《材料结构与性能》习题复习课程
《材料结构与性能》习题..
《材料结构与性能》习题第一章1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。
如直径拉细成2.4mm，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。
比较以上计算结果并讨论之。
2、举一晶系，存在S14。
3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。
4、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，估算其上限及下限弹性模量。
5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。
并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。
同时计算在滑移面上的法向应力。
第二章1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。
2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。
如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。
3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：与是一回事。
4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。
如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。
计算此材料的断裂表面能。
5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。
此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。
讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。
6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。
材料结构与性能解答(全).doc
材料结构与性能解答(全)1、离子键及其形成的离子晶体陶瓷材料的特征。
答当一个原子放出最外层的一个或几个电子成为正离子，而另一个原子接受这些电子而成为负离子，结果正负离子由于库仑力的作用而相互靠近。
靠近到一定程度时两闭合壳层的电子云因发生重叠而产生斥力。
这种斥力与吸引力达到平衡的时候就形成了离子键。
此时原子的电中性得到维持，每一个原子都达到稳定的满壳层的电子结构，其总能量达到最低，系统处于最稳定状态。
因此，离子键是由正负离子间的库仑引力构成。
由离子键构成的晶体称为离子晶体。
离子晶体一般由电离能较小的金属原子和电子亲和力较大的非金属原子构成。
离子晶体的结构与特性由离子尺寸、离子间堆积方式、配位数及离子的极化等因素有关。
离子键、离子晶体及由具有离子键结构的陶瓷的特性有A、离子晶体具有较高的配位数，在离子尺寸因素合适的条件下可形成最密排的结构；B、离子键没有方向性C、离子键结合强度随电荷的增加而增大，且熔点升高，离子键型陶瓷高强度、高硬度、高熔点；D、离子晶体中很难产生自由运动的电子，低温下的电导率低，绝缘性能优良；E、在熔融状态或液态，阳离子、阴离子在电场的作用下可以运动，故高温下具有良好的离子导电性。
F、吸收红外波、透过可见波长的光，即可制得透明陶瓷。
2、共价键及其形成的陶瓷材料具有的特征。
答当两个或多个原子共享其公有电子，各自达到稳定的、满壳层的状态时就形成共价键。
由于共价电子的共享，原子形成共价键的数目就受到了电子结构的限制，因此共价键具有饱和性。
由于共价键的方向性，使共价晶体不密堆排列。
这对陶瓷的性能有很大影响，特别是密度和热膨胀性，典型的共价键陶瓷的热膨胀系数相当低，由于个别原子的热膨胀量被结构中的自由空间消化掉了。
共价键及共价晶体具有以下特点A、共价键具有高的方向性和饱和性；B、共价键为非密排结构；C、典型的共价键晶体具有高强度、高硬度、高熔点的特性。
D、具有较低的热膨胀系数；E、共价键由具有相似电负性的原子所形成。
材料结构与性能试题及详细答案
《材料结构与性能》试题一、名词解释（20分）原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。
根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。
通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。
电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。
相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。
当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。
而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。
Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。
这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。
