第02章 材料的物理力学性能
材料的物理性能有哪些
材料的物理性能有哪些
材料的物理性能是指材料在物理方面所表现出来的特性和性能。
它包括了材料
的力学性能、热学性能、电学性能等多个方面。
下面我们将分别介绍材料的各种物理性能。
首先，材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的性能。
其中包括了
材料的强度、韧性、硬度、塑性等。
强度是材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等来表示。
韧性是材料抵抗断裂的能力，硬度是材料抵抗划伤的能力，而塑性则是材料在外力作用下发生形变的能力。
其次，材料的热学性能是指材料在热力作用下所表现出来的性能。
其中包括了
材料的热膨胀性、导热性、比热容等。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化能力，导热性是指材料传导热量的能力，比热容则是指材料单位质量在温度变化下的热量变化能力。
再次，材料的电学性能是指材料在电场作用下所表现出来的性能。
其中包括了
材料的导电性、绝缘性、介电常数等。
导电性是指材料传导电流的能力，绝缘性是指材料阻止电流流动的能力，介电常数则是指材料在电场中的极化能力。
最后，材料的物理性能对于材料的选择和应用具有重要的意义。
不同的材料具
有不同的物理性能，因此在工程实践中需要根据具体的应用要求选择合适的材料。
同时，通过对材料的物理性能进行研究和改进，可以提高材料的性能，拓展材料的应用领域。
综上所述，材料的物理性能包括了力学性能、热学性能、电学性能等多个方面，它对于材料的选择和应用具有重要的意义。
我们需要深入了解材料的物理性能，才能更好地应用和改进材料，推动材料科学的发展。
混凝土结构设计最新试题
混凝土结构设计原理复习资料第 1 章绪论1.钢筋与混凝土为什么能共同工作：（1）钢筋与混凝土间有着良好的粘结力，使两者能可靠地结合成一个整体，在荷载作用下能够很好地共同变形，完成其结构功能。
（2）钢筋与混凝土的温度线膨胀系数也较为接近，因此，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏两者之间的粘结。
（3）包围在钢筋外面的混凝土，起着保护钢筋免遭锈蚀的作用，保证了钢筋与混凝土的共同作用。
1、混凝土的主要优点：1)材料利用合理2 )可模性好3)耐久性和耐火性较好4)现浇混凝土结构的整体性好5)刚度大、阻尼大6)易于就地取材2、混凝土的主要缺点：1)自重大2)抗裂性差3 )承载力有限4)施工复杂、施工周期较长5 )修复、加固、补强较困难建筑结构的功能包括安全性、适用性和耐久性三个方面作用的分类：按时间的变异，分为永久作用、可变作用、偶然作用结构的极限状态：承载力极限状态和正常使用极限状态结构的目标可靠度指标与结构的安全等级和破坏形式有关。
荷载的标准值小于荷载设计值；材料强度的标准值大于材料强度的设计值第2章钢筋与混凝土材料物理力学性能一、混凝土立方体抗压强度（f cu,k）：用150mm×150mm×150mm的立方体试件作为标准试件，在温度为（20±3）℃，相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28d，按照标准试验方法加压到破坏，所测得的具有95%保证率的抗压强度。
（f cu,k为确定混凝土强度等级的依据）1.强度轴心抗压强度（f c）：由150mm×150mm×300mm的棱柱体标准试件经标准养护后用标准试验方法测得的。
（f ck=0.67 f cu,k）轴心抗拉强度（f t）：相当于f cu,k的1/8～1/17, f cu,k越大，这个比值越低。
复合应力下的强度：三向受压时，可以使轴心抗压强度与轴心受压变形能力都得到提高。
双向受力时，（双向受压：一向抗压强度随另一向压应力的增加而增加；双向受拉：混凝土的抗拉强度与单向受拉的基本一样；一向受拉一向受压：混凝土的抗拉强度随另一向压应力的增加而降低，混凝土的抗压强度随另一向拉应力的增加而降低）受力变形：（弹性模量：通过曲线上的原点O引切线，此切线的斜率即为弹性模量。
混凝土结构构
50
60
70
80
90
100
1
2
3
4
5
6
GBJ10-89
规范
55
.
0
395
.
0
cu,m
t,m
f
f
=
3
/
2
26
.
0
cu,m
t,m
f
f
=
▲轴心抗拉强度试验
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 混凝土
轴心抗拉强度标准值
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
4、混凝土强度的标准值
（1）《规范》规定材料强度的标准值 fk 应具有不小于95%的保证率
/fc
/fc
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 混凝土
（ 实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。） 3 三轴应力状态
衬底1
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 混凝土
混凝土的变形
一次短期荷载下
受力变形 长期荷载下
（5）影响徐变的因素
第二章 钢筋和混凝土的材料性能
2.1 混凝土
当初始应力水平si /fc ≤ 0.5时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为线性徐变。产生线性徐变的主要原因是凝胶体的塑性流动。 当初应力si 在(0.5~0.8) fc 范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力si不成比例，这种徐变称为非线性徐变。产生非线性徐变的主要原因是裂缝的出现与发展。
混凝土弹性模量 变形模量 切线模量 弹性系数n 随应力增大而减（n =1~0.5） ▲混凝土变形模量的概念
