单向拉伸屈服时的⽐畸变能时，将产⽣屈服。
消除办法：加⼊少量能夺取固溶体合⾦中溶质原⼦的物质，使之形成稳定化合物的元素；通过预变形，使柯⽒⽓团被破坏。
影响因素：1.内因：a)⾦属本性及晶格类型：⾦属本性及晶格类型不同，位错运动所受的阻⼒不同。
b)晶粒⼤⼩和亚结构：减⼩晶粒尺⼨将使屈服强度提⾼。
c)溶质元素：固溶强化。
d)第⼆相2.外因：温度(-)；应变速率(+)；应⼒状态。
第⼆相强化(沉淀强化+弥散强化)：通过第⼆相阻碍位错运动实现的强化。
强化效果：在第⼆相体积⽐相同的情况下，第⼆相质点尺⼨越⼩，强度越⾼，强化效果越好；在第⼆相体积⽐相同的情况下，长形质点的强化效果⽐球形质点的强化效果好；第⼆相数量越多，强化效果越好。
细晶强化：通过减⼩晶粒尺⼨增加位错运动障碍的数⽬(阻⼒⼤)，减⼩晶粒内位错塞积群的长度(应⼒⼩)，从⽽使屈服强度提⾼的⽅法。
同时提⾼塑性及韧性的机理：晶粒越细，变形分散在更多的晶粒内进⾏，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应⼒集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较⼤的变形量，即表现出较⾼的塑性。
细晶粒⾦属中，裂纹不易萌⽣（应⼒集中少），也不易传播（晶界曲折多），因⽽在断裂过程中吸收了更多能量，表现出较⾼的韧性。
固溶强化：在纯⾦属中加⼊溶质原⼦形成固溶合⾦，将显著提⾼屈服强度。
材料力学性能 习题解答
第3章 材料的断裂 习题解答第1部分一、 名词解释低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件 ，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂。
张开型（I 型）裂纹： 拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。
应力场强度因子I K ： 在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子I K 有关，对于某一确定的点，其应力分量由I K 确定， I K 越大，则应力场各点应力分量也越大，这样I K 就可以表示应力场的强弱程度，称I K 为应力场强度因子。
“I ”表示I 型裂纹。
【P68】小范围屈服： 塑性区的尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小时（小一个数量级以上），这就称为小范围屈服。
【P71】有效屈服应力：裂纹在发生屈服时的应力。
【新书P73：旧P85】有效裂纹长度：因裂纹尖端应力的分布特性，裂尖前沿产生有塑性屈服区，屈服区内松弛的应力将叠加至屈服区之外，从而使屈服区之外的应力增加，其效果相当于因裂纹长度增加ry 后对裂纹尖端应力场的影响，经修正后的裂纹长度即为有效裂纹长度: a+ry 。
【新P74；旧P86】。
裂纹扩展K 判据：裂纹在受力时只要满足 IC I K K ≥，就会发生脆性断裂.反之，即使存在裂纹，若 IC I K K 也不会断裂。
新P71：旧８３裂纹扩展能量释放率GI ：I 型裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。
P76/P88 裂纹扩展G 判据： IC I G G ≥，当ＧＩ满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。
P77/P89 Ｊ积分：有两种定义或表达式：一是线积分：二是形变功率差。
P89/P101裂纹扩展Ｊ判据： IC I J J ≥，只要满足上述条件，裂纹（或构件）就会断裂。
ＣＯＤ：裂纹张开位移。
P91/P102ＣＯＤ判据：c δδ≥，当满足上述条件时，裂纹开始扩展。
P91/P1032、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系C K I 和C K 答： 临界或失稳状态的I K 记作C K I 或C K ，C K I 为平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