二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。
（15分）答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。
弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。
形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。
弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。
上海大学材料结构性能与应用思考题
材料物理结构与性能思考题1.画图说明：“1+1＞2”复合效应和“0+0＞0”的复合效应？答：1+1＞2这个效应意味着两种不同常规物质的组成/复合可导致其复合材料性能的显著增强，远远大于原常规物质的性能。
其性能得到了数量级上的提高，使材料“旧貌换新颜”。
0+0＞0指两种不同常规物质的组合/复合可导致全新的、原常规物质所不具有的性能，使材料的某种性能“无中生有”。
产生“1+1>2”复合效应的途径合理选择组成物质及设计组成方式；利用组成物质之间的相互作用(如界面)；纳米尺度的结构组成。
如金属的弥散强化、陶瓷的弥散增韧产生“0+0>0”复合效应的途径利用耦合作用；纳米尺度结构组成；周期结构组成；这些机制可能单独起作用、或并存。
如通过耦合作用产生巨磁电效应。
2.举例说明原子的结合几种方式？答：原子的结合方式主要有以下几种：离子结合（离子键）；共价结合（共价键）；分子结合（范德瓦耳斯结合）；金属结合（金属键）。
（此外还有一种称为氢键的，其性质结业化学键和范德瓦耳斯力之间。
）离子结合：例如Na和Cl反应，Na的3s轨道电子跑到Cl的3p轨道上，使两元素的最外层轨道都成为填满状态。
由于Na失去一个电子形成Na+具有氖的电子结构，Cl得到一个电子形成Cl-，具有氩的电子结构，Na+和Cl-因带有异性电荷而互相吸引，这种结合方式即称为离子结合，键合类型称为离子键。
共价结合：例如，两个氢原子共享它们之间的两个电子，形成氢分子;两个氯原子共享它们之间的两个电子，形成氯分子。
分子结合：大部分有机化合物的晶体及CO2、H2、O2等在低温下形成的晶体都是分子晶体，金属结合：元素周期表中I 、II、III族元素的原子如Cu、Na等在满壳层外有一个或几个价电子，当大量的原子相互接近并聚集为固体时，其中大部分或全部原子会丢失价电子，并为全体所共有，这些公有化的电子叫做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电子云，正离子和电子云之间的库仑作用力使全部离子结合起来，同时又为Pauli斥力所平衡，这种结合即为金属结合，键合类型称为金属键。
《材料结构与性能》课件
结构表征
金属晶体结构
晶体结构的不同会影响到材料的物理性能，例如硬 度、强度、导电性。
高分子结构
将高分子划分为不同等级，有助于了解其物理化学 性质。
陶瓷结构
陶瓷晶体结构复杂，影响其在高温高压下的性能表 现。
复合材料结构
复合材料可以为不同材料的结合带来新的特性，例 如高强度、高刚性。
失效分析
腐蚀失效
3 陶瓷材料
尽管脆性较大，但强度高，热膨胀系数低， 可应用于高温、高压等特殊环境下。
4 复合材料
有机、无机、金属系之间的复合，应用领域 丰富，优点显著，发展前景广阔。
材料性能
力学性能
• 强度 • 韧性 • 硬度
物理性能
• 密度 • 热导率 • 电导率
化学性能
• 腐蚀分析 • 热稳定性 • 应力腐蚀开裂
《材料结构与性能》PPT 课件
本课件为材料结构与性能基础知识的讲解，详解材料分类、性能表征、失效 分析等内容，帮助学生掌握材料相关知识。Fra bibliotek材料分类
1 金属材料
结构密集，具有良好的导电导热性和可塑性 等特点，广泛应用于各领域。
2 高分子材料
分子量较大的有机物，强度相对较低，但物 理化学性质稳定，广泛应用于塑料、橡胶等 领域。
总结与展望
1
总结
本节课讲解了材料结构与性能的基础知识，对于进一步学习和研究具有重要的意 义。
2
展望
应用范围广阔的材料科学与工程学科，需要我们不断创新，用新的思路和方法探 寻更多可能性。
能够形成腐蚀的原因很多，例如温度、湿度、 气氛成分等，需要采取有效措施。
断裂失效
大多由于材料内部或外部的缺陷导致，合理检 测和操作能够保证材料的使用寿命。
材料结构与性能(山东联盟)智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学
材料结构与性能（山东联盟）智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学齐鲁工业大学第一章测试1.塑性形变当外力去除后，材料恢复原状。
答案:错2.法向应力和剪应力的下标第一个字母代表应力作用面的法线应力，第二个字母表示应力作用的方向。
答案:对3.脆性材料的应力－应变的行为特点是应变与应力呈非线性关系.答案:错4.弹性模量与原子间结合力有关。
答案:对5.应变仅与应力有关。
错第二章测试1.材料的理论结合强度是材料的非本征性能。
答案:错2.材料的断裂强度取决于裂纹的数量。
答案:错3.材料的平面应变断裂韧性大约材料的应力场强度因子时，材料是安全的。
答案:错4.理论强度只与弹性模量、表面能和晶格参数等材料常数有关，是常数的组合，属于材料的本征性能。
答案:对5.高强度的固体具有弹性模量E大、断裂能大、晶格常数a大的特征。
错第三章测试1.通常结构紧密的晶体，膨胀系数都较小。
答案:错2.固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。
答案:对3.材料各种热学性能的物理本质，均与其晶格热振动有关。