《无机材料物理性能》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=-=∆=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;包括错误!力学性能拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲错误!物理性能热、光、电、磁错误!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：错误!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;错误!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;错误!化学成分,错误!微观组织错误!温度,温度升高,E下降错误!加载条件、负载时间;对金属、陶瓷类材料的E没有影响;高聚物的E随负载时间延长而降低,发生松弛;2 金属材料应变硬化的概念和实际意义;解：材料进入塑性变形阶段后,随着变形量增大,形变应力不断提高的现象称为应变硬化;意义错误!加工方面,是金属进行均匀的塑性变形,保证冷变形工艺的顺利实施;错误!应用方面,是金属机件具有一定的抗偶然过载能力,保证机件使用安全;错误!对不能进行热处理强化的金属材料进行强化的重要手段;3 高分子材料的塑性变形机理;解：结晶高分子的塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶高分子材料则是在正应力下形成银纹或在切应力下无取向的分子链局部转变为排列的纤维束的过程;4 拉伸断裂包括几种类型什么是拉伸断口三要素如何具体分析实际构件的断裂提示：参考课件的具体分析实例简单作答解：按宏观塑性变形分为脆性断裂和韧性断裂;按裂纹扩展可分为穿晶断裂和沿晶断裂;按微观断裂机理分为解理断裂和剪切断裂;按作用力分为正断和切断;拉升断口的三要素：纤维区、放射区和剪切唇;对实际构件进行断裂分析首先进行错误!宏观检测：目测构件表面外观；低倍酸洗观察；宏观断面分析;错误!扫描电镜分析错误!X射线能谱分析错误!金相分析错误!硬度及有效硬化层测定; 3、计算： 1 已知钢的杨氏模量为210GPa,问直径,长度120mm 的线材承受450N 载荷时变形量是多少 若采用同样长度的铝材来承受同样的载荷,并且变形量要求也相同,问铝丝直径应为多少E Al =70GPa 若用WE=388 GPa 、钢化玻璃E=345MPa 和尼龙线E=呢解：已知：E=210GPa , d= , 1L =120mm , F=450N ;/F S σ=ε/L L ε∴=∆ 164.5L ∴∆=∴ 2.5Al d mm ==∴ 2.5W d mm =∴ 2.5d d mm ==钢化∴ 2.5d d mm ==尼龙 2 ,直径13mm,实验后将试样对接起来后测量标距81mm,伸长率多少若缩颈处最小直径, 断面收缩率是多少解：已知：050L mm = 013d mm = 81K L mm = 6.9K d mm =∴断后伸长率∴断面收缩率 第二章 其它静载下力学性能 1、名词解释： 应力状态软性系数 剪切弹性模量 抗弯强度 缺口敏感度 硬度解：应力状态软性系数：不同加载条件下材料中最大切应力与正应力的比值;剪切弹性模量：材料在扭转过程中,扭矩与切应变的比值;缺口敏感度：常用试样的抗拉强度与缺口试样的抗拉强度的比值;NSR硬度：表征材料软硬程度的一种性能;一般认为一定体积内材料表面抵抗变形或破裂的能力;2、简答 1 简述硬度测试的类型、原理和优缺点至少回答三种解：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度;布氏硬度：原理是用一定大小的载荷,把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入试样表面,保持规定时间后卸载载荷,测量试样表面的残留压痕直径d,求压痕的表面积;将单位压痕面积承受的平均压力规定为布氏硬度;优点是压痕面积大反映较大区域内各组成相的平均性能,适合灰铸铁、轴承合金测量,实验数据稳定,重复性高;缺点是不宜在成品上直接检验,硬度不同要更换压头直径D和载荷F,压痕直径测量较麻烦;洛氏硬度：原理是通过测量压痕深度值来表示硬度;优点是采用不同的标尺,可以测量各种软硬不同和厚薄不一样的材料的硬度,压痕小,可对工件直接进行检验,操作简便迅速;缺点是压痕小,代表性差,重复性差、分散度大,不同标尺的硬度值不能直接进行比较,不能互换;不宜在极薄的工件上直接进行检验;肖氏硬度：原理是将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一定高度落向试样表面,用重锤的回落高度来表征材料的硬度;优点是使用方便,便于携带,可测现场大型工件的硬度;缺点是实验结果受人为因素影响较大,测量精度低;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解：扭转实验的特点是错误!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; 错误!扭转实验时试样截面的应力分布为表面最大;错误!圆柱试样在扭转时,不产生缩颈现象,塑性变形始终均匀;可用来精确评定拉伸时出现缩颈的高塑性材料的形变能力和变形抗力;错误!扭转时正应力与切应力大致相等,可测定材料的切断强度;弯曲试验的特点是：错误!弯曲加载时受拉的一侧的应力状态基本与静拉伸相同,且不存在试样拉伸时试样偏斜造成对实验结果的影响;可以用来由于太硬而不好加工拉伸试样的脆性材料的断裂强度;错误!弯曲试验时,截面上应力分布表面最大;可以比较和评定材料表面处理的质量;错误!塑性材料的F—fmax 曲线最后部分可任意伸长;渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学性能常用的方法是扭转实验;3 有下述材料需要测量硬度,试说明选用何种硬度实验方法为什么a. 渗碳层的硬度分布,b. 淬火钢,c. 灰口铸铁,d. 硬质合金,e. 仪表小黄铜齿轮,f. 高速工具钢,g. 双相钢中的铁素体和马氏体,h. Ni基高温合金,i. Al合金中的析出强化相,j. 5吨重的大型铸件,k. 野外矿物解：a、e、g、i使用维氏硬度;b、c、d、f、h可使用洛氏硬度;b、c可使用布氏硬度;j使用肖氏硬度;k使用莫氏硬度;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韧脆转变温度迟屈服解：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;2 影响材料低温脆性的因素有哪些解：错误!晶体结构,体心立方存在低温脆性,面心立方及其合金一般不存在低温脆性;错误!化学成分,间隙溶质原子含量增加,韧脆转变温度提高;错误!显微组织,细化晶粒课是材料韧性增加;金相组织也有影响,低强度水平时,组织不同的刚,索氏体最佳;错误!温度,在某一范围内碳钢和某些合金可能出现蓝脆;错误!加载速率,提高加载速率韧脆转变温度提高;错误!试样形状和尺寸,缺口曲率半径越小,韧脆转变温度越高; 3、计算： 某低碳钢的摆锤系列冲击实验列于下表,a. 绘制冲击功－温度关系曲线；b. 