2015年材料力学性能思考题大连理工大学解析

合集下载

1.2 大连理工材料力学内部习题集及答案 汇总

1.2 大连理工材料力学内部习题集及答案 汇总

l2 = c( F )n 2a A
l2
=
2ac
Fn An

l
=
3acF n An
(3)当 n=1 时,上述两解答相同。结论:只有当 与 成线性关系时,叠加法才适用于求伸长。
2-5 试求图示构架点 C 的铅垂位移和水平位移,已知两根杆的抗拉刚度均为 EA。
B
D
45°
C F
(a)
F BC
FCD
F (b)
第二章 轴向拉伸和压缩
2-1 一圆截面直杆,其直径 d=20mm, 长 L=40m,材料的弹性模量 E=200GPa,容重γ=80kN/m3, 杆 的上端固定,下端作用有拉力 F =4KN,试求此杆的:
⑴最大正应力;
⑵最大线应变;
⑶最大切应力;
⑷下端处横截面的位移 。
B
B
5004.8N
L x
+
A
A
绳的伸长量为
F (b)
G P
A
B
H CD
L
=
TL EA
=
80 103 8 7 210109 100 10−6
=
4.3510−3 m
在F 作
用下结构变形如图 (c) ,
可得:
(c) 题2-6图
LB + LD = L = 4.3510−3 m (1)
再由三角几何关系得:
LB = AB = 5
(2)
LD AD 9
(1) 试计算杆的总伸长; (2) 如果用叠加法计算上述伸长,则所得的结果如何? (3) 当 n=1 时,上述两解答是否相同?由此可得什么结论?
F1
F2
a
a
F

材料力学性能实验报告

材料力学性能实验报告

大连理工大学实验报告学院(系):材料科学与工程学院专业:材料成型及控制工程班级:材0701姓名:学号:组:___指导教师签字:成绩:实验一金属拉伸实验Metal Tensile Test一、实验目的Experiment Objective1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS,抗拉强度σb,延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。

2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。

3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。

4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。

二、实验概述Experiment Summary金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一,是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。

此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上,温度、应力状态和加载速率确定的条件下,对试样逐渐施加拉伸载荷,直至把试样拉断为止。

通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式,即过量弹性变形,塑性变形和断裂。

在实验过程中,试样发生屈服和条件屈服时,以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积,求的该材料的屈服点σS,屈服强度σ0.2和强度极限σb。

用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量,分别除以试样的原始标距长度,及试样的原始横截面积,求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。

三、实验用设备The Equipment of Experiment拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺,拉力实验机主要有机械式和液压式两种,该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。

液压式万能实验机是最常用的一种实验机。

它不仅能作拉伸试验,而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。

(一)加载部分The Part of Applied load这是对试样施加载荷的机构,它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形,使试样受到力或能量的作用。

其加载方式是液压式的。

在机座上装有两根立柱,其上端有大横梁和工作油缸。

材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读

材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读

第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。

1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变12.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。

13.比例极限:应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。

14.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。

15.解理面:在解理断裂中具有低指数,表面能低的晶体学平面。

16.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。

2015年材料力学性能思考题大连理工大学讲解

2015年材料力学性能思考题大连理工大学讲解

一、填空:1.提供材料弹性比功的途径有二,提高材料的,或降低。

2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应,因此包申格效应是具有的普遍现象。

3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段,根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程,可以将断裂分为与;按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径,分为和;按照微观断裂机理分为和;按作用力的性质可分为和。

4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加的现象,滞弹性应变量与材料、有关。

5.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力;反向加载,规定残余伸长应力的现象。

消除包申格效应的方法有和。

6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。

7.过载损伤界越,过载损伤区越,说明材料的抗过载能力越强。

8. 依据磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为、、三类。

9.解理断口的基本微观特征为、和。

10.韧性断裂的断口一般呈杯锥状,由、和三个区域组成。

11.韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标,其中又分为、和。

12.在α值的试验方法中,正应力分量较大,切应力分量较小,应力状态较硬。

一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验;在α值的试验方法中,应力状态较软,材料易产生塑性变形,适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料;13.材料的硬度试验应力状态软性系数,在这样的应力状态下,几乎所有金属材料都能产生。