钢的裂纹扩展参数
钢的裂纹扩展参数钢的裂纹扩展参数指的是在钢材中发生裂纹并且裂纹不断扩展的过程中的一系列物理和力学参数。
这些参数对于工程领域的材料选择、设计和安全评估都具有重要的意义。
从微观层面来看，裂纹扩展的参数能够反映材料的断裂韧性、韧性指数和裂纹扩展速率等重要性质。
在对钢材的裂纹扩展参数进行研究的过程中，通常会关注以下几个方面：1. 极限拉伸强度和断裂韧性：钢材的极限拉伸强度是指在拉伸试验中材料发生突然断裂的最大应力值。
这个参数可以用来评估钢材的强度和抗拉性能。
而断裂韧性则是指在材料中引入缺陷（如裂纹）后，材料对其继续扩展所需的能量。
通过测定钢材的断裂韧性参数，可以评估材料对裂纹扩展的抵抗能力。
2. 裂纹扩展速率：钢材中裂纹扩展的速率能够直接反映材料的脆性和韧性。
通常使用裂纹扩展速率参数来描述材料在不同应力条件下裂纹扩展的情况，从而评估材料的稳定性和可靠性。
3. K值和J值：K值和J值是评价裂纹扩展能力的两个重要参数。
K值即应力强度因子，描述了裂纹尖端的应力场分布情况，对材料的裂纹扩展性能进行定量分析。
而J值则是裂纹扩展过程中塑性应变能的释放率，用以评估材料在裂纹扩展过程中的能量消耗情况。
4. 裂纹尖端位移和应变场：裂纹尖端位移和应变场也是影响裂纹扩展参数的重要因素，可以通过精密的测试和模拟来获取材料中裂纹扩展过程中的位移和应变场信息，为材料性能的评估提供重要数据。
在工程实践中，通过对钢材的裂纹扩展参数进行研究和评估，可以为设计合理的材料选用和结构设计提供依据。
也可以帮助预测材料在实际工作条件下的性能表现，为工程安全性评估提供支持。
围绕着钢材的裂纹扩展参数进行的研究，可以不断完善材料力学性能的理论基础，推动材料科学和工程技术的发展。
材料力学性能名词总结
名词解释第一章1.正应变是单位长度的伸缩变化量，亦称线应变；2.切应变一般指的是两个直线段间夹角的改变量，以角度变小的变化量为正，变大为负，以弧度表示。
3.主平面：切应力等于零的平面。
把此时该面上的正应力称作主应力。
4.平面应变状态：应变发生在同一个平面内。
5.胡克定律：在材料的线弹性范围内，固体的单向拉伸变形与所受的外力成正比。
6.应力集中：应力在局部增大的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性的约束处。
7.理论应力集中因数：在材料的弹性范围内，最大局部应力与名义应力的比值；Kt=σmax σ8.应力状态软性系数: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.第二章1.弹性模量E、比例极限Rp、弹性极限Re、上屈服强度Reh、下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A、断面收缩率Z（各定义的点以及公式）2.规定塑性延伸强度：拉伸中当试样的塑形伸长率等于L0的某一百分率时所对应的应力值；3.应变硬化指数：。
4.形变强化：屈服后的应力-应变曲线的上升被描述为形变强化（加工硬化）。
也就是随着应变的增加，材料的变形抗力增加5．静态韧性：在静载作用下，材料断裂前所吸收的能量，称作静态韧性，静态韧性可能包含三部分能量，即弹性变形能、塑性变形能和断裂能（形成两个断裂表面的能）。
6.静态韧度：静态韧度是表征静态韧性的力学性能指标，7.断裂强度：拉伸断裂时的真应力称为断裂强度，记为σf ；也有称为断裂真应力，记为Sk8.断裂延性：拉伸断裂后的真应变称为断裂延性，记为εf ，或称断裂真应变。
9.弹性比功：材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力，也就是在开始塑性变形前，单位体积材料所能吸收的最大弹性变形功。
第三章1.比弹性模量：弹性模量与密度的比值；2.比刚度：刚度与密度的比值；3.弹性不完善性：应变不止与应力有关，还与时间和加载速率有关。
k因子裂纹扩展判据