试确定韧脆转变温度； 解：有K A —t 图知,20NDT =-℃ FTP=40℃c. 要为汽车减震器选择一种钢,它在－10℃时所需的最小冲击功为10J,问此种钢适合此项应用么 解：c:此种钢不适合;第四章 断裂韧性1、名词解释： 应力场强度因子 断裂韧度 低应力脆断 解：应力场强度因子：反映裂纹尖端应力场强度的参量;断裂韧度：当应力场强度因子增大到一临界值,带裂纹的材料发生断裂,该临界值称为断裂韧性;低应力脆断：在材料存在宏观裂纹时,在应力水平不高,甚至低于屈服极限时材料发生脆性断裂的现象; 2、简答 a. 格里菲斯公式计算的断裂强度和理论断裂强度解：理论强度m σ=格里菲斯断裂强度g σ= b. Kl 和KlC 的异同解：I K 是力学度量,它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化,也和裂纹的形状类型,以及加载方式有关,但它和材料本身的固有性能无关;而断裂韧性IC K 则是反映材料阻止裂纹扩展的能力,因此是材料本身的特性;c. 断裂韧性的影响因素有哪些如何提高材料的断裂韧性解：错误!外因,材料的厚度不同,厚度增大断裂韧性增大,当厚度增大到一定程度后断裂韧性稳定;温度下降断裂韧性下降,应变速率上升,断裂韧性下降;错误!内因;金属材料,能细化晶粒的元素提高断裂韧性；形成金属化合物和析出第二相降低断裂韧性;晶粒尺寸和相结构,面心立方断裂韧性高,奥氏体大于铁素体和马氏体钢;细化晶粒,断裂韧性提高;夹杂和第二相,脆性夹杂和第二相降低断裂韧性,韧性第二相提高断裂韧性;提高材料的断裂韧性可以通过错误!亚温淬火错误!超高温淬火错误!形变热处理等方法实现; 3、计算： a. 有一材料,模量E ＝200GPa, 单位面积的表面能γS ＝8 J/m 2, 试计算在70MPa 的拉应力作用下,该裂纹的临界裂纹长度若该材料裂纹尖端的变形塑性功γP ＝400 J/m 2,该裂纹的临界裂纹长度又为多少利用格里菲斯公式和奥罗万修正公式计算解：由格里菲斯公式得由奥罗万修正公式得 b. 已知α-Fe 的100晶面是解理面,其表面能是2 J/m 2,杨氏模量E ＝200 GPa,晶格常数a 0＝,试计算其理解：m σ==c. 断裂韧度66MPa ·m 1/2,用这种材料制造飞机起落架,最大设计应力为屈服强度的70％,若可检测到的裂纹长度为,试计算其应力强度因子,判断材料的使用安全性;提示：假设存在的是小的边缘裂纹,采用有限宽板单边直裂纹模型,2b>>a; 若存在的是穿透裂纹,则应用无限大板穿透解：错误!^61/21.12 1.120.7210010145.9I K MPa m ==⨯⨯⨯=⋅第五章疲劳性能1、名词解释：循环应力贝纹线疲劳条带疲劳强度过载持久值热疲劳解：循环应力：周期性变化的应力;贝文线：疲劳裂纹扩展区留下的海滩状条纹;疲劳条带：略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样,与裂纹扩展方向垂直,疲劳断裂时留下的微观痕迹;疲劳强度：指定疲劳寿命下,材料能够承受的上限循环应力;过载持久值：材料在高于疲劳强度的一定应力下工作,发生疲劳断裂的应力循环周次;热疲劳：机件在由温度循环变化产生的循环热应力及热应变作用下,发生的疲劳;2、简答a. 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料疲劳断裂的特点解：金属材料的裂纹扩展分两个阶段错误!沿切应力最大方向向内扩展错误!沿垂直拉应力方向向前扩展;疲劳断口一般由疲劳源、疲劳区、瞬断区组成;有贝文线宏观和疲劳条带微观;陶瓷材料裂纹尖端不存在循环应力的疲劳效应,裂纹同样经历萌生、扩展和瞬断过程;对材料的表面缺陷十分敏感,强烈依赖于K、环境、成分、组织结构,不易观察到疲劳贝文线和条带, I没有明显的疲劳区和瞬断区;高分子材料在高循环应力作用下出现银纹,银纹转变为裂纹并扩展,导致疲劳破坏;低应力条件下,疲劳应变软化;分子链间剪切滑移产生微孔洞,随后产生宏观裂纹;循环应力作用下温度升高,产生热疲劳失效;复合材料有多种损伤形式,如界面脱落、分层、纤维断裂等,不会发生瞬时的疲劳破坏,较大应变会使纤维基体变形不协调引起开裂,形成疲劳源;疲劳性能和纤维取向有关;b. 疲劳断口宏观断口和微观断口分别有什么特征解：宏观断口有三个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区;错误!疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地,多在机件表面常和缺口、裂纹等缺陷及内部冶金缺陷有关,比较光亮,表面硬度有所提高,可以是一个也可以是多个;错误!疲劳裂纹扩展区断口较光滑并分布有贝文线,有时还有裂纹扩展台阶,断口光滑是疲劳源区的连续,程度随裂纹向前扩展而逐渐减弱,贝文线是最典型的特征;错误!瞬断区断口粗糙,脆性断口呈结晶状,韧性断裂在心部平面应变区呈放射状或人字纹,边缘应力区有剪切唇存在;一般在疲劳源对侧; c. 列出至少四条提高金属疲劳性能的措施解：错误!喷丸处理错误!表面热处理错误!复合强化错误!次载锻炼3、计算： a. 某材料的应力幅和失效循环周次如下：最少疲劳寿命105次,则许用的最大循环应力是多少 解：由图知,疲劳极限=250MPa设计寿命最少^510时,最大需用循环应力为275MPa; b. 某压力容器受到升压降压交变应力△σ＝120MPa 作用,计算得知该容器允许的临界裂纹长度2ac ＝125mm,检查发现该容器有一长度2a ＝42mm 的周向穿透裂纹,假设疲劳裂纹扩展符合Paris 公式,假设疲劳扩展系数C ＝2×10－10,n ＝3,试计算该容器的疲劳寿命和循环10万次后的疲劳裂纹长度是多少 解：设裂纹为无线大板穿透裂纹,则由Paris 公式()nIda C K dN =∆得解得N=3016当N=10万次时2a=第六章磨损性能1、名词解释：磨损接触疲劳解：磨损：物体表面相互摩擦时,材料自表面逐渐减少时的过程;接触疲劳：两材料作滚动或滚动加滑动摩擦时,交变接触压应力长期作用使得材料表面疲劳磨损,局部区域出现小片或者小块材料剥落而产生的疲劳;2、简答a. 简述常见的磨损类型和特点如何提高材料的耐磨粒磨损抗力解：常见的磨损类型和特点有错误!粘着磨损,特点是机件表面有大小不等的结疤;错误!磨粒磨损,摩擦面上有擦伤或明显犁皱纹;错误!腐蚀磨损,氧化磨损,磨损产物为氧化物如红褐色的三氧化二铁;错误!接触疲劳磨损,出现许多豆状、贝壳状或不规则形状的凹坑;提高磨粒磨损的抗力可以选用高硬度韧性好的材料或使用表面硬化的材料;b. 试从提高材料疲劳强度、接触疲劳、耐磨性观点出发,分析化学热处理时应注意的事项;解：化学热处理过程中采用球化退火处理和高温回火,减小碳化物粒度并使之分布均匀;采取适当的去应力退火工艺使材料在一定范围内保持残余应力,提高疲劳强度和耐磨性;c.