材料工程基础第一章部分讲解及课后答案
材料工程基础第一章答案
(1) τ时刻的流线方程； (2 ) τ = 0时在 (a , b , c )处流体质点的迹线。
为 u x = − ky , u y = k ( x − a τ ), u z = 0 , 其中 k 与 a 为常数，
dx dy = 解：（1） 由流线方程 ） − ky k ( x − aτ )
k (x − aτ )dx = −kydy ⇒ 1 2 ⇒ x + y 2 − aτx = C1 2
2 2
解：加速度的欧拉描述为：
ax =
ay =
∂u ∂u ∂u du x ∂u x = + u x x + u y x + u z x = 2τ + a ax + τ 2 + 0 + 0 = 2τ + a 2 x + aτ 2 dτ ∂τ ∂x ∂y ∂z
(
)
du y dτ
=
∂u y ∂τ
+ ux
∂u y ∂x
速 度 加速度
或
∂u x (a, b, c,τ ) ∂τ ∂ 2 x(a, b, c,τ ) = ∂τ 2
∂τ ∂ 2 y (a, b, c,τ ) = ∂τ 2 ∂u (a, b, c,τ ) a z (a, b, c,τ ) = z ∂τ ∂ 2 z (a, b, c,τ ) = ∂τ 2
a y (a, b, c,τ ) =
或
x = x(a, b, c,τ ) y = y (a, b, c,τ ) z = z (a, b, c,τ )
∂x(a, b, c,τ ) ∂τ ∂y (a, b, c,τ ) u y ( a , b, c , τ ) = ∂τ ∂z (a, b, c,τ ) u z (a, b, c,τ ) = ∂τ u x ( a , b, c , τ ) =
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
材料科学与工程基础习题答案 (1)
第一章 原子排列与晶体结构1.[110]， (111)， ABCABC…， 0.74 ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， a r 43= ；]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。
3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。
4. 解答：见图1－15.解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有： h+k-l=0,2h-l=0。
可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为ar 42=，故可求得a ＝0.4949×10-6mm 。
则（100）平面的面积S ＝a 2＝0.244926011×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数s n 1=＝4.08×1012。
第二章合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别 3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。
二、 问答1、 解答： α-Fe 为bcc 结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为0.291Ra ，即R ＝0.0361nm ，八面体间隙半径为0.154Ra ，即R ＝0.0191nm 。
氢，氮，碳，硼由于与α-Fe 的尺寸差别较大，在α-Fe 中形成间隙固溶体，固溶度很小。
材料工程基础(起华荣)
材料工程基础(起华荣部分)第一章液态金属的性质第二章金属的氧化、挥发和除渣精炼第三章吸气和脱气精炼第四章成分控制第五章单相合金的凝固第六章铸锭晶粒组织及其细化第七章铸锭常见缺陷分析1.液态金属的“短程有序、长程无序”结构特点体现在哪4个方面？答：（1）原子团（由十几到几百个原子组成）内，原子间仍然保持较强的结合力和原子排列的规律性，既短程有序；（2）原子团间的距离增大（产生空穴），结合力减小，原子团具有流动性质；（3）存在能量起伏和结构起伏；（4）随温度的提高，原子团尺寸减小、流动速度提高。
2.液态金属粘度概念及公式答：液体中流速不同的两个相邻液层间产生摩擦阻力，阻碍液体的流动，该内摩擦力是液体的基本物理特性之一，称为粘度。
公式：3、什么是液态金属的表面张力？答：液态金属和气体组成的体系中，由于表面层原子处于力不平衡状态，产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，该力总是力图使表面减小。
4、为什么熔点高的金属表面张力大？答：5、金属氧化的热力学判据是什么？答：△G0<0 ，△G0不仅是衡量标准状态下金属氧化趋势的判据，也是衡量标准状态下氧化物稳定性大小的一种尺度。
6、什么是氧势图？有何作用？答：氧化物的△G0-T关系图。
作用：标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量△G0，分解压Po2或氧化物的生成热△H0作判据。
通常△G0、Po2或△H0越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度越高。
7、金属氧化动力学的限制性环节怎么确定？答：当＞1时，生成的氧化膜一般是致密的，连续的，有保护性的，内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。
Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性；当＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。
限制性环节将由内扩散变为结晶化学反应。
碱金属及碱土金属（如Li、Mg、Ca）的氧化膜具有这种特性；当》1时，氧化物十分致密，但内应力很大，氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故该氧化膜是非保护性的。
工程材料习题1-9章答案
工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。