k因子裂纹扩展判据在工程实践中，应力总是有界的，不可能达到无限大。
受力物体中的应力达到一定大小，材料就会屈服，再增大就导致断裂。
因此，在裂纹尖端应力σ→∞是不可能的。
由于这一矛盾，就不能运用裂纹尖端处的应力来判断材料是否具有足够的强度，也就不能应用应力这个参量的大小来判断材料是否进入不稳定扩展阶段。
应力强度因子是反映弹性体裂纹尖端区域应力场强弱程度的力学参量。
同种材料的裂纹体，尽管裂纹尺寸和载荷大小不同，但只要裂纹尖端应力强度因子相同，则这两个裂纹体裂纹尖端的应力场的强度就相等，亦即裂纹扩展的危险性也相等。
实验表明：当应力强度因子K达到一个临界值时，裂纹就失稳扩展而后导致断裂。
这个临界值就称为断裂韧度，用KC表示。
由此得到线弹性断裂力学的断裂判据：K＞KC，裂纹失稳扩展；K＜KC，裂纹不会扩展或稳定扩展；K=KC，裂纹失稳扩展的临界条件。
需要说明的是，断裂韧度虽然是应力强度因子的临界值，但它只决定于材料的性质，与材料的其他物理力学性质（如：σs、σb）一样，是材料的固有属性，表示材料抵抗脆性断裂能力的大小，不随载荷及裂纹尺寸而变。
而应力强度因子是裂纹尖端附近弹性应力场的表达式中的一个参数，它随载荷大小和裂纹尺寸而变，各种情况下的应力强度因子可通过查手册或通过理论计算及其他方法确定。
通过实验可知KⅠC是KC中的最低值，称为材料的平面应变断裂韧度，可用实验方法测定KⅠC。
材料的KⅠC已成为破损安全设计、裂纹体断裂控制和发展选用新材料的重要参数，在工程中得到广泛应用。
材料的断裂韧度一般随材料厚度的增加而下降。
对于某些金属材料，屈服强度增高，断裂韧度有所下降。
材料的断裂韧度还依赖于温度、加载速度、环境等，例如温度下降会增加材料强度，从而降低材料的断裂韧度。
双k断裂准则
双k断裂准则
双k断裂准则是指在材料断裂过程中，当裂纹尖端出现两个kink时，裂纹扩展的临界条件。
这个准则是由英国工程师Alan Cottrell在20世纪50年代提出的，被广泛应用于材料科学和工程领域。
双k断裂准则的提出是为了解决材料断裂过程中裂纹扩展的问题。
在材料中，裂纹是一种常见的缺陷，它会导致材料的强度和韧性下降，甚至引起材料的破坏。
因此，了解裂纹扩展的机理和临界条件对于材料的设计和使用非常重要。
双k断裂准则的基本原理是，当裂纹尖端出现两个kink时，裂纹扩展的临界条件就会出现。
这是因为在这种情况下，裂纹尖端的应力集中程度达到了最大值，同时裂纹尖端的形状也发生了变化，导致裂纹扩展的能量消耗增加。
因此，当裂纹尖端出现两个kink时，裂纹扩展的临界条件就会出现，材料就会发生断裂。
双k断裂准则的应用范围非常广泛，包括金属、陶瓷、塑料等各种材料。
在材料的设计和使用中，了解双k断裂准则对于预测材料的断裂行为和提高材料的韧性非常重要。
例如，在航空航天领域，双k断裂准则被广泛应用于飞机和火箭等载具的设计和制造中，以确保它们的安全性和可靠性。
总之，双k断裂准则是材料科学和工程领域中非常重要的一个概念，它对于了解材料的断裂行为和提高材料的韧性具有重要的意义。
在未来的研究中，我们需要进一步深入探讨双k断裂准则的机理和应用，以推动材料科学和工程领域的发展。
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裂纹扩展k判据名词解释
裂纹扩展K判据是用于研究裂纹在材料中扩展的一种方法。
K判据中的K值代表裂纹尖端的应力强度因子，它是衡量裂纹扩展能力的一个重要参数。
K值的大小取决于裂纹尖端的应力场和材料的弹性性质。
裂纹扩展K判据主要分为三类：基于线性弹性理论的判据、基于弹塑性理论的判据和基于断裂力学理论的判据。
其中，基于线性弹性理论的判据主要适用于裂纹扩展速度较慢、材料较脆性的情况下；基于弹塑性理论的判据适用于裂纹扩展速度较快、材料较韧性的情况下；基于断裂力学理论的判据则适用于复杂的载荷条件和裂纹扩展的非线性情况。
裂纹扩展K判据的应用十分广泛，可以用于分析材料的疲劳寿命、评估结构的可靠性、预测裂纹扩展的趋势等。
准确地计算裂纹扩展K值和选择合适的K判据对于材料的性能分析和结构设计具有重要意义。