述非金属材料陶瓷、高分子材料的磨损特点解：陶瓷材料对表面状态极为敏感,当气氛压力下降时,磨损率加大;高分子材料硬度虽然较低,但具有较大柔顺性,在不少场合下显示较高的抗划伤能力;对磨粒磨损具有良好的适应性、就范性和埋嵌性;第七章高温性能1、名词解释：蠕变蠕变极限持久强度应力松弛解：蠕变:金属在恒温、恒载荷下缓慢产生塑性变形的现象;蠕变极限：金属材料在高温长期载荷作用下对塑性变形抗力指标;持久强度：在规定温度下,达到规定实验时间而不发生断裂的应力值;应力松弛：在规定温度和初始应力条件下,金属材料中的应力随时间增加而减少的现象;2、简答a. 列出至少四个提高金属蠕变性能的措施解：错误!加入合金元素,形成固溶强化错误!采用正火加高温回火工艺进行热处理;错误!控制晶粒尺寸错误!控制应力水平b. 高温蠕变变形的机理有哪几种解：主要有位错滑移蠕变机理、扩散蠕变机理、晶界滑动蠕变机理、粘弹性机理;3、计算：稳态蠕变即蠕变第二阶段的本构方程ε＝A·σn·exp-Q/RT,某耐热钢538℃下的蠕变系数A＝×10－24,n＝8,激活能Q＝100kcal/mol,R为摩尔气体常数mol·K,试计算该钢在500℃时应力150MPa下的蠕变速率；解：由ε＝A·σn·exp-Q/RT得=第八章耐腐蚀性能1、名词解释：电化学腐蚀缝隙腐蚀电偶腐蚀钝化解：电化学腐蚀：金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏;缝隙腐蚀：金属部件在腐蚀介质中,结合部位的缝隙内腐蚀加剧的现象;电偶腐蚀：异种金属在同一种介质中,由于腐蚀电位不同而产生电偶电流的流动使电极电位较低的金属溶解增加造成的局部腐蚀;钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下受到强烈阻滞,使腐蚀速率急剧下降的现象;2、简答a. 为什么说材料的腐蚀是一个自发过程解：因为腐蚀是物质由高能态向低能态转变的过程,所以腐蚀是一个自发的过程;b. 原电池和腐蚀原电池的区别是什么解：原电池可以是化学能转化为电能,有电流通过并能对外做功;腐蚀原电池是能进行氧化还原反应,但并不能对外做功的短路原电池;c. 应力腐蚀断裂的条件和特征是什么解：应力腐蚀具有以下特点：错误!应力;必须有拉应力存在才能一起应力腐蚀,压应力一般不发生应力腐蚀;错误!介质;一定的材料必须和一定的介质的相互组合,才会发生腐蚀断裂;错误!速度;应力腐蚀断裂的速度远大于没有应力时的腐蚀速度;错误!腐蚀断裂形态;应力腐蚀断裂时仅在局部区域出现从表及里的裂纹;d. 简述材料氧化腐蚀的测量方法和仪器;解：测量方法有：错误!质量法错误!容量法测量仪器:质量法采用热重分析仪;容量法采用量气管及及其他装置;e. 列出至少四种防止金属材料腐蚀的措施;解：错误!金属电化学保护法错误!介质处理错误!缓蚀剂保护法错误!表面覆盖法错误!合理选材第九章电性能1、名词解释：电介质、极化强度、铁电体、压电效应、热释电效应、热电效应解：电介质：电场下能极化的材料;极化强度：电介质材料在电场作用下的极化程度,单位体积内的感生电偶极矩;铁电体：就有铁电性的晶体;热释电效应：晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象称为晶体的热释电效应;热电效应：温度作用改变材料的电性能参数;贝塞克效应、帕尔帖效应、汤姆逊效应;压电效应：没有电场作用,有机械应力作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象;2、填空题a. 从极化的质点类型看,电介质的总极化一般包括三部分：__位移极化__、__松弛极化__、__转向极化__ ；从是否消耗能量的角度看,电介质的极化分为____弹性极化____和____非弹性极化____两类,其中___位移极化___是弹性的、瞬时完成的极化,不消耗能量；而___松弛极化___的完成需要一定的时间,是非弹性的,消耗一定的能量;b. 电介质在电场作用下产生损耗的形式主要有__电导损耗____和____电离损耗___两种；当外界条件一定时,介质损耗只与tg有关,而tg仅由___δ____决定,称为____介质损耗角____;c. 电介质材料在电场强度超过某一临界值时会发生介质的击穿,通常击穿类型可分为___电击穿____、__化学击穿___、___热击穿___三类;d. 铁电体具有__电滞回线__、居里点和__临界特性___三大特征;e. 测量电阻常用的方法有双电桥法、电位差计法、安培—伏特计法和直流四探针法;f. 金属的热电现象包括贝塞克效应、帕帖效应和汤姆逊效应三个基本热电效应;3、简答题：a. 简述电介质、压电体、热释电体、铁电体之间的关系;解：电解质包括压电体、热释电体、铁电体;压电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体;热释电体和铁电体都能在一定的温度范围内自发极化;b. 为什么金属的电阻随温度升高而增大,半导体的电阻随温度升高减小解：金属属于电子到电机制,温度升高,电子运动自由程减小,散射几率增大导致电阻增大;半导体导电取决于电子-空穴对数量多少,温度升高,电子-空穴对数增多,导电阻减小;c. 表征超导体性能的三个主要指标是什么目前氧化物高温超导体应用的主要弱点是什么解：三个指标是：错误!临界转变温度T错误!临界磁场C H错误!临界C电流密度目前氧化物高温超导体应用的主要弱点是错误!超导体材料的氧化物制备困难错误!材料加工困难错误!临界温度难以维持e. 一般来说金属的电导率要高于陶瓷和聚合物,请举例说明这个规律并不绝对正确;解：PAN、第十章磁性能1、名词解释：磁化强度矫顽力饱和磁化强度磁导率和磁化率剩余磁感应强度磁畴趋肤效应解：磁化强度：物质在磁场中被磁化的程度,单位体积内磁矩的大小;矫顽力：去掉剩磁的临界外磁场;饱和磁化强度：磁化强度的饱和值;磁导率：表征磁介质磁性的物理量;磁化率：表征物质本身的磁化特性的物理量;剩余磁感应强度：去掉外加磁场后的磁感应强度;磁畴：磁矩方向相同的小区域;趋肤效应：交变磁化时产生感生电动势,使得磁感应强度和磁场强度沿样品界面严重不均匀,好像材料内部的磁感应强度被。
材料物理性能(第二章材料的脆
热膨胀系数
01
热膨胀系数：材料在温度升高时，单位长度的材料会沿温度升高方向 膨胀的长度。
02
热膨胀系数是材料常数之一，与材料的化学成分、晶体结构、微观组 织等有关，不同的脆性材料具有不同的热膨胀系数。
03
热膨胀系数的大小反映了材料受温度变化时尺寸稳定性的好坏，热膨 胀系数越小，尺寸稳定性越好。
脆性材料的热导率一般较小，这是因为脆性材料的晶格结构较为紧密 ，不易传递热量。