3、σ0.2屈服强度----试样产生0.2%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。
4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。
5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d 的压痕。
6、HRC洛氏硬度---是以120o 的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低。
7、σ﹣1（对称弯曲疲劳强度）---表示当应力循环对称时，光滑试样对称弯曲疲劳强度。
8、K1C （断裂韧性）---应力强度因子的临界值。
1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合？1、布氏硬度 适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件，不适用于太薄、太硬（﹥450HB）的材料。
2、洛氏硬度 适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度，适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件不适用于表面处理和化学热处理的工件。
3、维氏硬度 适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，不适用于退火和正火及整体淬火工件。
第二章.习题参考答案2-1、名词解释1、 晶体---指原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。
2、 2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。
3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。
4、多晶体---由多晶粒组成的晶体结构。
5、晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。
2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞，并分别计算起原子半径、配位数和致密度？1、空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之构成一个空间格子。
工程材料课后习题答案
⼯程材料课后习题答案参考答案第1章机械⼯程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在⼯作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产⽣什么作⽤？p4⼯程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在⼯作条件下可能受到⼒学负荷、热负荷或环境介质的作⽤。
有时只受到⼀种负荷作⽤，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作⽤。
在⼒学负荷作⽤条件下，零件将产⽣变形，甚⾄出现断裂；在热负荷作⽤下，将产⽣尺⼨和体积的改变，并产⽣热应⼒，同时随温度的升⾼，零件的承载能⼒下降；环境介质的作⽤主要表现为环境对零件表⾯造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作⽤。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所⽤材料的⼒学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加⼯与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理⽽优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加⼯⼯艺因素、材料因素和使⽤因素等确定的。
在结构因素和加⼯⼯艺因素正确合理的条件下，⼤多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它⼒学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的⽅式正确选择的材料的强度等⼒学性能判据指标来进⾏定量计算，以确定产品的结构和零件的尺⼨。
1.5常⽤机械⼯程材料按化学组成分为⼏个⼤类？各⾃的主要特征是什么？p17机械⼯程中使⽤的材料常按化学组成分为四⼤类：⾦属材料、⾼分⼦材料、陶瓷材料和复合材料。
提⽰：强度、塑性、化学稳定性、⾼温性能、电学、热学⽅⾯考虑回答。
1.7、常⽤哪⼏种硬度试验？如何选⽤P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速⽅便；●试验时⼀般不破坏成品零件，因⽽⽆需加⼯专门的试样，试验对象可以是各类⼯程材料和各种尺⼨的零件；●硬度作为⼀种综合的性能参量，与其它⼒学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度⽽免做复杂的拉伸实验（强韧性要求⾼时则例外）；●材料的硬度还与⼯艺性能之间有联系，如塑性加⼯性能、切削加⼯性能和焊接性能等，因⽽可作为评定材料⼯艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可⽤来检验原材料和控制冷、热加⼯质量。
材料工程基础部分讲解及课后答案
x x( ) y y( )
z z( )
速度
u
dr
u(r,
)
ux
ux (x,
y,
z, )
dx d
d
或
u(x( ), y( ), z( ), )
uy
uy (x,
y,
z, )
dy d
uz
uz (x,
y, z, )
dz d
加速度
a(x,
y,
z, )
du
u
u
dx
u
dy
u
dz
d x d y d z d
)
2z(a,b, c, 2
)
x x(a,b, c, )
y y(a,b, c, ) z z(a,b, c, )
ux
(a,
b, c,
)
x(a, b,
c,
)
uy
(a,b, c,
)
y(a,b, c,
)
uz
(a,b, c,
