2012-2013学年__材料力学性能复习提纲

《材料力学性能》期末复习提纲

一、材料在单向静拉伸载荷下的力学性能：

1. 画出低碳钢、高碳钢和铸铁拉伸时的应力—应变曲线，理解弹性变形和弹性极限、比例极限、屈

服极限（S σ和2.0σ）、塑性和应变硬化（加工硬化）等概念；低碳钢试样拉伸过程中颈缩现象出现在应力-应变图的哪一个阶段（最高点以后）？吕德斯带（L üders Band ）出现在哪一个阶段？（出现在屈服台阶上）材料种类对应力—应变曲线如何产生影响？

2. 衡量材料弹性、塑性、冲击断裂韧性和断裂韧度的指标有哪些？各自的影响因素有哪些？

3. 什么是弹性滞后现象？材料在弹性极限以下快速加栽和缓慢加栽有何不同？

4. 以下这种说法是否正确？

➢ 因为合金钢比低碳钢有更高的强度，所以合金钢的杨氏模量比低碳钢的大。

合金成分不会改变金属材料的杨氏模量；

➢ 材料的硬度与材料的强度成正比。

正确。

➢ 材料的屈强比越大，材料的强度储备越充分。

错误，屈强比越大，屈服极限与强度极限越接近，将造成应变硬化效应减弱，强度储备下降。 ➢ 在冲击试验中，塑性低的材料采用“V ”型缺口。

错误。（一般来讲, 高韧性材料(Akv 大于20J)的及有低温韧性要求的金属材料采用V 型；塑韧性中等的，采用U 型；塑韧性差的, 不开缺口）

➢ 材料的断裂韧性是材料的基本力学性能指标且K IC 对应的是撕裂型裂纹的断裂韧性。

错误。（K IC 是材料的基本力学性能指标且对应的是张开型裂纹的断裂韧性）

5. 举例简述零件失效的几种形式；（零件的失效形式：过量变形失效：过量弹性变形失效，过量塑性

变形失效，蠕变变形失效；断裂失效：韧性断裂失效（断裂前有明显塑性变形），低温脆断失效，疲劳断裂失效，蠕变断裂失效，介质和应力联合作用下的失效（应力腐蚀和氢脆等）；表面损伤失效：磨损失效，腐蚀失效，表面疲劳失效）。

6. 塑性变形过程中应力—应变关系与弹性变形过程中应力—应变关系有和不同（Holloman Relation

n

k εσ=）？ 如果材料变形过程中从弹性变形阶段进入塑性变形阶段，请在应力—应变关系图中简单画出两种理想化的弹塑性模型。塑性变形的本质是什么？

7. 什么是名义应力（公称应力）和真实应力？

8. 分析断口的特点，我们可以判断断裂的性质。请解释何谓脆性断裂和韧性断裂，穿晶断裂和沿晶

断裂，解理断裂属于哪一种断裂（脆断，穿晶断裂）？

9. 对静载拉伸实验，试根据体积不变条件及延伸率、断面收缩率的概念，推导均匀变形阶段材料的

延伸率 δ 与断面收缩率 ψ 的关系式。

10. 在原子平衡间距为 的理想晶体中，两原子间的作用力σ与原子相对位置的变化x 的关系为 λ

πσσx m 2sin = 。如晶体断裂的表面能为γ，弹性模量为E ，是推导晶体发生断裂的理论断裂强度σm 。 二、材料在其它静载荷下的力学性能

1. 应力状态的变化怎样使材料变脆？材料的韧脆性还受那些因素的影响（材料本身、温度、应变率、

应力状态）？

2. 有一个圆形截面的实心轴，分别画出该轴在扭转力矩的作用下，在弹性极限以下产生弹性变形和

进入屈服区以后产生部分塑性变形时截面上的应力和应变分布图（教材P 43，图2-6）。

3. 应力集中系数t k 是如何定义的（教材P 45, Eq （2-9），课件P 211）？是否与材料有关（K t 只与裂纹

的尺寸或缺口的形状有关，与材料没有关系）？在缺口处，薄板和厚板的应力状态有何不同（试分别画出缺口附近薄板和厚板的在弹性范围内的应力分布，P 45图2-10和图2-11）？（此题可以换一个方式：同样材料的薄板和厚板在相同名义应力的作用下，在缺口处哪一个韧性好或哪一个更容易产生破坏？为什么？）？（主要考点在于应力状态的不同引起应力状态软性系数的不同）

4. 比较低碳钢拉伸和压缩过程的应力—应变曲线（或者可以问：何谓材料的“包申格”效应？）。如

何从扭转断口的形貌判断材料的性质？（图2-7，P 43）

5. 硬度有哪三种表示方法（划痕硬度：Mohs ’ scale ；压痕硬度：indentation hardness ，布洛硬度；冲

击硬度：肖氏硬度）？什么叫做压痕相似原理（教材P 50，图2-19）？

三、金属在冲击载荷下的力学行为

1. 材料的低温脆性如何度量（冲击吸收功）？什么是材料的韧脆转变温度？如何定义（P 60，图3-6）？

在什么条件下材料先屈服后断裂？

2. 影响韧脆转变温度的因素有哪些？钢材中哪些钢种具有明显的韧脆转变温度（低强度钢或低碳钢、

具有bcc 结构的钢铁材料）？

3. 普通标准试样的冲击弯曲试验的数据是否能够反映厚钢板的低温脆性（不能，P 61）？

四、金属的断裂韧度（本章主要介绍断裂力学的有关内容）

1. 裂纹扩展有几种形式？什么是零件的低应力脆断？

2. 裂纹扩展的K 判据、G 判据和J 判据的意义是什么？

3. 简述K 、K IC 和K C 的区别，影响K IC 的因素有哪些？

4. 简述线性断裂力学和非线性断裂力学在处理裂纹扩展上的区别。

5. 试画出厚板裂纹附近塑性区的形状，并分析原因。如何根据断口形貌分析裂纹附近的应力状态？

6. 简述应力场强度因子K 同应力集中系数K t 的区别。用应力场强度因子表述裂纹扩展的条件。

（1） K t 只与裂纹的尺寸或缺口的形状有关，与材料无关系；

（2） 注意裂纹扩展条件中I K 和I G 是与载荷大小和裂纹尺寸有关的量，而IC K 和IC G 则只与

材料有关的量，是材料的力学性能指标之一；

7. P 92，16、17、18 计算

8. J 积分的主要优点是什么?为什么用这种方法测定低中强度材料的断裂韧性要比一般的K IC 测定方

法其试样尺寸要小很多？

五、金属的疲劳

六、高温力学性能

七、金属磨损和接触疲劳

1. 试述磨粒磨损产生的条件、机理及防治措施。

2. 简述比较粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损和微动磨损的形貌特征。