《材料性能学》第三章作业参考答案
材料力学第3版习题答案
材料力学第3版习题答案第一章：应力分析1. 某材料在单轴拉伸下的应力-应变曲线显示，当应力达到200 MPa 时，材料发生屈服。
若材料在该应力水平下继续加载，其应力将不再增加，但应变继续增加。
请解释这一现象，并说明材料的屈服强度是多少？答案：这种现象表明材料进入了塑性变形阶段。
在单轴拉伸试验中，当应力达到材料的屈服强度时，材料的晶格结构开始发生滑移，导致材料的变形不再需要额外的应力增加。
因此，即使继续加载，应力保持不变，但应变会因为材料内部结构的重新排列而继续增加。
在本例中，材料的屈服强度是200 MPa。
第二章：材料的弹性行为2. 弹性模量是描述材料弹性行为的重要参数。
若一块材料的弹性模量为210 GPa，当施加的应力为30 MPa时，其应变是多少？答案：弹性模量（E）与应力（σ）和应变（ε）之间的关系由胡克定律描述，即σ = Eε。
要计算应变，我们可以使用公式ε =σ/E。
将给定的数值代入，得到ε = 30 MPa / 210 GPa =1.43×10^-4。
第三章：材料的塑性行为3. 塑性变形是指材料在达到屈服点后发生的永久变形。
如果一块材料在单轴拉伸试验中，其屈服应力为150 MPa，当应力超过这个值时，材料将发生塑性变形。
请解释塑性变形与弹性变形的区别。
答案：塑性变形与弹性变形的主要区别在于材料在去除外力后是否能够恢复原状。
弹性变形是指材料在应力作用下发生的形状改变，在应力移除后能够完全恢复到原始状态，不留下永久变形。
而塑性变形是指材料在应力超过屈服点后发生的不可逆的永久变形，即使应力被移除，材料的形状也不会恢复到原始状态。
第四章：断裂力学4. 断裂韧性是衡量材料抵抗裂纹扩展的能力。
如果一块材料的断裂韧性为50 MPa√m，试样的尺寸为100 mm×100 mm×50 mm，试样中存在一个长度为10 mm的初始裂纹。
请计算在单轴拉伸下，材料达到断裂的临界应力。
工程材料第三章作业参考答案.docx
1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。
答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。
过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。
过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。
残余奥氏体：即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A5或/表示。
奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。
实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。
本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。
2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？答：过冷奥氏体在Al~ 550°C间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。
根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。
⑴珠光体：形成温度为Al-650°C,片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。
⑵ 索氏体：形成温度为650-600°C, 片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S表不。
⑶屈氏体：形成温度为600-550°C,片层极薄，电镜下可辨，用符号T表示。
珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。
过冷奥氏体在550°C- 230°C (Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表不。
根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。
《材料性能学》习题答案
（1）Al 为 fcc 结构，单晶体有三阶段：易滑移。线性硬化、抛物线硬化； （2）Mg 为 hcp 结构，只有三个基面滑移系，曲线上只有易滑移阶段； （3）工业纯铁：有明显的屈服现象，随后是应变硬化和颈缩。模量和强度比 Al、Mg 高， 但塑性略差于 Al； （4）T8 钢为高碳钢，无屈服，与工业纯铁相比， b 高，但 % 低； （5）过共晶白口铸铁，非常脆，几乎无宏观塑性，为低应力脆断， b 不高。 2.19 解：
（2）再根据经典强度设计条件来选取[ ]< 0.2 的状态，根据许用应力条件[ ]= 0.2 /1.4， 求出五种状态下的许用应力为： ①785.7；②857.1；③928.6；④1000；⑤1071.4 可见除状态①以外的其他状态，均能满足经典强度设计要求，综合两种设计准则，只 有热处理状态②同时满足。 3.16 解： 根据题意，可将裂纹简化为无限大平板穿透裂纹，则有： K I
P 2000 526.4MPa A (2.2 103 ) 2 4
l l0 258.3 0.256 ； 200
真应变： e ln( ) ln （3）工程应力：
P 2000 407.6MPa A0 (2.5 103 ) 2 4
l 258.3 200 0.292 l0 200