)
z(a,b, c,
)
• 欧拉描述
位置
r r (x( ), y( ), z( ), ) 或
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
分别积分得：
所以： x c11 2;
y c21 3
z c31
τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
所以： c1 a; c2 b; 质点的迹线方程为
c3 c
x a1 2 y b1 3 z c1
1 6 设流体运动的欧拉描述 为u x ky, u y kx a , uz 0, 其中k与a为常数，
材料工程基础第一章部分讲解及课后答案
x x( ) y y ( ) z z ( )
dx d dy u y u y ( x, y , z , ) d dz u z u z ( x, y , z , ) d u x u x ( x, y , z , )
速 度
dr u u ( r , ) d 或 u ( x( ), y ( ), z ( ), )
uy
u y y
uz
u y z
2 b 2 y b 2
duz u z u u u ux z u y z uz z 0 d x y z dx dy dz 由 u x ax 2 , u y by 2 , uz 0 d d d
d x y z du u u u u z z ux z u y z uz z 0 az d x y z
dx 2x ux ; 1 d
2
u y
ux
u y
uy
u y
uz
u y
6y 1 2
u
x
0; yz yz 2e 2 yz yz 2e 2 yz z; 2 yz y; 2
y z e 2e y z e e uz 2e
uy e
1-2设流体运动的欧拉描述为 ux ax , uy by , uz 0, 试求流体运 动加速度的欧拉描述和拉格朗日描述（a+b=0）
2 y (a, b, c, ) 2 u (a, b, c, ) a z ( a , b, c , ) z 2 z (a, b, c, ) 2
a y (a, b, c, )
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。
力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。
1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。
⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。
可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。
思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
①矿石准备
选矿 焙烧 烧结(球化) 不加添加剂的焙烧，也称煅烧： I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时 制得二氧化碳气体； II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分 解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔， 易于进一步加工生产氧化铝；
1.1 冶金工艺
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料 ①铁矿石 ②熔剂，用于除去SiO2CaOHgOAlO3。熔炼时，熔剂 和杂质生产密度较低的炉渣，浮于铁水表面 ③耐火材料。耐火度不低于1580℃的无机非金属材料 ④燃料。主要是焦炭，提供热量和还原剂
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料①铁矿石
1.2 钢铁冶炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异， ◆ 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中；
◆ 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留下
来。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
◆ 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加
入某
种反应剂使之形成某种难溶于金属
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼 以电磁热流体力学理论为基础，研究冶金过程和 材料制备的科学。它是借助电流、磁场所形成的 电磁力，对冶金（材料制备）过程中金属的表面 形态、流动、传质、化学反应、结晶等过程施加 影响，以便控制其变化或反应过程。
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。
力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。
1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。
⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。
可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。
思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。
材料工程基础第一章答案(1)
Re u1 D 3 0.2 6 105 2 103 6 1.0 10
不计阻力损失： 2 u12 p1 u2 p H1 H2 2 2g g 2g g
p p1 9 1 0.12 3 1 0 2g g 2 g d 02 g d0
ReA u A DA
2 0.15 3 2000 0.1 u D 4.5 0.15 ReB B B 6.75 2000 0.1
所以均为层流：
A B 2
取B点为基准点，由题，满足伯努利方程，忽略阻力损失，有：
2 2 pA 1u A pB 2u B ZA ZB g 2g g 2g
