材料性能期中答案

1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus.

材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。

怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。

分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能）

化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等）

力学性能（刚度强度韧性等）

物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials

properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？）

答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图）

为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。

3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。

4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt)

材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。

屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。

理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？）

屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段，

21)

(a E c s γσ≈

屈服强度的工程意义

（1 )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。传统的强度设计：塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n ，安全系数n 一般取2或更大：脆性材料：以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n ，安全系数n 一般取6。

(2) 根据屈强比的大小，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的参考依据。

(3) 在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。

因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。

中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的抗力的极限应力值来表示。

6、What is Fracture toughness ? Is it dependent on crack size, shape as well as magnitude of applied stress ? How do we need to reduce the risk of low stress brittle fracture?（断裂韧性是什么？它是依赖于裂纹的大小，形状或施加应力的大小？我们需要减少低应力脆性断裂的风险时该怎么做？）

答：对于一个有裂纹的试样，在拉伸载荷作用下，Y 值是一定的，当外力逐渐增大，或裂纹长度逐渐扩展时，应力场强度因子也不断增大，当应力场强度因子KI 增大到某一值时：C C IC I a Y K K σ=≥就可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使材料产生分离，从而导致裂纹突然失稳扩展，即发生脆断。这个应力场强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用IC K 表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。 IC K 可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。而KI 是仅力学参量（外加应力、尺寸位置、裂纹类型）！ＫI 线弹性力学参量。 当KI>KIC 时，裂纹失稳扩展，发生脆断。 当KI ＝KIC 时，裂纹处于临界状态。

当KI

KI ——应力场强度因子，a Y K I σ=，故为了减少低应力脆性断裂的风险时可以减小σ或a 。 7、Why is Young ’s modulus a non-sensitive materials mechanical index to microstructure of materials? What is the most determinant for material ’s Young ’s modulus?（为什么非敏感材料的微观结构的力学指标是杨氏模量？材料的杨氏模量的决定因素是什么？）

答：本质是：反映了材料内部原子种类及其结合力的大小，组织不敏感的力系指标。

根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。

拉伸试验中得到的屈服极限бS 和强度极限бb ，反映了材料对力的作用的承受能力，而延伸率δ