14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能,大体上可以分为、和三大类;在压入法中,根据测量方式不同又分为、和。

15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样,所测得的冲击吸收功分别用、标记。

16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系,裂纹扩展的基本方式有、和。

17. 机件的失效形式主要有、、三种。

18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。

19.内耗又称为,可用面积度量。

大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)

大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)

建立符合塑性变形临界条件(屈服)的函数表达
式r=f(),该式对应的图形即代表塑性区边界形状,
其边界值即为塑性区尺寸。
由材料力学可知,通过一点的主应力1、2、 3和x、y、z方向上各应力分量的关系为:
7
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1 x y
2
x
2
y
2
2 xy
1 K cos 1 sin
展。我们将x方向(=0)的塑
性区尺寸r0定义为塑性区宽 度。
10
图4-2 裂纹尖端附近塑性区 的形状和尺寸
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
r0
1
2
K
ys
2
KI—应力场强度因子
ys—有效屈服应力
s—单向拉伸时的屈服强度 —泊松比
r0
1
2
K
s
2
(平面应力)
r0
(1 2 2
)2
、有效裂纹及KI的修正 由于裂纹尖端塑性区的存在,会降
低裂纹体的刚度,相当于裂纹长度的增
加,因而会影响应力场及KI的计算,所 以要对KI进行修正。最简单和实用的方 法是在计算KI时采用虚拟等效裂纹代替 实际裂纹。
20
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
如图4-5所示,裂纹a前方
区域未屈服前,y的分布曲线
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
KI≥KI(KIC)是一个很有用的关系式,它将 材料的断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸 的关系定量地联系起来了。应用这个关系式可 解决有关裂纹体的断裂问题:如可以估算裂纹
体的最大承载能力、允许裂纹尺寸a及材料断

大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)

大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)

解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
27
图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展,
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展,断裂路径不再 与晶粒位向有关,主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理,故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时,因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度,使两侧解理裂
纹存在位向差,故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核,裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增,形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能;
a0——原子面间距; E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为: (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得: f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力;
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 (二)、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成,并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段:塑性变形形成裂 纹;裂纹在同一晶粒内初期长大;裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”,这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界

材料力学性能习题及解答库及材料力学性能复习资料

材料力学性能习题及解答库及材料力学性能复习资料

第一章习题答案一、解释下列名词1、弹性比功:又称为弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的能力。

2、滞弹性:在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象。

3、循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力,称为金属的循环韧性。

4、包申格效应:先加载致少量塑变,卸载,然后在再次加载时,出现σe升高或降低的现象。

5、解理刻面:大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6、塑性、脆性和韧性:塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力7、解理台阶:高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶;8、河流花样:当一些小的台阶汇聚为在的台阶时,其表现为河流状花样。

9、解理面:晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂,这些平面称为解理面。

10、穿晶断裂和沿晶断裂:沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,一定是脆断,且较为严重,为最低级。

穿晶断裂裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可能是脆性断裂。

11、韧脆转变:指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态,在一定条件下,它们是可以互相转化的,这样的转化称为韧脆转变。

二、说明下列力学指标的意义1、E(G):E(G)分别为拉伸杨氏模量和切变模量,统称为弹性模量,表示产生100%弹性变形所需的应力。

2、σr、σ0.2、σs: σr:表示规定残余伸长应力,试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。

σ0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。

σs:表征材料的屈服点。

3、σb:韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。

4、n:应变硬化指数,它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。

5、δ、δgt、ψ:δ是断后伸长率,它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。

机械工程材料(大连理工)课后习题答案(全)

机械工程材料(大连理工)课后习题答案(全)

机械工程材料 课后习题答案大连理工版1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量。

解:不能,弹性模量的大小主要取决于材料的本性,除随温度升高而逐渐降低外,其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。

所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。

1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关,为什么?解:伸长率等于,当试样(d)不变时,增加,则伸长率δ下降,只有当/为常数时,不同材料的伸长率才有可比性。