电导率
01
电导率：材料中电导电流密度与电场强度之比，反映了材料的 导电性能。
02
电导率的大小与材料的导电性能有关，电导率越大，材料的导
电性能越好。
脆性材料的电导率一般较小，这是因为脆性材料的晶格结构较
03
为紧密，不易传导电子。
脆性材料的弹性模量一般较大 ，这是因为脆性材料在受到外 力作用时不易发生塑性变形。
泊松比
泊松比是材料常数之一，与材料的化学成分、 晶体结构、微观组织等有关，不同的脆性材料
具有不同的泊松比。
脆性材料的泊松比一般较小，这是因为脆性材料在受 到外力作用时不易发生横向变形。
泊松比：材料在单向拉伸或压缩时，横向应变 与轴向应变之比的负值，反映了材料横向变形 的特性。
硬度
总结词
脆性材料的硬度较高，这是因为脆性材料中的原子间相互作用力较强。
详细描述
由于脆性材料中的原子间相互作用力较强，使得其表面硬度较高，不易被划伤 或磨损。
耐磨性
总结词
脆性材料的耐磨性较差，这是因为脆性 材料在摩擦过程中容易发生脆性断裂。
VS
详细描述
脆性材料在摩擦过程中，由于其内部的原 子间相互作用力较弱，容易在摩擦力的作 用下材料的力学性能
金属材料与热处理(第七版)习题册 答案
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1. 石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3. 40 5% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3. 答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
弹性与塑性：材料的力学性质
实际应用中的测试与评估
弹性模量测试：通过测量材料在静载荷下的形变来计算弹性模量，评估材料的弹性性能。
塑性测试：通过拉伸、压缩和弯曲等实验测定材料的屈服点和极限强度，评估材料的 塑性性能。
疲劳测试：在循环载荷下测定材料的疲劳极限，评估材料在长期使用中的性能表现。
环境因素对材料力学性能的影响：例如温度、湿度、腐蚀等环境因素对材料弹性与塑 性的影响，以及相应的测试方法。
航空航天：在承受高强度压力和温度的条件下，利用材料的弹性来吸收振动和冲击，同时利用 塑性承受压力和剪切力
建筑：利用材料的弹性吸收地震等自然灾害产生的振动和冲击，同时利用塑性承受压力和剪切 力
医疗器械：利用材料的弹性适应人体的生理变化，同时利用塑性承受压力和剪切力
05 弹性与塑性的研究方法
实验研究
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开发新型材料：研究新的材料体系， 探索具有优异弹性和塑性性能的新 型材料，以满足不断发展的工程需 求。
智能化材料：利用先进的材料制备 技术，制备出具有自适应、自修复、 智能响应等功能的材料，以提高材 料的弹性和塑性性能。
弹性与塑性与其他力学性质的关联研究
弹性与塑性与材 料的其他力学性 质（如强度、韧 性等）之间的相 互影响和关系。
塑性：材料在达到屈服点后发生不可逆形变，无法恢复原状 的能力
定义：塑性是指材料在达到屈服点 后发生不可逆形变，无法恢复原状 的能力。
影响因素：材料的塑性主要受到温 度、应力和应变等因素的影响。
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特点：塑性变形是材料在外力作用 下发生的永久变形，变形后材料的 性能会发生变化。
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《材料力学》第二章课后习题及参考答案
在材料力学中，应力和应变是描述材料受力状态的基本物理量。应力表示单位面积上的 力，而应变则表示材料的变形程度。
简答题3答案
弹性力学和塑性力学是材料力学的重要分支。弹性力学主要研究材料在弹性范围内的应 力、应变和位移，而塑性力学则研究材料在塑性变形阶段的力学行为。
选择题答案
80%
选择题1答案
选择题3解析
这道题考察了学生对材料力学中 弯曲应力的理解，学生需要理解 弯曲应力的概念和计算方法，并 能够根据实际情况进行选择和应 用。
计算题解析
01
计算题1解析
这道题主要考察了学生对材料力学中拉压杆的计算能力，学生需要掌握
拉压杆的应力、应变计算方法，并能够根据实际情况进行选择和应用。
02
计算题2解析
计算题2答案
根据题意，先求出梁的剪力和弯矩，然后根据剪力和弯矩的关系 求出梁的位移分布，最后根据位移和应力的关系求出应力分布。
03
习题解析Biblioteka 简答题解析简答题1解析这道题考查了学生对材料力学 基本概念的理解，需要明确应 力和应变的概念及关系，并能 够解释在材料力学中如何应用 。
简答题2解析
这道题主要考察了学生对材料 力学中弹性模量的理解，以及 如何利用弹性模量进行相关计 算。学生需要理解弹性模量的 物理意义，掌握其计算方法。
C. 材料力学的任务之一是研究材 料的各种力学性能，包括强度、 刚度和稳定性等。
100%
选择题2答案
D. 在材料力学中，应力和应变是 描述材料受力状态的基本物理量 。
80%
选择题3答案
B. 材料力学主要研究材料的力学 性能和内部结构的关系，包括弹 性、塑性和韧性等。
计算题答案
02 材料的变形
① 金属本质及晶格类型
A、晶格阻力 ： 派—纳力
2G 2W exp 1 b
G－切变模量 2 13 ν－泊松比 b－滑移方向上的原子间距，柏氏 矢量的模 W－位错宽度：W=a/(1-ν) a－滑移面的晶面间距
p n
B、 开动F－R源所需的切应力
T Gb Gb br 2r L
C、位错交互作用阻力
包括平行交互作用和林位错交互作用
Gb
2 15
平行位错下，ρ为主滑移面位错密度； 林位错下， ρ为林位错密度
② 晶粒大小和亚结构
⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥⊥ ⊥ O
晶 界 Hall—Petch公式：
二、弹性模量的影响因素
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、 晶体结构、化学成分、微观组织、温度及加载方式和速度等。
对金属材料E：
1）原子半径和晶体学特征：
非过渡族，原子半径↑、 E↓；
过渡族，原子半径↑、E↑， 且E一般都较大。
原子密排向的E大（单晶 体）。
2）化学成分：
单晶体的屈服强度随取向因子而改变
；
值小，硬取向。
陶瓷材料的塑性变形