答案:对4.晶格中不可能存在半波长比晶格常数a小的格波。
答案:对5.声频支可以看成是相邻原子具有不同的振动方向。
答案:错第四章测试1.自然界中存在磁单极子。
答案:错2.物质的抗磁性是电子的轨道磁矩产生的。
答案:错3.顺磁体磁化是磁场克服热运动的干扰，使磁矩排向磁场的结果。
答案:对4.抗磁性材料M与H为非线性关系，磁化率χ为很小的负数。
答案:错5.顺磁体的原子或离子含有未填满的电子壳层(，或具有奇数个电子的原子，具有永久磁矩。
答案:对第五章测试1.电阻率决定于材料的几何尺寸。
答案:错2.导体中所有的电子都参与导电。
答案:错3.当材料处于超导状态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入超导材料内。
答案:对4.太阳能电池材料的禁带不能太宽。
答案:对5.光电材料是通过光电效应将光能转换成电能。
答案:对第六章测试1.在材料的极化中，束缚电荷不能做定向移动。
混凝土结构设计 第一章材料的力学性能-习题 答案要点
第一章材料的力学性能一、填空题1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为软钢，和硬钢。
2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为0.2%时的应力作为假定的屈服点，即条件屈服强度。
3、碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
随着含碳量的增加，钢筋的强度提高、塑性降低。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为普通低合金钢。
4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是强度、塑性、焊接性能、粘结力。
5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为两者之间的良好粘结力、两者相近的膨胀系数、混凝土包裹钢筋避免钢筋生锈6、光面钢筋的粘结力由胶结力、摩擦力、挤压力三个部分组成。
7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越高、直径越粗、混凝土强度越低，则钢筋的锚固长度就越长。
8、混凝土的极限压应变包括弹性应变和塑性应变两部分。
塑性应变部分越大，表明变形能力越大，延性越好。
9、混凝土的延性随强度等级的提高而降低。
同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所增加，最大压应力值随加荷速度的减小而减小。
10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力增加，钢筋的应力减小。
11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力减小，钢筋的应力增大。
12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力增大，钢筋的应力减小。
13、混凝土轴心抗压强度的标准试件尺寸为150*150*300或150*150*150 。
14、衡量钢筋塑性性能的指标有延伸率和冷弯性能。
15、当钢筋混凝土构件采用HRB335级钢筋时，要求混凝土强度等级不宜低于C20；当采用热处理钢筋作预应力钢筋时，要求混凝土强度不宜低C40 。
二、判断题1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。
（N）2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。
材料结构与性能试题及详细答案
《材料结构与性能》试题一、名词解释（20分）原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。
根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。
通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。
电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。
相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。
当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。
而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。
Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。
这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。
二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。
（15分）答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。
弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。
形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。
弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。