1.16 解： （1）40CrNiMo 调质钢：拉伸试验，该钢为中碳合金结构钢，且为调质处理状态，有一定强 度和塑性的配合，可由单向拉伸试验的 或 来表征塑性； （2）20Cr 渗碳淬火钢：拉伸、扭转、弯曲，该钢本身为低碳合金钢，有较好的塑性。经渗 碳后， 表面为高碳处于外硬内韧状态， 若需要确定整体塑性， 可采用拉伸试验的 或
da
3
a2
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 。
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。
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 =+=+=--下限弹性模量解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 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。
如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
材料性能学第三章 材料的冲击韧性及低温脆性
第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性
图3-2 U型缺口试样尺寸及加工要求 图3-3 V型缺口试样尺寸及加工要求
测定冲击吸收功时，陶瓷、铸铁或工具钢 等脆性材料无需开缺口。
10mm×l0mm×5
第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性
2、多次冲击试验
多次冲击试验的规律 当试样破坏前,承受的冲击次数少于500～1000
二、冲击韧性及其工程意义
第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性
1．一次冲击
⑵ 测定材料的韧脆性转变温度。 根据系列冲击试验(低温冲击试验)可获得AK与温
度的关系曲线，据此确定材料的韧脆转变温度，以 供选材参考或抗脆断设计。
⑶ 对σs（屈服强度）大致相同的材料，根据AK值 可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。
钢的脆性转变温度
实验温度（℃）
第二节 低温脆性
一、系列冲击实验与低温脆性
系列冲击实验证明：体心立方或某些密排六方的晶 体金属及合金，尤其是工程上常用的中、低强度结构钢， 当试验温度低于某一温度tk（韧脆转变温度）时，材料 由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂 机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为 结晶状，这就是低温脆性。
温度 不同材料的冷脆倾向
转变温度tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。面心立方金属及 合金一般没有低温脆性现象，但在20-42K极低温度下奥氏体钢
及铝合金有冷脆性。高强度钢及超高强度钢在很宽温度范围内冲 击吸收功均较低，故韧脆转变不明显。
一、系列冲击实验与低温脆性
第二节 低温脆性
从宏观角度分析，材料低温跪
Titanic
20
❖由于早年的Titanic 号采用了含 硫高的钢板，韧性很差，特别是 在低温呈脆性。所以，冲击试样 是典型的脆性断口。近代船用钢 板的冲击试样则具有相当好的韧 性。
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 。
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。
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 =+=+=--下限弹性模量解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 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。
如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
付华-材料性能学-部分习题答案解析
第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0(1—1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。
《材料性能学》课后答案
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。
三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。
包辛格效应可以用位错理论解释。
第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。
材料性能与测试-第3章材料的冲击韧性和低温脆性
低温脆性的危害
❖ 发生脆变时，裂纹的扩展速度可高达1000~3000m/s，无法加以 阻止，无任何征兆。
❖ 1938 年和1940 年, 在比利时的哈塞尔特城和海伦赛贝斯城先后 发生了两次钢桥坍塌事故。经研究，这些事故正是材料的冷脆 造成的。
§3.2 低温脆性
❖ 定义：体心立方或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的 中、低强度结构钢，在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆 性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性 §3.4 影响韧脆转变温度的因素