①金属键没有方向性，而离子键与共价键都具有明显的 方向性； ②金属晶体的原子排列取最密排、最简单、对称性高的 结构，而陶瓷材料晶体结构复杂，对称性低； ③金属中相邻原子（或离子）电性质相同或相近，价电 子组成公有电子云，属于整个晶体。陶瓷材料中，若为 离子键，则正负离子相邻，位错在其中若要运动，会引 起同号离子相遇，斥力大，位能急剧升高。 基于上述原因，位错在金属中运动的阻力远小于陶瓷，极易产 生滑移运动和塑性变形。陶瓷中，位错很难运动，几乎不发生 塑性变形。
扭转、弯曲、压缩、带缺口的静拉伸下材料力学性能-材料性能学-金属力学性能-课件-北京工业大学-02
（3）曲线的意义
图为某材料的缺口弯 曲曲线,它反映了缺口 试样变形和断裂的整 个过程。弹性变形区 Ⅰ、塑性变形区Ⅱ和 断裂区Ⅲ,则各区所占 面积分别为弹性功、 塑性工和断裂功。
三、材料缺口敏感性及其影响因素
缺口敏感度：抗拉强度σbN与等截面尺寸光滑试样的抗 拉强度σb的比值作为材料的缺口敏感性指标,并称为缺 口敏感度,用qe或NSR(Notch Sensitivity Ratio)表示。
2.压缩试验的特点及应用
（1）单向压缩的状态软性系数α=2。因此,压缩试验主 要用于脆性材料,以显示其在静拉伸时所不能反映的材料在 韧性状态下的力学行为.. （2）压缩与拉伸的受力方向不仅相反，且两种试验所得 的载荷⎯变形曲线、塑性及断裂形态也存在较大差别，特 别是压缩试验不能使塑性材料断裂。故塑性材料一般不采 用压缩方法检验。 （3）多向不等压缩试验的应力状态软性系数α>2。此方 法适用于脆性更大的材料，它可以反映此类材料的微小塑 性差异。
σ bN qe = σb
对脆性材料,qe永远小于1,高强度材料的qe一般小于 1。对缺口不太尖的塑性材料,拉伸时可能产生塑性变形, 此时qe总会大于1。缺口试样的拉伸塑性比光滑试样要 低。
第四节 材料的硬度
一． 硬度试验的意义
1.定义
硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能。硬度的物理意 义随试验方法的不同,其含义不同，至今尚无统一的表达方 式。 可以将其定义为“材料抵抗残余变形和破坏的能力”或 “材料抵抗弹性变形、塑性变形和破裂的能力”等。实际上， 材料的硬度是材料的微观结构，键合方式、键合强度、弹性 模量、屈服强度和加工硬化能力等一系列与力学性能有关因 素的综合表现。
计算公式： HB= F/=2 F/{πD[D—(D2—d2)1/2]} 布氏硬度值一般不标出单位。一般记为“数字+硬度符号 （HBS或HBW）+数字/数字/数字” 。第一组 数字表示硬度 值；当压头为淬火钢球时,用符号HBS表示,适用于布氏硬度 值低于450的材料；当压头为硬质合金球时，用符号HBW表 示，适用于布氏硬度值为450～650的材料；第二组数字表示 压头直径；第三组 数字表示载荷值；第四组 数字表示加载 保持时间。硬度值越高，表示材料越硬。 例如，280 HBS/3000/30，表示用直径为10mm 的淬火钢 球，在3000Kgf 的作用下30秒时的硬度值。当保持时间为 10～15秒时可不标注。
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出来的性能，包括强度、刚度、韧性等指标。
材料力学性能的好坏直接影响到材料在工程应用中的可靠性和安全性。
本文将介绍材料力学性能的相关概念和测试方法，并分析其对材料应用的影响。
一、强度强度是指材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
抗拉强度是指材料在拉伸力作用下，抗拉破坏的能力。
抗压强度是指材料在受压力作用下，抗压破坏的能力。
抗弯强度是指材料在受弯力作用下，抗弯曲破坏的能力。
强度的测试方法主要包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
材料的强度往往与其成分、结构和加工工艺有关。
例如，金属材料中添加合适的合金元素，可以提高其强度；陶瓷材料中控制晶粒尺寸和界面结合情况，可以提高其抗压强度；纤维增强复合材料中，纤维的分布和取向对抗弯强度有重要影响。
在工程设计中，需要根据具体应用情况选择合适的材料强度指标，并保证其符合设计要求，以确保结构的稳定性和安全性。
二、刚度刚度是指材料抵抗形变的能力，也可以理解为材料对外力作用下的变形程度。
常见的刚度指标包括弹性模量、切变模量等。
弹性模量是指材料在弹性变形范围内，单位应力下的应变，反映了材料的抗弹性变形能力。
刚度的测试方法主要包括拉伸试验、扭转试验等。
材料的刚度与其物理性质和结构密切相关。
高弹性模量的材料具有较高的刚度，其在受力下变形较小；而低弹性模量的材料具有较低的刚度，其在受力下变形较大。
在工程设计中，需要根据结构的刚度要求选择合适的材料，以确保结构的稳定性和正常运行。
三、韧性韧性是指材料抵抗断裂的能力，反映了材料在受力下的变形能力和吸能能力。
常见的韧性指标包括断裂韧性、冲击韧性等。
断裂韧性是指材料在断裂前所能吸收的能量。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷下，能够抵抗破坏的能力。
韧性的测试方法主要包括冲击试验、拉伸试验等。
材料的韧性与其断裂机制和微观结构有关。
例如，金属材料中的晶界和位错可以有效地阻止裂纹扩展，提高韧性；聚合物材料中的交联结构和链段运动可以吸收能量，提高韧性。
第五次课-《材料科学导论》第02章-材料的结构基础02-晶体学与晶体化学(原子规则排列)-2015-骆军
mullite
+L
mullite
alumina
+
1600 1400 0
+ crystobalite
mullite
20
40
60
80
100
alumina
crystobalite
Composition (wt% alumina)
图2.10.8 石英-氧化铝中间相相图
2015/4/24 19
3. 固溶体的结构（Structure of solid solution）
虽然固溶体仍保持溶剂的晶格类型，但与纯溶剂组元的晶体 结构相比，其结构还是发生了变化。 （1）晶格畸变
由于溶质与溶剂的原子半径不同，因而在溶质原子附近的局 部范围内形成一弹性应力场，造成晶格畸变(图2.10.3)。晶格 畸变程度可通过溶剂晶格常数的变化反映出来(图2.10.4)。
27
图2.10.11 拓扑密排相中的配位多面体
28
表2.10-1 固溶体与中间相的比较
类型 固溶体 中间相
单相固溶体位于相图 相图中的位置 位于相图中部 两侧，紧挨纯组元 晶体结构特点 结构与溶剂相同 成分特点 原子分布特点 性能特点 标记符号
2015/4/24
与形成中间相的元素 均不同 符合特定比例(或在 成分不符合特定比例， 可连续变化 这比例附近连续变化)
20
图2.10.9
AB型（NaCl）正常价化合物 的晶体结构
21
2. 电子化合物