所以伸长率与样品长度有关。

1-3、和两者有什么关系?在什么情况下两者相等?解:为应力强度因子,为平面应变断裂韧度,为的一个临界值,当增加到一定值时,裂纹便失稳扩展,材料发生断裂,此时,两者相等。

1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性?解:所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量,即拉伸曲线(应力-应变曲线)与横坐标所包围的面积。

2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。

解:原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体,而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。

晶体长程有序,非晶体短程有序。

2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系?解:相互垂直。

2-4、合金一定是单相的吗?固溶体一定是单相的吗?解:合金不一定是单相的,也可以由多相组成,固溶体一定是单相的。

3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。

解:在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团,这些小原子团或大或小,时聚时散,称为晶胚。

在以上,由于液相自由能低,晶胚不会长大,而当液态金属冷却到以下后,经过孕育期,达到一定尺寸的晶胚将开始长大,这些能够连续长大的晶胚称为晶核。

3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变?为什么?解:不属于。

同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化,而不是晶化过程。

3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。

解:①枝晶偏析:在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内,成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。

工程材料力学性能课后习题答案.doc

工程材料力学性能课后习题答案.doc

《工程材料力学性能》E盼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:应力一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(。

P)或屈服强度(。

S)增加;反向加载时弹性极限(。

P)或屈服强度(Os)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。

晶体学平面一一解理而,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)O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。

碳纤维增强复合材料力学性能的试验与分析

碳纤维增强复合材料力学性能的试验与分析
中曲线可以看出碳纤维增强复合材料受腐蚀后仍有完好的工作能力应力应变曲线仍与普通环境下一样都由3个阶段组成腐蚀环境基本没有改变碳纤维增强复合材料的物理性质材料有良好的耐热性防腐蚀性等特点相符但观察可以发现腐蚀后复合材料的应力应变曲线的拐点提前出现了说明树脂基体提前进入塑性变形点没有普通试样曲线中的明显说明复合材料中的碳纤维与树脂基体的粘结性能减弱了
2) 宽度 :对于碳纤维织物 ,因其中碳纤维束丝按 一定密度排列 ,因此在尺寸设计时主要考虑保证试样 中含有的碳纤维束丝为整数根 ,宽度近似 15mm。 113 腐蚀环境条件下力学性能试验的试样准备
1) 碱溶液浸渍 :碱溶液的成分为 1L 的去离子水 中 ,含有 11815gCa (OH) 2 、019gNaOH、412gKOH。试样 在密闭容器中浸渍时间为 3 个月 。
碳纤维增强复合材料力学性能的试验与分析
李苏苏 陈凤山 刘 毅
(大连理工大学 土木水利学院 大连 116024)
摘 要 : 通过盐溶液浸渍试验 、碱溶液浸渍试验及人工加速老化试验 ,研究碳纤维增强复合材料 (CFRP) 在腐蚀环境条件下的力学性能 ,进行 CFRP 拉伸试验的应力 - 应变曲线分析及力学性能显著性分析 。研究表 明 ,CFRP 具有良好的耐腐蚀性 ,在腐蚀环境中拉伸强度无显著变化 ,伸长率有显著变化 ;拉伸弹性模量在盐 、 碱溶液浸渍环境下有显著变化 ,在人工加速老化环境下无显著变化 。 关键词 : 碳纤维增强复合材料 腐蚀 力学性能
462160
35
盐溶液浸渍
40
4 280128
531180
40
人工加速老化 44
4 383173
378199
45
伸长率
均值Π%
2194 2180 2133 2133 2143

大连理工大学 工程力学 18习题讨论

大连理工大学 工程力学 18习题讨论

max
16T
d 3
h
'
max
max
T
b2
h
b
' max
正方形 0.208 1.0
面积相同 b2 d 2 4
静力学、拉压和扭转变形部分总结与习题补充 四 概念问答题
1. 等直杆表面A,B处画上正方形,轴向拉伸时形状为虚线所示, 试分析原因,由此得到什么结论?
P
(1)
说明横截面上无剪应力
② ③
B’
B
静力学、拉压和扭转变形部分总结与习题补充
五 计算题
4 各杆EA相同,求各杆内力
变形模式判断