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点
冲击载荷和静载荷的区别
加载速率的不同
加载速率：载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加
的数值表示。
形变速率可间接反应加载速率的变化。
口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
屈服强度/MPa
840
700 W
560 Mo
420 Байду номын сангаасe
280
140 Ni
几类不同冷脆倾向的材料
0 200 400 600 800 1000
温度/℃
❖ 测量不同温度下冲击韧性aK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。tk称为韧脆转
变温度或冷脆转变温度，是安全性指标之一。
(3) FTE(fracture transition elastic)：低阶能和高阶能平均值对应的温度。
➢ 冲击弯曲试验，冲击吸收功-温度曲线 Ak急剧减小；
(4) 以Akv为 20.3 N·m对应的温度作为韧脆转变温度，记为 V15TT。
材料物理性能(第三章-材料的热学性能).答案
1．温度（temperature）
a. 在温度不太高的范围内，主要是声子传导 。 b. 热容C在低温下与T3成正比，所以λ也近似与T3成正 比。
c. 声子平均自由程 l 随温度升
高而降低。实验表明，低温下l 值
的上限为晶粒的线度，高温下l 值
的下限为晶格间距。
d. 例如Al2O3在低温40k处，λ值
式中第一项为常数，第二项为零，则
式中， 则，
；
；如果只考虑上式的前两项，
即点阵能曲线是抛物线。原子间的引力为：
式中β是微观弹性系数，为线性简谐振动，平衡位置仍在
r0处，上式只适用于热容CV的分析。
但对于热膨胀问题，如果还只考虑前两项，就会
得出所有固体物质均无热膨胀。因此必须再考虑第三
项。此时点阵能曲线为三次抛物线，即固体的热振动 是非线性振动。用波尔兹曼统计法，可算出平均位移 （average displacement）。
如图3.1，其中声频支最大频率：
第一节 材料的热容
热容是物体温度升高1K所需要增加的能量。
（J/K）
显然，质量不同热容不同，温度不同热容也不同。比
热容单位— 另外，平均热容 , 摩尔热容单位— ， 。
范围愈大，精
度愈差。 恒压热容
恒容热容
式中：Q＝热量，E＝内能，H＝热焓。由于恒压加 热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以 根据热力学第二定律可以导出：
后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就 是热运动能量的增大。升高单位温度时能量的增量也就是 热容的定义。所以热膨胀系数显然与热容密切相关并有着 相似的规律。见图3.8。
第三节 材料的热传导
一、固体材料热传导的宏观规律
当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热 端自动地传向冷端，这个现象称为热传导。
材料性能作业2013.11
th
E a
第三章 作业
2.熔融石英玻璃的性能参数为：E=73GPa，γ=1.56J/m2，理论强 度σth=28GPa。如材料中存在最大长度为2μm的内裂，且此内裂 垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。
解： E=73GPa，γ=1.56J/m2，C= 1 μm = 1×10-6m。
第三章 作业
4.一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口， 如图3-39所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KIC值，设极限荷载 达50kg。计算此材料的断裂表面能。
解：因为S/W=4，所以几何形状因子为：
Y 1.93 3.07C / W 14.5(C / W ) 2 25.07(C / W ) 3 25.8(C / W ) 4
P287
在这里，C=1mm，W=10mm，从而可求得K1C =1.63 MPa)
K IC 2 E 1 2
= (1－ 2 )K21C / E=3.29J/m2
在这里，C=1mm=1×10-6m，σC=50×9.8/10/10=？MPa 再由来自K IC Y c C
2 E 1 2
K1C =0.676 MPa) = (1－ 2 )K21C / E=0.0056J/m2
• 据Griffith微裂纹理论： σc= ( s E / 4c )1/2 =0.168Pa σc= ( 2s E / c )1/2 = 0.27GPa • 强度折减系数： k=σc/σth =0.168 /28 =0.6 % k=σc/σth =0.27 /28 =0.96 %
C
2 E π C
第三章 作业
8.含有一条贯穿厚度的表面裂纹的氧化钇稳定ZrO2的切口梁在 四点弯曲方式(型)下破坏。梁的高度为10mm。断裂应力为 100MPa。临界裂纹尺寸(c)为1mm。ZrO2的弹性模量和泊松比
材料性能学作业及答案
本学期材料性能学作业及答案第一次作业P36-37第一章1名词解释4、决定金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为：F/N 6000 8000 10000 12000 14000ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。