材料结构与性能考试题库
移分量为 t，平行于滑移面 G 的平移分量为 g2，则存在一平行于 G 的滑移 面 G’，它与滑移面 G’相距 t/2，滑移操作的平移分量为 g1 + g2。 四、计算 1. 在面心立方晶体中，把 2 个平行的同号螺位错从 100nm 推近到 8nm 作功多 少？已知 a＝0.3nm，G＝71010Pa。 2. 一个多晶体的晶粒直径为 50m，在晶粒中部有位错源，若在晶界萌生位错 所需的应力约为 G/10，问要多大的外力才能使晶界萌生位错？位错塞积群 中位错很多时，可以假设塞积群长度和位错源到领头位错的距离相同。位错 的柏式矢量 b＝0.3nm。ν 取 0.3，G=5×107 。
二空间群二空间群?空间群的定义空间群的定义?空间群所特有的微观对称元素空间群所特有的微观对称元素?空间群的表示符号及含义空间群的表示符号及含义国际符号熊夫利斯符号国际符号熊夫利斯符号?微观对称元素组合定律微观对称元素组合定律?简单空间群的推导简单空间群的推导?空间群和点群的区别与联系空间群和点群的区别与联系宏观对称性与微观对称性的区别与联系宏观对称性与微观对称性的区别与联系三无机晶体结构与分析三无机晶体结构与分析?常见的无机晶体结构常见的无机晶体结构?非点式对称性造成的系统消光非点式对称性造成的系统消光?反常散射破坏中心对称定律反常散射破坏中心对称定律?非中心对称性的物理性能判别非中心对称性的物理性能判别?电子密度函数及其性质和形式电子密度函数及其性质和形式?帕特森函数的物理意义基本特征帕特森函数的物理意义基本特征四晶体取向与多晶体织构四晶体取向与多晶体织构?取向分布函数取向分布函数?常见晶体织构体心立方金属轧制织构常见晶体织构体心立方金属轧制织构?标准极图的作法标准极图的作法五位错的弹性性质五位错的弹性性质?直螺位错的应力场和能量直螺位错的应力场和能量?直刃位错的应力场和能量直刃位错的应力场和能量?混型直位错的应力场混型直位错的应力场?混型位错的弹性应变能混型位错的弹性应变能?直位错间的交互作用及直位错间的交互作用及frank判据判据?两个平行螺位错间的交互作用两个平行螺位错间的交互作用?两个平行刃位错间的交互作用两个平行刃位错间的交互作用六实际晶体中的位错六实际晶体中的位错?面心立方结构中的部分位错面心立方结构中的部分位错?内禀层错和外禀层错内禀层错和外禀层错?面心立方结构晶体中主要位错的柏氏矢量和能量面心立方结构晶体中主要位错的柏氏矢量和能量?体心立方结构中的位错体心立方结构中的位错第二部分第二部分考试范围及基本题型考试范围及基本题型一名词解释一名词解释对称轴对称轴对称面对称面反轴反轴映转轴映转轴平移轴平移轴螺旋轴螺旋轴滑移面滑移面晶体对称定律晶体对称定律取向分布函数取向分布函数倍频效应倍频效应旋光性旋光性压电效应压电效应热电效应热电效应内禀层错内禀层错外禀层错外禀层错二分别解释下列符号表示的意义二分别解释下列符号表示的意义1
材料结构与性能 复习题
一、名词解释非晶体：是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。
液晶：具有液体的流动性，又具有晶体的某些各向异性的物质。
准晶：是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称（如5次对称轴）。
固溶体：两种以上的原子或分子溶合在一起时的状态统称为溶体。
玻璃态：当液体冷却到熔点，开始凝结成固体时，原子将依靠扩散排列成不仅具有短程有序而且具有长程有序的晶体。
金属合金：是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属性质的物质。
晶体缺陷：晶体的缺陷是指实际晶体结构中和理想的点阵结构发生偏差的区域。
强度：金属材料在外载荷的作用下抵抗塑形变形和断裂的能力称为强度。
按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出。
弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
载流子：电流载体，称载流子。
在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。
在半导体物理学中，电子流失导致共价键上留下的空位（空穴引）被视为载流子。
金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。
在电场作用下能作定向运动的带电粒子。
如半导体中的自由电子与空穴，导体中的自由电子，电解液中的正、负离子，放电气体中的离子等。
超导体：在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率为零的物质。
一般材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动几乎消失，材料的电阻趋近于0，此时称为超导体，达到超导的温度称为临界温度。
耐热性：耐热性是指在受负荷下，材料失去其物理机械强度而发生形变的温度。
热稳定性：热稳定性则是指材料化学结合开始发生变化的温度。
氧指数：所谓氧指数就是规定的条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度。
材料性能学课后习题与解答
材料性能学课后习题与解答(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
材料组织结构与性能课程复习课件
•面心立方结构（face-centered cubic，简写为 “fcc”） •体心立方结构（body-centered cubic，简写为“bcc”） •密排六方结构（hexagonal closed-packed，简写为“hcp”），