（elctrides)
电子化合物是指按照一定价电子浓度的比值组成一定 晶格类型的化合物。 电子浓度是指化合物中每个原子平均所占有的价电子 数（e/a）表示。 当价电子浓度为3/2时，电子化合物具有体心立方晶格 ；价电子浓度达到7/4时，电子化合物具有密排六方晶格。 常见的电子化合物有：Fe-Al、Ni-Al等。 电子化合物的熔点和硬度都很高，但塑性较差，一般 是有色金属的强化相。
《无机材料物理性能》课后习题答案.doc
解:&) 4.909x10 《材料物理馅能》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。
F 4500 、—= ---------------- =995( MPa)A 4.524x1()2真应变勺=In上=In色=In 7 = 0.0816 1° A 2.42名义应力a = — = —- =917 (MP。
) —o名义应变 ^ = - = —-1=0.0851/。
A山计算结果町知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1- 5 —陶瓷含体积百分比为95%的A12O3(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Ei=380GPa,E2=84GPa,Vi=0.95,V2=0.05。
则有上限弹性模量=E}V{ +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GF Q)下限弹性模量曲=(4 +生尸=(性 + 些广=323.1(。
「。
)E] E2 380 84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 o(l-1.9P+O. 9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。
1-11 一圆柱形MO]晶体受轴向拉力F,若其临界抗剪强度弓为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：由题意得图示方向滑移系统的剪切强度可表示为:Feos 53。
T = -------- ；— x cos 600.00152〃r f xO.00152^- 2nFmin = ---------------- = 3.17 x 103 (N)m,n cos 53° X cos 60°此拉力下的法向应力为：(7 =317xI0_xcos60° = L12xl08(P€/) = 112(A/P6Z) 0.00152^/cos 60°0.0 应变蠕变曲线 =25.62 〜28.64GF“ 1-6试分别画出应力松弛利应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t 二0, t=g 和L 二T 时的纵 坐标表达式。
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硅锰系
硅铬系
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按表面形状
第2章 材料的物理力学性能
光面钢筋
变形钢筋
螺纹、人字纹
Page 4
月牙纹
2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按加工（钢筋）
第2章 材料的物理力学性能
HPB235 （Hot Rolled Plain Steel Bar）热轧光面钢筋 热轧钢筋 HRB335 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ） 热轧带肋钢筋 HRB400 （Hot Rolled Ribbed Steel Bar ）热轧带肋钢筋
极值点 临界点，σ=0.8fck 比例极限，σ=0.3fck~0.4fck
峰值应力后， 吸收试验机 的变形能， 测出下降段
10 a 5
O
0
2 4 6 8 10
d
破坏点
(10-3)
峰值应变0 ：一般0=0.0015～0.0025，取平均0 =0.002
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2.2 混凝土
不同强度等级的受压砼棱柱体 σ-ε关系
s=Ess y s,h
s,u s
s=Ess y s,h s,u s
有明显流幅的钢筋
无明显流幅的钢筋
Page 12
2.1 钢筋
2.1.3 钢筋的冷加工和热处理 冷拉
台阶；
第2章 材料的物理力学性能
未经时效前，一般没有明显的屈服 经时效后，提高了屈服强度并恢复
K’ K
Z’
钢丝
钢绞线：2、3或7根钢丝捻制而成 冷拔低碳钢丝：由低碳钢冷拔而成
按钢筋的应用范围
非预应力钢筋：HRB235，HRB335，HRB400，RRB400，及强度较低的 冷加工钢筋 预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋，及强度较高 的冷加工钢筋
Page 6
2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线
E
一次加卸载
多次重复加载
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2.2 混凝土
2.2.2 变形——弹性模量和变形模量
fcu,k f 1.645 f
Page 22
2.2 混凝土
2.2.1 强度——立方体抗压强度 立方体抗压强度的主要影响因素
实验方法
第2章 材料的物理力学性能
试件
不涂润滑剂
强度大于
涂润滑剂
试件尺寸：立方体尺寸愈小，试验测得的强度愈高（尺寸效应） 加载速度：加载速度越快，试验测得的强度越高 龄期：
承压板
第2章 材料的物理力学性能
《普通混凝土力学性能试验方法》：
边长150 mm的立方体标准试件，在标准条件下
试件
（20±3℃，≥90%湿度）养护28天，用标准试验
方法（加载速度0.15～0.3 N/mm2/sec，两端不涂
润滑剂）加压至破坏
立方体抗压强度与砼等级
以具有95%保证率的立方体抗压强度作为混凝土的强度等级，并以fcu,k表示。 如：C30表示该标号混凝土的 fcu,k=30 MPa （1 MPa=1 N/mm2 ）
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 强度指标的确定 强度
强 度 标 准 值
第2章 材料的物理力学性能
随机变量
根据统计资料，运用数理 统计方法确定的具有一定 保证率（钢筋为97.73%） 的统计特征值： 强度标准值=强度平均值2×均方差