uB 1m / s
取A点所在的面为基准面，则有ZB 1m，将值代入以上两式中：
uB AB 1 0.42 uA 4m / s AA 0.22
2 2 70 103 40 103 42 12 pA pB uA uB (0 1) 3.82m 0 (Z A Z B ) 1000 9.8 2 9.8 g 2g
解： 假设水由A流向B,且为紊流，根据伯努力方程有： 2 2 pA 1u A pB 2u B ZA ZB h1A B g 2g g 2g
1 2 1
由连续性方程有：
u A AA uB AB
PB 40kN / m2
2 由题： PA 70kN / m
2
2 (v2 v12 )
3
2 Pp v 2 对p-p面与3-3面，取3-3面中心线 P v p 3 3 H H p 3 为基准面有： g 2g g 2g
工程材料基础知识 课后习题答案
第一章工程材料基础知识参考答案1．金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。
强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力（即应力σ，单位为Mpa）表示。
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。
金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。
常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号αk表示。
疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。
疲劳强度用σ–1表示，单位为MPa。
2．对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。
硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
3．比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：（1）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。
实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F 的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。
材料工程基础周勇敏第一章习题
数可按照
0.02 d 0.3
计算，若要求管道阻力损失不大于3.96m，则管道直径应不小于多少？
【解】
由流量公式：Q Av= d 2v 4
可得：v=
4Q d2
而：hl
hf
hm
l d
v2 2g
v2 2g
且：
=
0.02 d 0.3
4Q 2 4Q 2
因此：hl
0.02 d 0.3
44
Re = vd = 6.79 0.075 =5.06105
1.007 10-6
= 0.3164 = 0.3164 =0.012
Re0.25 (5.06 105 )0.25
(0
h
0)
(0
0
v22 2g
)
hl ,1 2
若不考虑沿程阻力，则：
h
v22 2g
hl ,1 2
【解】
p1' 0.52106 Pa 520kPa
p1 p1' pa 520 101 621kPa
p2 p1
101 0.1626 621
cr
当采用收缩喷嘴时，出口只能达到音速，
出口压强由临界压强对应的压强比计算得到
p2* cr p1 0.528 621 327.89(kPa) 出口密度：
4 Q1+Q2 =Q
4
2
=0.11(
d2
)0.25
=0.11
(
0.125 300
)0.25
=0.0157
v1=0.7546(m/s),v2 =0.8914(m/s)
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。
力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。
1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。
⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。
可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。
思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。
力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。
1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。
⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。
可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。
思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。
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dx ky
k
dy
x a
kx a dx kydy
1 kx2 kax 1 ky2 C
1 2
x2 y2
2
ax C1
2
（2） 由迹线方程定义可写出
dx
d
ux
k y;
dy
d
uy
kx
a
;
1 2
对（2）式求二阶导数
d2y
d 2
k
dx
d
a
dx ky d
又因
dz
d uz 0
Z1
2 gZ2 1g
13.6103 9.8 0.05 1000 9.8
0.68m
20
习题
1-116.3 水管上安装一复式水银测压计，如图 1.3 所示。问 p1, p2, p3, p4 哪个最大？哪个最小？ 那些相等？为什么？
解：由流体静压强分布规律及等压面的关系得 ： h4
h1
对与等压面B-B，pB p1 汞gh2 p2 水 gh2
所题以中：， p1 最小， p2 和 p3 相等，而 p4 最大。
21
习题
1-117.4 封闭水箱各测压管的液面高程为：1 100cm,2 20cm,4 60cm ，问 3 为多少？
