2011-2012学年__材料力学性能复习提纲(有答案).

《材料力学性能》期末复习提纲（2012年12月）

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（和）、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（Lüders 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？

（1）主要目的是了解塑性材料和脆性材料静载单轴拉伸的区别，图1—1和图2—1

（2）弹性（弹性变形）：是一种可逆变形，当外力去除（卸载）后，所产生的变形可以自动恢

复，这种现象我们称之为弹性变形；

（3）弹性极限：弹性变形的最大极限应力（材料由弹性变形过度到弹—塑性变形时的应力）；

（4）比例极限：应力与应变成正比关系（直线关系）的最大应力；

（5）屈服极限：呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加或减小的情况下，仍能

继续伸长时的应力称为屈服点或屈服极限，用表示，对于没有明显屈服平台的材料，

经常用等来表示其屈服点或屈服极限；

（6）塑性（塑性变形）：是一种不可逆变形，当外力卸载后，所产生的总变形中有不能完全恢

复而产生（遗留、残留）的永久变形部分，这种现象我们称之为塑性变形；（7）应变硬化（加工硬化）：在屈服阶段，随着塑性变形的增大，变形抗力不断增大的现象（延

伸问题：需要应变强化的材料对于应变硬化曲线有何要求？）；

（8）应变速率、温度和材料种类对应力—应变曲线产生的影响：温度升高，材料变软（见教

材中图1-11和1-12）。

不同材料的影响，不同温度、不同应变速率的影响分别如下：

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？

（1）衡量材料弹性的指标：材料的弹性模量（也称材料的刚度或杨氏摸量），弹性极限和比例

极限；注意：它与零件或构件的刚度有区别，构件的刚度为弹性模量与横截面积之积；

材料的剪切弹性摸量和拉伸弹性模量统称为弹性模量，如果已知泊松比，它们之间可以

互换；

（2）衡量材料塑性的指标：屈服点或屈服极限σ或σ、应变硬化关系指数（Eq.(1-18)，P15）、S0.2

强度极限σ、断后伸长率δ和δ（Eq.(1-28)，P19）和断面收缩率（Eq.(1-29)，

P20）；（注b510

意：P20，根据δ与ψ的相对大小，可以判断金属材料拉伸时是否形成缩颈：如果δ

金属拉伸形成缩颈，且ψ与δ相差越大，缩颈现象越严重；如果δ

面收缩率数值较高时（δ,ψ=ψ<ψ，或δ>ψ，则金属材料不形成缩颈。P21，金属材料的塑性常与其强度性能有关，当材料的断后伸长率与断>10%~20%）时，则材料的塑性越高，其强度一般越低。同

样，屈强比也与其有关，通常材料的塑性越好，屈强比越小）。

（3）衡量材料冲击断裂韧性的指标：冲击吸收功，即材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形和

断裂功的能力（A—夏比U型缺口，A—夏比V型缺口），冲击吸收功随温度变化而KUKV

变化—韧脆转变温度（注意：大写的A或A表示材料的冲击吸收功，小写的aKU或aKVKUKV

表示材料的冲击韧性）。

（4）衡量材料断裂韧度的指标：弹性极限范围内或裂纹尖端存在小规模塑性屈服区时的断裂

韧度K（应力场强度因子和临界应力场强度因子，对应不同的裂纹扩展类型下标有所不C

同）和G（裂纹扩展能量释放率和临界裂纹扩展能量释放率，对应不同的裂纹扩展类型C

下标有所不同），弹塑性条件下的金属断裂韧度J（J积分和J积分的极限值）。CCC

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？

（1）材料在弹性区内加载和卸载时，由于形变落后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成

一个封闭的回线，这种现象称为弹性滞后，所形成的回线称为滞后环；

（2）形成原因：应力（载荷）速度快的原因，画图形Adiabatic process和Isothermal process；

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KIC对应的是撕裂型裂纹的断裂韧性。

错误。（KIC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

σ=kε）？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n

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）？