③l
B
Aa
a
C
P
B A
N1
C
P
N3
静力学、拉压和扭转变形部分总结与习题补充
五 计算题
4 各杆EA相同,求各杆内力
变形模式判断


③l
B
Aa
a
C
P
l2 2 l1
B
A
N1
N2
l3 5 l1
C
静力学、拉压和扭转变形部分总结与习题补充
五 计算题
3 各杆EA相同,A=200mm2 , E=200GPa, P 50kN
s 280MPa, b 460MPa (1)求各杆 (2)B点水平垂直位移 (3)结构安全系数
2杆为二力杆


P 30
°

1m
N2 0 N1
N A
2 0
N3
P 2
B C
vvcc≠=00,,c=c=00
D vc≠0,c≠0
a

材料力学性能课后题参考答案(DOC)

材料力学性能课后题参考答案(DOC)

《工程材料力学性能》课后题参考答案机械工业出版社 2008第2版第一章 单向静拉伸力学性能一、解释下列名词1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。

11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等1、 说明下列力学性能指标的意义。

答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】2、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标?答:主要决定于原子本性和晶格类型。

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后习题答案绪论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。

大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案

大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案

第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题(10个空共10分,每空一分)1.材料科学与工程有四个基本要素,它们分别是:使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。

2.材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。

3.强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。

4.结构材料三类主要的失效形式分别是:断裂、磨损和腐蚀。

5.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。

6.晶体结构有三种形式,它们分别是:晶体、非晶体和准晶体。

7.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。

8.材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。

第二部分判断题(10题共20分,每题2分)1.材料性质是功能特性和效用的描述符,是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。

(√)2.疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

(√)3.硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。

(错)4.性能是包括材料在内的整个系统特征的体现;性质则是材料本身特征的体现。

(√)5.晶体是指原子排列短程有序,有周期。

(错)6.材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程,来改变材料的相组成情况,达到改变材料性能的方法。

(√)7.材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。

(错)8.材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。

(√)9.材料合成与加工过程是在一个不限定的空间,在给定的条件下进行的。

(错)10.材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。

(√)第三部分简答题(4题共40分,每题10分)1.材料性能的定义是什么?答:在某种环境或条件作用下,为描述材料的行为或结果,按照特定的规范所获得的表征参量。

2.金属材料的尺寸减小到一定值时,材料的工程强度值不再恒定,而是迅速增大,原因有哪两点?答:1)按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目,由于截面减小而不能满足大样本空间时,这个数值不再恒定;2)晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体,强度值也就越接近于理论强度值。