7、单晶体与多晶体實際應用的金屬材料通常都
• 由于洛氏硬度采用不同的压头和主载荷，因此可 以搭配出多种不同的组合，称为洛氏硬度的标尺， 其中使用最多的是C标尺，HRC广泛用于热处理 车间对淬火钢的硬度测定。
4、应力应变曲线
应 力 F/A ζb
b
σk
k s e
ζs ζe
均匀变形
ΔL
非均匀变形
应变（ΔL/L0）
应力－应变曲线
合金钢＆淬火回火钢
•
（3）已知载荷大小，计算不产生脆断所允许的 内部宏观裂纹的临界尺寸。 • 疲劳断裂分类
• 1、高周疲劳 2、低周疲劳 3、热疲劳 • 4、高温疲劳 5、接触疲劳6、腐蚀疲劳 • 7、扭转疲劳、弯曲疲劳、拉压疲劳、脉动疲劳
硬 度
• 硬度（ hardness）是表征材料软硬程度的 力学性能，其物理意义随试验方法的不同 而不同。 • 布氏硬度HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度HV • 肖氏硬度HS
• 断裂韧度
• 断裂韧度（fracture toughness ）是用来反映材料 抵抗裂纹失稳扩展能力的指标。
• 冲击韧度为： ak=Ak/AN
（MPa.m1/2）
（J/m2）
KIC=Yζc√ac
• 常用的断裂韧度为临界应力场强度因子KIC
• 断裂韧性的应用 • • （1）探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定 零件工作是否安全KI≥KIC ，失稳扩展。 （2）已知内部裂纹2a，计算承受的最大应力。
《材料性能学》教学大纲
《材料性能学》教学大纲一、课程概述本课程是材料科学与工程专业的核心课之一，旨在介绍材料的性能及其相关理论和实验方法。
通过本课程的学习，学生将了解材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等方面的基本概念和实验技术，以及材料的结构与性能之间的相互关系。
二、课程目标1.培养学生的材料性能分析和实验设计能力；2.培养学生的团队协作和沟通能力；3.培养学生的科学研究和创新能力。
三、教学内容1.材料性能基础知识1.1材料的内部结构1.2麦克斯韦方程组及其应用1.3力学性能和力学行为1.4热学性能和热行为1.5电学性能和电行为1.6磁学性能和磁行为2.材料性能测试与分析2.1常用材料性能测试方法与仪器2.2材料性能测试数据处理与分析2.3材料性能参数的计算与评价3.材料性能评价与设计3.1材料性能评价的基本原则和方法3.2材料性能与结构设计的相关问题3.3材料性能参数在工程设计中的应用四、教学方法1.理论课授课方式包括讲授、讨论和案例分析等；2.实验课采用实验操作和数据分析相结合的方式；3.课堂上鼓励学生多提问，教师及时解答。
五、教学评价1.平时成绩占40%，包括课堂讨论、作业和实验；2.期末考试占60%，包括理论知识和实验技能的考察。
六、参考教材1.《材料性能学》，张三、李四，清华大学出版社，2024年；2.《材料力学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；3.《材料热学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；4.《材料电学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；5.《材料磁学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年。
七、教学进度安排1.第1-2周：材料性能基础知识2.第3-5周：材料性能测试与分析3.第6-8周：材料性能评价与设计4.第9-14周：课程复习和期末考试八、教学辅助手段1.使用多媒体技术进行教学内容展示；2.实验室配备相应的材料性能测试仪器，进行实验研究和操作指导。
材料结构与性能思考题
《材料结构与性能》思考题第一章金属及合金的晶体结构1．重要名词晶体非晶体单晶体多晶体晶粒晶界各向异性假等向性（伪各向同性）空间点阵阵点（结点）晶胞简单晶胞（初级晶胞）布拉菲点阵晶系晶面晶面指数晶向晶向指数密勒指数晶面族晶向族晶带晶带轴面间距配位数致密度点阵常数面心立方（A1）体心立方(A2) 密排六方(A3) 同素异构现象四面体间隙八面体间隙多晶型性(同素异构转变) 原子半径合金相固溶体间隙固溶体置换固溶体有限固溶体无限固溶体电子浓度无序分布偏聚短程有序短程有序参数维伽定律中间相金属间化合物正常价化合物电子化合物(Hume-Rothery相) 间隙相间隙化合物拓扑密堆相(TCP相) PHACOMP方法超结构（有序固溶体，超点阵）长程有序度参数反相畴（有序畴）2．试述晶体的主要特征。
2]。
画3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130)), (121), (225), [112], [312], [11出六方晶系中的下列晶面：(0001), (1120), (1011)。
4．画出立方晶系(110)面上的[111]方向，(112)上的[111]方向。
在其(111)面上有几个<110>方向5．计算面心立方、体心立方、密排六方点阵晶胞的晶胞内原子数、致密度。
其中原子的配位数是多少6．面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵7．画图计算面心立方和体心立方点阵的四面体、八面体间隙的半径r B与原子半径r A之比。
8．铜的面心立方点阵常数为Å，计算其（122）晶面间距。