概率 密度
强度 平均 值
强度 标准 值
材料强度
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 不同钢筋应力－应变关系的比较
第2章 材料的物理力学性能
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 应力-应变曲线的简化模型
s
fs,u fy fy
第2章 材料的物理力学性能
s
fs,u fy
s
s=Ess
y s,h s
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2.2 混凝土
立方体抗压强度 轴心抗压强度
第2章 材料的物理力学性能
强度
轴心抗拉强度 复合应力作用下的强度 一次短期加载时的应力-应变关系 受力变形 重复加载时的应力-应变关系 弹性模量和变形模量
变形
非受力变形
徐变
收缩 温度变形
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2.2 混凝土
2.2.1 强度——立方体抗压强度 立方体抗压强度试验
钢筋
RRB400 （Remained Heat Treatment Ribbed Steel Bar ） 余热处理带肋钢筋
冷加工钢筋：在常温下采用某种工艺对热轧钢筋进行加工 热处理钢筋：将HRB400、RRB400等钢筋通过加热、淬火、回火而成
HPB235 HRB335 HRB400 RRB400 低碳钢 I级 光面 8-20mm 6-50mm 6-50mm 8-40mm
BC段为屈服平台 下屈服点 CD段为强化段
比例极限
试件 强度指标：
拉
压
屈服强度fy——下屈服点对应的应力，作为设计强度的依据
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 无明显物理流限的钢筋
第2章 材料的物理力学性能
强度指标：
条件屈服强度σ0.2——取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋的强度 限值
2.1.6 钢筋的变形性能 延伸率
第2章 材料的物理力学性能
l1 l1 100% l1
延伸率越大，钢筋的塑性和变形能力越好
目前多采用均匀延伸率来反映钢筋的变形能力
L L0 b gt ( ) Lo Es
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2.1 钢筋
2.1.6 钢筋的变形性能 冷弯性能
第2章 材料的物理力学性能
热轧钢筋
有明显屈服点的钢筋 冷拉钢筋 热处理钢筋 无明显屈服点的钢筋 碳素钢丝
刻痕钢丝
冷拔低碳钢丝
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2.1 钢筋
2.1.2 钢筋的应力-应变曲线 有明显物理流限的钢筋
上屈服点 极值点
第2章 材料的物理力学性能
D 弹性极限 标距 B’ A’ A B C E
拉断
150 mm×150 mm×450 mm
fck fcu,k
fck 0.88c1c2 fcu,k
Page 24
2.2 混凝土
2.2.1 强度——轴心抗拉强度 直接测试（单位:mm）
第2章 材料的物理力学性能
100
150 500 150 100
间接测试——劈裂试验
F F
d
d
F
F
fts
Page 25
c
o
c
o
0=0.002
u=0.0038
0=0.002
u=0.0035
美国Hognestad模型
德国Rüsch模型
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2.2 混凝土
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系 砼单轴受压时的 σ-ε数学模型——中国规范
1 ( f cu,k 50) 60 当n 2时，取n 2 n 2
重复荷载作用下，钢筋的强度 < 静载作用下的强度
规定的应力幅度内，经一定次数的重复荷载后，
发生疲劳破坏的最大应力值称为疲劳强度 我国：对不同的应力比值ρ=σmin/ σmax，满足荷载
循环次数200万次的钢筋最大应力值
单根钢筋的轴拉疲劳
试验方法
钢筋埋入混凝土中重复受拉或受弯
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2.1 钢筋
第2章 材料的物理力学性能
弯心直径越小，弯过的角度越大，冷弯 性能越好，钢筋的塑性性能越好。
Page 19
2.1 钢筋
2.1.7 混凝土结构对钢筋性能的要求
第2章 材料的物理力学性能
强度 塑性 焊接性能
可靠的屈服强度和极限强度，抗震设 计时还要求有一定的屈强比 延伸率和冷弯性能 可焊性好
与砼的粘结 与砼具有良好的粘结
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系
强度等级越高，线弹性段越长，峰值应
变也有所增大
强度等级越高，破坏时脆性越显著，下
降段越陡
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2.2 混凝土
侧向变形受约束时的砼 σ-ε特点
c
第2章 材料的物理力学性能
2.2.2 变形——一次短期加载时的应力-应变关系
6 6.5 8 8.2 10 12低合金钢16 18 II级 22 25 28 32 36 40 50 （mm） 14 20 变形
低合金钢 低合金钢 III级 变形 变形
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按加工（钢丝）
第2章 材料的物理力学性能
碳素钢丝：高碳镇静钢通过多次冷拔、应力消除、矫正、回火处理而成 刻痕钢丝：在钢丝表面刻痕，以增强其与混凝土间的粘结力
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2.1 钢筋
2.1.1 钢筋的形式和品种 按化学成分
第2章 材料的物理力学性能
低碳钢（含碳量<0.25%）
碳素钢（铁、碳、硅、 锰、硫、磷等元素） 中碳钢（含碳量0.25～0.6%） 高碳钢（含碳量0.6～1.4%） 硅系 普通低合金钢（另加 硅、锰、钛、钒、铬 等） 硅钒系 硅钛系
约束失效
约束混凝土
非约束混凝土
c
o
当应力较小时，横向变形很小，约束作用不明显 当应力超过临界点应力时，约束效应使混凝土的强度和变形都得到很
大提高
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2.2 混凝土
砼单轴受压时的 σ-ε数学模型