解：由流体静压强分布规律及等压面的关系得 ：
p p0 gh
p3 p0 水 g(1 3 )
p3 p0 水银 g(2 3 )
uz
uy z
6y
1 2
az
duz d
uz
ux
uz x
uy
uz y
uz
uz z
0
分别对速度的欧拉描述进行积分得：
因：
dx d
ux
2x
1
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
所以： x c11 2;
y c21 3
z c31
（2）由题意得： τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
材料工程基础第一章部分讲解及课后答案
1
• 拉格朗日描述
位 置 r r (a,b, c, ) 或
速 度 u u(a,b, c, ) 或
加速度
ax
(a,b, c,
)
ux
(a, b,
c,
)
2x(a,b, c, 2
)
ay
(a, b,
c,
)
u y
(a, b,
c,
)
2 y(a,b, c, ) 2
解：（1） 根据散度和旋度的定义，可得：
divu
•u
ux
u y
uz
2
3
1
6
x y z 1 1 1 1
i jk
rot u u
x
y
z
uz y
uy z
i
ux z
uz x
j
u y x
ux y
k 0
ux uy uz
（2） 由连续性方程得，当流体不可压时应满足： u 0
又因
u
6
0
1
位置
r r (x( ), y( ), z( ), ) 或
x x( ) y y( )
z z( )
速度
u
dr
u(r,
)
ux
ux (x,
y,
z, )
dx d
d
或
u(x( ), y( ), z( ), )
uy
uy (x,
y,
z, )
dy d
uz
uz (x,
y, z, )
dz d
加速度
a(x,
y
c2eb
2
b
2 b2
2 b3 ;
当 0时刻，x a, y b, z c 代入上式得：
z c3
c1
a
2 a3
c2
b
2 b3
又因：a b 0
c3 c
x
（a
2 a3
）e
a
2 a
2 a2
2 a3
;
y （ a
2 ）ea
2
2
2;
a3
a a2 a3
zc
所以：流体运动加速度的拉格朗日描述为
解：速度的拉格朗日描述
u u u x 0; y e b c e b c ; z e b c e b c ;
x
y
2
2 z 2
2
由已知条件得： a x;
bc
y e
z
;
bc
yz e
代入上式得速度的欧拉描述：
u x 0;
u e y
yz 2e
e
yz 2e
yz 2
yz 2
z;
x
y
z
dx d
ux
x2 ;
dy d
uy
y 2;
dz d
uz
xz
积分得： x
2
2
c1;
3
y c2e 3 ;
2
z c3e
代入已知条件τ=1时刻，质点p的坐标为（1，3，2）
求得：c1 3;
-1
c2 3e 3 ;
c2 2e2;
求得：
x
2
2
3
y
3e
1 3
(
3
1)
z
2e2
1
1
所以，流体运动的速度的拉格朗日描述为
az
(a,b, c,
)
uz
(a,b, c,
)
2z(a,b, c, 2
)
x x(a,b, c, )
y y(a,b, c, ) z z(a,b, c, )
ux
(a,
b, c,
)
x(a, b,
c,
)
uy
(a,b, c,
)
y(a,b, c,
)
uz
(a,b, c,
)
z(a,b, c,
)
• 欧拉描述
du 0 1 dy 1103 0 1000 1/ s F mg sin 59.8 5 18.84N
13 F 18.84 0.10Pa / s
A du 0.18 (1000) dy
1-11 图示为一水平方向运动的木板，其速度为1m/s。平板如在油面上， 10mm ，油的 0.09807Pa s 。求作用在平板单位面积上的阻力。
所以： c1 a; c2 b; 质点的迹线方程为
c3 c
x a1 2 y b1 3 z c1
1 6 设流体运动的欧拉描述 为u x ky, u y kx a , uz 0, 其中k与a为常数，
求 1 时刻的流线方程；
2 0时在a,b, c处流体质点的迹线。
解：（1） 由流线方程
解：
1-12 试确定下列各流场是否满足不可压缩流体的连续条件：
解：由流体的连续性方程 d divu 0得，当流体不可压缩
时，
d
divu 0 即：ux uy uz 0
x y z
（1）
ux x2 y2 uy 2xy uz 0
所以：divu ux uy uz 2x 2x 0 0 x y z
通过x 1, y 1的迹线。
解：（1） 由流线方程
dx dy , 对此积分可得 x y
nx ny C x y ec C
代入过空间点1，1得：1 1 C C 1 2
则通过空间点 1，1的流线为：x y 1 2
（2） 由迹线方程 dx x , dy y , dz 0 对此积分可得
满足不可压缩的条件
（2）
ux y2 z2 uy z2 x2 uz x2 y2
所以：divu ux uy uz 0 0 0 0 x y z
满足不可压缩的条件
1-13 试确定下列各流场是否满足不可压缩流体的连续条件：
（3） 由题有
ux k(2x y), uy 2ky, uz 0
y,
z, )
du
u
u
dx
u
dy
u
dz
d x d y d z d
u u u u
u
ux x uy
(u • )u
y
uz
z
——哈密顿算子；
i
j
k
x y z
1-1流体质点的位置用x
a,
y
e
b
c 2
e
bc 2
,z
e
bc 2
e
b
c 2
, 表示，求其速
度的拉格朗日描述与欧拉描述。
dx 2x
dy 3y
dz z
1 1 1
1
1
1
即x 2 1 y3
c1;
x z
2
c2 ;
y3 z
c3;
质点的迹线方程为：
因：
dx d
ux
2x
1
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
分别积分得：
所以： x c11 2;
y c21 3
z c31
τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
3
d2y
d 2
k 2 y
ka
二阶线性非齐次 常微分方程
1
2
所以，求得其通解为
y
C1
cosk
C2
sin
k
a k
代入（1）式得：
dx
d
ux
ky