性能学思考题及答案

性能学思考题及答案

性能学思考题及答案第五周1.请分析⼈类历史上曾使⽤的建,构筑物材料,从所使⽤的材料的性能的⾓度阐述其开发历程以及你认为可能的开发研究的⽅向。

2.从所使⽤的材料的性能的⾓度简述⼈类炊具使⽤和开发的历程以及现代炊具材料开发研究的⽅向。

要求:简述炊具材料的发展历史沿⾰,说明各中炊具材料所具备的性能及优缺点,分析炊具材料需具备哪些性能,探讨现代炊具材料开发研究的⽅向。

第六周1.弹性变形的本质正常状态下,材料晶格中的离⼦受离⼦间相互作⽤⼒控制保持在其平衡位置仅作微⼩热振动.离⼦间作⽤⼒包括由正离⼦和⾃由电⼦间库仑⼒所产⽣的引⼒和由离⼦之间电⼦壳层产⽣应变所产⽣的斥⼒,引⼒和斥⼒都是离⼦间距离的函数,在离⼦的平衡位置合⼒为零.当外⼒作⽤于离⼦时,合⼒曲线零点位置改变,离⼦位置随之相应调整,即产⽣位移,离⼦位移的总和在宏观上表现为材料的变形.外⼒去除后离⼦依靠彼此之间的作⽤⼒回到原来的平衡位置,宏观变形随之消失,即弹性变形的可逆性.2.虎克定律的近似性虎克定律是由实验建⽴的描述⽆机材料,⾦属,⽊材等许多重要材料在正常温度,不⼤应⼒作⽤下产⽣弹性变形时,应⼒与应变之间的关系,应变与应⼒成正⽐,⽐例系数为材料的弹性模量.但是根据弹性变形的双原⼦模型,离⼦间相互作⽤⼒与离⼦间弹性位移的关系是抛物线关系,合⼒曲线有最⼤值Fmax,如果外加拉应⼒略⼤于Fmax就意味着可以克服离⼦间引⼒⽽使其分离,Fmax 是弹性状态下的理论断裂抗⼒,此时相应的离⼦弹性变形量可达25%.但实际⼯程材料由于不可避免存在各种缺陷,杂质,⽓孔,微裂纹,因⽽实际断裂抗⼒远⼩于Fmax时,材料就发⽣了断裂或塑性变形,实际材料的弹性变形只相当于合⼒曲线的起始阶段,近似为⼀直线,因此虎克定律所表⽰的外⼒-位移曲线关系是近似正确的.3.弹性模量的物理本质弹性模量的本质是原⼦间结合强度的⼀个标志,是材料对弹性变形的抗⼒.弹性模量实际上和原⼦间结合⼒曲线上任⼀受⼒点的曲线斜率有关.因此凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合⽅式,晶体结构,化学成分,微观组织,温度,加载⽅式及速度等.4.推导两相复合体系的上限和下限弹性模量公式第七周1、典型蠕变曲线的形状及相应的变形机制是什么?典型蠕变曲线分为四段:起始段,在外⼒作⽤下发⽣瞬时弹性形变,若外⼒超过试验温度下的弹性极限,则这⼀段也包括⼀部分塑性形变;第⼀阶段蠕变,也叫蠕变减速阶段,应变速率随时间递减;曲线越来越平缓;第⼆阶段蠕变,也叫稳态蠕变阶段,蠕变速率⼏乎不变;第三阶段蠕变,也叫加速蠕变阶段,应变率随时间增加⽽增加,蠕变曲线变陡,到最后断裂。

材料力学性能课后答案

材料力学性能课后答案

1.解释下列名词①滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。

②弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

③循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

④包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。

⑤塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。

⑥韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

脆性:指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力⑦加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。

⑧解理断裂:解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂,即断裂面沿一定的晶面(即解理面)分离。

2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量);(2)ζ p(规定非比例伸长应力)、ζ e(弹性极限)、ζ s(屈服强度)、ζ (屈服强度);(3)ζ b(抗拉强度);(4)n(加工硬化指数); (5)δ (断后伸长率)、ψ (断面收缩率)4.常用的标准试样有 5 倍和10倍,其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示,说明为什么δ 5>δ 10。

答:对于韧性金属材料,它的塑性变形量大于均匀塑性变形量,所以对于它的式样的比例,尺寸越短,它的断后伸长率越大。

5.某汽车弹簧,在未装满时已变形到最大位置,卸载后可完全恢复到原来状态;另一汽车弹簧,使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,而且塑性变形量越来越大。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

答:(1)未装满载时已变形到最大位置:弹簧弹性极限不够导致弹性比功小;(2)使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,这是构件材料的弹性比功不足引起的故障,可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限(或屈服极限),或者更换屈服强度更高的材料。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

一、填空:1.提供材料弹性比功的途径有二,提高材料的,或降低。

2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应,因此包申格效应是具有的普遍现象。

3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段,根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程,可以将断裂分为与;按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径,分为和;按照微观断裂机理分为和;按作用力的性质可分为和。

4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加的现象,滞弹性应变量与材料、有关。

5.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力;反向加载,规定残余伸长应力的现象。

消除包申格效应的方法有和。

6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。

7.过载损伤界越,过载损伤区越,说明材料的抗过载能力越强。

8. 依据磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为、、三类。

9.解理断口的基本微观特征为、和。

10.韧性断裂的断口一般呈杯锥状,由、和三个区域组成。

11.韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标,其中又分为、和。

12.在α值的试验方法中,正应力分量较大,切应力分量较小,应力状态较硬。

一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验;在α值的试验方法中,应力状态较软,材料易产生塑性变形,适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料;13.材料的硬度试验应力状态软性系数,在这样的应力状态下,几乎所有金属材料都能产生。