解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2σ1= 305.5768，ε1=0.0200，σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，σ3= 509.2946，ε3=0.0900，σ4= 611.1536，ε4=0.1500，σ5= 713.0125，ε5=0.2300，又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得：e1=0.0199，S1=311.6883，e2=0.0489，S2=427.8075，e3=0.0864，S3=555.1311，e4=0.1402，S4=702.8266，e5=0.2076，S5=877.0053，又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。
11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。
材料化学课后题答案第三章
第三章 材料的性能 1.用固体能带理论说明什么是导体，半导体，绝缘体？ 答：固体的导电性能由其能带结构决定。
对一价金属（如Na ），价带是未满带，故能导电。
对二价金属（如Mg ），价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电。
绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。
禁带宽度较小时（0.1—3eV ）呈现半导体性质，禁带宽度较大（＞5eV ）则为绝缘体。
答案或者是： 满带：充满电子的能带 空带：部分充满或全空的能带 价带：价电子填充的能带 禁带：导带及满带之间的空隙 （其中，空带和价带是 导带） 导体：价带未满，或价带全满但禁带宽度为零，此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间的跃迁。
半导体：价带全满，禁带宽度在0.1-3eV 之间，此时，电子可以通过吸收能量而实现跃迁。
绝缘体：价带全满，禁带宽度大于5eV ，此时，电子很难通过吸收能量而实现跃迁 2、 有一根长为5 m ，直径为3mm 的铝线，已知铝的弹性模量为70Gpa ，求在200N 的拉力作用下，此线的总长度。
= 5.002 m 3.试解释为何铝材不易生锈，而铁则较易生锈？ 答:锈蚀机理不同，前者为化学腐蚀，后者为电化学腐蚀铝是一种较活泼的金属，但因为在空气中能很快生成致密的氧化铝薄膜，所以在空气中是非常稳定的。
铁与空气中的水蒸气，酸性气体接触，与自身的氧化物之间形成了腐蚀电池，遭到了电化学腐蚀，所以容易生锈。
4.为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？答：因为普通的无机玻璃主要含二氧化硅，二氧化硅是一种酸性的氧化物，在碱液中将会被溶解或侵蚀，其反应为：SiO2+2NaOH →Na2SiO3+H2O5.何种结构的材料具有高硬度？如何提高金属材料的硬度？答：由共价键结合的材料具有很高的硬度，这是因为共价键的强度较高。
无机非金属材料由离子键和共价键构成，这两种键的强度均较高，所以一般都有较高硬度，特别是当含有价态较高而半径较小的离子时，所形成的离子键强度较0/F A σ= (H E σε=00()/l l lε=-()/l l l ε=-高(因静电引力较大)，故材料的硬度较高。
《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1-6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：Voigt 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。
如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
精品 课后习题及参考答案-材料性能学课后习题与解答
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○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3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：○1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。
○2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。
○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。
对金属、陶瓷类材料的E没有影响。
2020年材料化学第三章习题与答案
材料化学第三章习题与答案1．用固体能带理论说明什么是导体、半导体和绝缘体？答：按固体能带理论，金属晶体中含有不同的能带（如下图所示）：已充满电子的能带叫做满带，其中的电子无法自由流动、跃迁；价电子充满的能带称为价带（VB），对于一价金属，价带是未满带，对于二价金属，价带是满带；在此之上，是能量较高的能带，又称为空带，可以是部分充填电子或全空的；空带在获得电子后可参与导电过程，又称为导带（CB）。
对于半导体和绝缘体，在导带与禁带之间还隔有一段空隙，称为禁带。
据禁带宽度和能带中电子填充状况，可把物质分为导体、半导体和绝缘体：导体：价带是未满带，或价带与导带重叠，禁带宽度为0，因而可导电。
半导体：价带是满带，禁带宽度较小，为0.1~3eV之间.绝缘体:禁带宽度较大,>5eV;2.有一根长为5m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N的拉力作用下，此线的总长度。