~9．立方晶系中晶面指数和晶向指数有什么关系10．写出立方晶系{112}晶面组的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。
11．已知点阵常数a=2 Å，b=6 Å, c=3 Å, 并已知晶面与三坐标轴的截距都是6 Å，求该晶面的指数。
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《材料结构与性能》习题《材料结构与性能》习题第一章1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。
如直径拉细成2.4mm，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。
比较以上计算结果并讨论之。
2、举一晶系，存在S14。
3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。
4、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，估算其上限及下限弹性模量。
5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。
并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。
同时计算在滑移面上的法向应力。
第二章1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。
2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。
如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。
3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：与是一回事。
4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。
如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。
计算此材料的断裂表面能。
5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。
此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。
讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。
6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。
设此材料的断裂韧性为1.62 MPa·m2。
讨论诸结果。
7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。
材料系ZTA陶瓷零件，温度在900℃，KⅠc为10MPa·m2，慢裂纹扩展指数N=40，常数A=10-40，Y取π。
设保证实验应力取作用力的两倍。
8、按照本章图2.28所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图，求出经验公式。
9、弯曲强度数据为：782，784，866，884，884，890，915，922，922，927，942，944，1012以及1023MPa。
求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯模量数。
第三章1、计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和安杜龙—伯蒂规律计算的结果比较。
2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。
3、掺杂固溶体与两相陶瓷的热导率随体积分数而变化的规律有何不同。
4、康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm·℃)；α=4.6×10-6/℃；σp=7.0kg/mm2,E=6700kg/mm2,ν=0.25。
求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
5、一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184 J/(cm·℃)，最大厚度=120mm。
如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm2·s·℃)，假设形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
第四章1、一入射光以较小的入射角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-m）2。
设玻璃对光的衰减不计。
2、一透明AL2O3板厚度为1mm，用以测定光的吸收系数。
如果光通过板厚之后，其强度降低了15℅，计算吸收及散射系数的总和。
第五章1、无机材料绝缘电阻的测量试件的外径Φ=50mm，厚度d=2mm，电极尺寸如图5.55所示：D1=26mm，D2=38mm，D3=48mm，另一面为全电极。
采用直流三端电极法进行测量。
(1)请画出测量试件体电阻率和表面电阻率的接线电路图。
(2)若采用500V直流电源测出试体的体电阻为250MΩ，表面电阻为50M Ω，计算该材料的体电阻率和表面电阻率。