14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能,大体上可以分为、和三大类;在压入法中,根据测量方式不同又分为、和。

15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样,所测得的冲击吸收功分别用、标记。

16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系,裂纹扩展的基本方式有、和。

17. 机件的失效形式主要有、、三种。

18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。

19.内耗又称为,可用面积度量。

20.应变硬化指数反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力,在数值上等于测量形成拉伸颈缩时的。

应变硬化指数与金属材料的层错能有关,层错能低者n值。

冷加工状态n值。

晶粒粗大材料n值。

21. 是材料抵抗无限次应力循环也不疲劳断裂的强度指标。

22. 应力状态软性系数:用试样在变形过程中的测得和的比值表示。

23.微孔聚集型断裂是包括微孔、直至断裂的过程。

24.缺口试样的与等截面光滑试样的的比值。

称为“缺口敏感度”。

25.机件在冲击载荷下的断口形式仍为、和。

26.包申格应变是在给定应力下,正向加载和反向加载两曲线之间的应变差。

27.由于缺口的存在,在载荷作用下,缺口截面上的应力状态将发生变化的现象,被称为“缺口效应”。

28. 洛氏硬度是在一定的实验力下,将120º角的压入工件表面,用所得的来表示材料硬度值的工艺方法。

28.低温脆性是随的下降,材料由转变为的现象。

29. 缺口敏感性是指材料因存在缺口造成的状态和而变脆的倾向。

31. 疲劳破坏形式按应力状态分为、、、及。

按应力高低和断裂寿命分为和。

32. 典型的疲劳断口具有、、三个特征区。

33. 疲劳条带是疲劳断口的特征,贝纹线是断口的特征。

34. 金属材料的疲劳过程也是裂纹的和过程。

35.金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力,用或表示。

36.金属在和特定的共同作用下,经过一段时间后所发生的现象,成为应力腐蚀断裂。

37.应力腐蚀断裂的最基本的机理是和。

38.由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象叫做。

39.氢致脆断裂纹的拓展方式是式,这是与应力腐蚀裂纹式扩展方式是不同的。

40.钢的氢致延滞断裂过程可分为、、三个阶段。

41.典型氢脆类型包括、、、。

42. 机件正常运行的磨损过程一般分为、、段三个阶段。

减轻粘着磨损的主要措施有、、。

43. 按磨损模型分为:、、、、五大类。

44.韧窝是微孔聚集型断裂的基本特征。

其形状视应力状态不同分为下列、、三类。

其大小决定于第二相质点的、基体材料的和以及外加应力的大小和形状。

45. 磨损量的测定方法有和两种,单位摩擦距离单位压力下的磨损量称之为。

46. 国家标准规定了四种断裂韧性测试试样:、、和。

47.过载持久值越高,说明材料在相同的过载荷下能承受的应力循环周次,材料的能力越强。

48. 按照蠕变速率的变化,可将蠕变过程可分为、和三个阶段。

49. 金属材料的蠕变变形主要是通过、等机理进行的。

50.当试验温度低于某一温度t k时,材料由状态变为状态,冲击吸收功明显下降,断裂机制由型变为断口特征,断口由状变为状,这就是低温脆性。

51.韧脆转变温度t,也是金属材料的指标,它反映了温度对材料的k影响。

也是性能指标,是从韧性角度选材的重要依据之一,可用于抗脆断设计。

52. 金属材料在长时高温载荷作用下的断裂大多为断裂。

在不同的应力和温度条件下,晶界裂纹的形成方式有、两种。

53. 金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为:一是在断口附近产生,在变形区域附近有许多,使断裂机件表面出现现象;另一个特征是由于高温氧化,断口表面往往被一层覆盖。