解：设此时线的总长度为l,22-6-62据已知条件：l=5m,F=200N，A0=πR=3.14×3×10/4=7.1×10mE=70GPa;又据应力公式F/A0，应变公式(ll0)/l0和虎克定律：E，有： 1GPa=109Pa=1×109N/m2lxx7.1106701095=5.002m3.解释为何铝材不生锈，而铁则较易生锈。
答：铝在空气中可形成致密的氧化物膜，阻止了氧对铝金属的进一步氧化腐蚀。
铁在空气中会与空气中的氧在表面形成松散形的氧化物膜，不能阻止氧对铁金属的进一步腐蚀。
4为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？答：因为玻璃活塞的主要成份为酸式氧化物SiO2,其耐酸不耐碱。
同时玻璃活塞的腐蚀会导致接触部位粘结甚至损坏。
5何种结构的材料具有较高的硬度？如何提高金属材料的硬度？答：以共价键结合的材料硬度高,如金刚石；其次，无机非金属材料也有较高硬度。
金属材料形成固溶体或合金时,材料硬度会显著提高，因此可在金属材料中加入其它金属或非金属元素填形成固溶体，以提高金属材料的强度。
(完整word版)《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1-6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。
如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
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考虑裂尖应力松弛后的实际塑性区尺寸大小为 R
2)
c
K IC 65 ＝826.8（MPa）,仍然无需小塑性校正。 a 3.14 2 103
17. 最大设计应力为 2100x70%=1470(MPa), 裂纹长度需要考虑屈服校正。裂纹的形状因子
Y 1.12
起落架较厚，构件处于平面应变状态。
13. 依据题意， 可以采用无限大板穿透裂纹分析 （平面应变） 。 因为应力比 无需进行小范围屈服校正。 1）应力强度因子为 K I
600 0.5 ， 0.2 1500
a 600 3.14 2 103 47.2 (MPa.m1/2)
1 KI 1 47.2 0.113(mm) 2 2 0.2 2 2 1500
*
2
1.1 a K
2 0
2 a2 sin cos 2 2 c
1/ 2
d ，依意，a=c, 因此
2
，
1）不考虑小范围屈服时，
K
1.1 a 2 1.1 700 12.5 103 130.4 (MPa) 3.14
第三章作业参考答案
1. 根据双原子模型发展的断裂强度理论模型为：
E m s a0
1/ 2
2 1011 2 ＝ 10 2.5 10
1/ 2
4 1010 （Pa）=40(GPa)
计算时量纲要一致。 3. 韧性断裂是指断裂前有明显塑性变形的一种断裂模式，断裂强度高于材料的屈服强度。 宏观上断口灰暗呈纤维状。 微观上韧性断裂必然包括微观裂纹的稳态生长过程， 主要包括微 孔聚集生长，也可能包括解理方式生长。 4. 金属材料的脆性断裂是指断裂前无明显塑性变形的一种断裂方式，一旦材料中萌生裂纹 即迅速发生失稳扩展，宏观上断口光亮呈结晶状。微观上主要以解理台阶和河流花样为主， 也包括一些沿晶断裂方式。 5. 低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结 果。材料的屈服强度s 随温度下降升高较快，但材料 的断裂强度f 却随温度的变化较小，因为热激活对裂 纹扩展的力学条件没有显著作用。屈服强度s 和断裂 强度f 两条曲线相交于一点， 交点对应的温度即为 TK。 因为晶体金属材料的屈服强度主要与位错阻力有关。 位错阻力来源于点阵摩擦阻力和位错间的交互作用 力。前者对温度非常敏感，而后者对温度的敏感程度 较弱。因此金属中位错运动主要来自 P-N 力时，如 BCC 金属，其低温脆性现象突出；而金 属中滑移体系多，位错运动阻力主要来自林位错时，如 FCC 金属，则其低温脆性现象不太 突出。 10. 根据测试结果，作图如下，从图 中可知： 2） 韧－脆转变温度 FTE=10oC; 3) 该 材 料 在 -10oC 时 的 冲 击 功 约 为 12J， 基本满足设计安全要求，安全 裕度约 20％。
11. 固体材料裂纹尖端的应力强度因子与外加应力大小、是压过形状、裂纹位置和尺寸密切 相关，即 K I Y a 。假设为中心穿透裂纹，则其中的 a 为裂纹的半长；当为边裂纹时， 则为裂纹全长。 1）设为中心穿透裂纹， 裂纹全长 No.1 No.2 4a a 外加应力 2 应力强度因子 KI
K I Y 2a K I Y 2 a / 2 Y 2a
裂纹尖端的应力强度因子相等。因此裂尖的引力场分布相同。 2）设为边裂纹 裂纹全长 No.1 No.2 4a a 外加应力 2 应力强度因子 KI
K I Y 4a K I Y 2 a
裂纹尖端的应力强度因子相等。因此裂尖的引力场分布相同。
K
Y a 1 0.056Y S
2
1.12 3.14 2.5 103 1470 1 0.056 1.12 0.49
273.4 （MPa.m1/2）
该值远高于材料的断裂韧度，设计十分危险。 18. 圆盘状深埋裂纹尖端的应力强度因子表达式见书中附表。
*
2) 测试获得的准断裂韧度 K IC 是否有效，必须满足 B, a, (W-a)要求的条件
K* 试样厚度 B 2.5 IC (＝35(mm)) 0.2
要求试样的最小厚度应大于 35 毫米；本题若试样厚度仅为 7.5 毫米，则测得的 K IC 不能作 为材料的断裂韧度。