2、实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：TB A 1lg +=σ (1)试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。
(2)若给定T 1=500K ，σ1=10-9（1).-ΩcmT 1=1000K ，σ2=10-6（1).-Ωcm计算电导活化能的值。
3、本征电导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。
激发的电子数n 可近似表示为：n=Nexp （—E P /2kT ）式中N 为状态密度，k 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度。
试回答以下问题：(1)设N=1023cm-3，k=8.6×10-5eV·K-1时，Si（E q=1.1eV），TiO2(E q=3.0eV)在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm-3）各是多少？(2)半导体的电导率σ（Ω-1·cm-1）可表示为σ=neμ式中n为载流子速度（cm-3），e为载流子电荷（电子电荷1.6×10-19C）,μ为迁移率（cm2·V-1·s-1）。
当电子（e）和空穴（h）同时为载流子时，σ=n e eμe+n h eμh假设Si的迁移率μe=1450（cm2·V-1·s-1），μh=500（cm2·V-1·s-1），且不随温度变化。
试求Si在室温20℃和在500℃时的电导率。
4、根据费米—狄拉克分布函数，半导体中电子占有某一能级E的允许状态几率f(E)为：f(E)=[1+exp(E-E F)/kT]-1E F为费米能级，它是电子存在几率为1/2的能级。
如图5.56所示的能带结构，本征半导体导带中的电子浓度n，价带中的空穴浓度p分别为式中：m e*,m h*分别为电子和空穴的有效质量，h为普朗克常数。
试回答下列问题：（1）本征半导体中n=p，利用上二式写出E f的表达式。
（2）当m e*=m h*时，E f位于能带结构的什么位置。
通常m e*<m h*，E f的位置随温度将如何变化。
（3）令n=p=np，E g=E c-E v，试求n随温度变化的函数关系（含E g的函数）。
（4）如图5.56所示，施主能级为E D,施主浓度为N D,E f在E c和E D之间，电离施主浓度n D为：若n=n D,试写出E f的表达式。
当T=0时，E f位于能带结构的什么位置。
（5）令n=n D=nnD,试写出n随温度变化的关系式。
5、（1）根据缺陷化学原理，推导NiO电导率与氧分压的关系。
（2）讨论添加AL2O3对NiO电导率的影响，并写出空穴浓度与氧分压的关系。
6、（1）根据化学缺陷原理推导ZnO电导率与氧分压的关系。
（2）讨论AL2O3，Li2O对ZnO电导率的影响。
7、p-n结的能带结构如图5.57（a）所示，如果只考虑电子的运动，那么在热平衡状态下，p区的极少量电子由于势垒的降低而产生一定的电流（饱和电流—I0）与n区的电子由于势垒的升高V d,靠扩散产生的电流（扩散电流I d）相抵消。
I d可表示为I d=Aexp（-eV d/KT）式中A为常数，当p-n结上施加偏压V，能带结构如图5.57（b），势垒高度为（V d-V）.求：（1）此时的扩散电流I’d的表达式。
（2）试证明正偏压下电子产生的静电流公式为I=I0[exp(eV/kT)-1](3)设正偏压为V1时的电流I1，那么，电压为2V1时，电流I2为多少（用含I1的函数表示）？（4）负偏压下，施加电压极大时（V→∞），I的极限值为多少？但是实际当施加电压至某一值（-V B）时，电流会突然增大，引起压降，试定性描绘p-n 结在正负偏压时的V-I特性。
第六章1、金红石（TiO2）的介电常数是100，求气孔率为10%的一块金红石陶瓷介质的介电常数。
2、一块1cm*4cm*0.5cm的陶瓷介质，其电容为2.4-6μF,损耗因子tgδ为0.02。
求：（1）相对介电常数；(2)损耗因素。
3、镁橄榄石(Mg2SiO4)瓷的组成为45%SiO2,5%Al2O3和50%MgO,在1400℃烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的εr=5.4。
由于Mg2SiO4的介电常数是6.2，估算玻璃的介电常数εr。
（设玻璃体积浓度为Mg2SiO4的1/2）。
4、如果A原子的原子半径为B的两倍，那么在其它条件都是相同的情况下，原子A的电子极化率大约是B的多少倍？5、为什么碳化硅的电容光焕发率与其折射率的平方n2相等。
6、从结构上解释，为什么含碱土金属的适用于介电绝缘？7、细晶粒金红石陶瓷样品在20.c，100Hz时，εr=100，这种陶瓷εr高的原因是什么？如何用实验来鉴别各种起作用的机制。
8、叙述BaTiO3 典型电介质中在居里点以下存在四中极化机制。
9、画出典型的铁电体的电滞回线，用有关机制解释引起非线性关系的原因。
10、根据压电振子的谐振特性和交流电路理论，画出压电振子的等效电路图，并计算当等效电阻为0时，各等效电路的参数（用谐振频率与反谐振频率表示）。
第七章1、当正型尖晶石CdFe2O4掺入反型尖晶石如磁铁矿Fe3O4时，Cd离子仍然保持正型分布，试计算下列组成的磁矩：Cd x Fe3-x，当（a）x=0，（b）x=0.1，（c）X=0.52、试述下列型尖晶石结构的单位体积饱和磁矩，以玻尔磁子数表示： MgFe2O4 CoFe2O4 Zn0.2Mn0.8Fe2O43、导致铁磁性和亚铁磁性物质的离子结构有什么特征？4、为什么含有未满电子壳的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性？。