54. 金属材料蠕变断裂断口的微观特征主要是冰糖状花样的。

55. 蠕变极限是表示材料在高温长时间载荷作用下的抗力指标,是选用高温材料,设计高温下服役机件的主要依据之一。

56. 描述材料的蠕变性能常采用、、等力学性能指标。

57. 缺口偏斜拉伸试验过程中,试样在承受拉伸力的同时还承受力的作用,承受复合载荷,故其应力状态更,缺口截面上的应力分布更,因而,更能显示材料的缺口敏感性。

58. 要在同一材料上测得相同的布氏硬度,或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较,压痕的形状必须,压入角应。

59.高温下材料晶内和晶界的强度均随温度升高而,但晶界的强度降低速度比晶内的降低速度。

60.根据剥落裂纹起始位置及形态不同,接触疲劳破坏分为、和三类。

61. 是引起疲劳破坏的外力,它是指大小、方向均随时间变化的载荷。

62.紧凑拉伸试样预制裂纹后在固定应力比和应力范围条件下循环加载,随的变化曲线即为疲劳裂纹扩展曲线。

63.疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围临界值,称为。

64.产生疲劳微观裂纹的主要方式有、和。

65.疲劳裂纹扩展第二阶段断口最重要的特征是具有。

66.驻留滑移带在加宽过程中,还会出现和,其成因可用柯垂耳-赫尔模型描述。

67.剪切断裂和解理断裂都是断裂。

前者受剪切力作用是断裂,后者受正应力作用,属断裂。

断裂性质完全不同。

也就是说断裂既可能是韧性断裂也可能是脆性断裂。

取决于材料的本性和力的作用方式。

68解理断裂是沿特定界面发生的脆性断裂,解理断裂实际上是沿一族相互平行的晶面解理而引起的。

这些解理面称为。

69.若干相互平行的而且位于不同高度的解理面,从而形成解理断口的基本微观特征。

二、概念:1.韧脆转变:2.内耗:3.解理裂纹:4.弹性:5.低温脆性:6.低应力脆断:7.过载持久值:8.滞弹性:9.穿晶裂纹:10.疲劳缺口敏感性:11.韧脆转变温度:12.循环韧性:13.解理刻面:14.韧性:15.小范围屈服:16.有效裂纹长度:17.缺口敏感度:18.穿晶断裂:19.解理断裂:20.氢致延滞断裂21.应力腐蚀22.白点23.接触疲劳24.耐磨性25.粘着磨损26.约比温度27.松弛稳定性28.等强温度29持久强度30.蠕变极限三、分析问答题第一章1.试分析金属材料在屈服阶段为何存在上下屈服点?2.循环韧性有何工程意义?选择音叉需要选择循环韧性高的还是低的材料?3. 何为拉伸断口三要素?影响宏观拉伸断口的形态的因素有哪些?4、为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义?5.包申格效应有何意义?工程中对机件会产生哪些影响?6.试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别?为什么?7. 试述韧性断裂与脆性断裂的区别,为什么说脆性断裂最危险?8. 常温静拉伸试验可确定金属材料的哪些性能指标?说出这些指标的符号定义、意义。

9.常用的标准试样有5 倍试样和10 倍试样,其延伸率分别用σ5和σ10表示,说明为什么σ5>σ10。

10.试述多晶体金属产生明显屈服的条件,并解释bcc金属与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。

第二章1. 布氏硬度与洛氏硬度可否直接比较?2. 缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响?3. 布氏硬度与洛氏硬度的测量方法有何不同? HRA、HRB、HRC分别用于测量何种材料的硬度?4、什么是“缺口效应”?它对材料性能有什么影响?5.金属材料在受到扭转、单向拉伸、三向等拉伸、单向压缩、两向压缩、三向压缩应力作用时,其应力状态软性系数分别为多少?6.缺口试样拉伸时应力分布有何特点?7.试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸试验的特点8. 今有如下工件需要测定硬度,试说明选用何种硬度试验法为宜?(1)渗碳层的硬度分布;(2)淬火钢;(3)灰铸铁,(4)硬质合金,(5)鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体,(6)仪表小黄铜齿轮,(7)龙门刨床导轨,(8)氮化层,(9)火车圆弹簧,(10)高速钢刀具。

第三章1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素?2.冲击韧性主要有哪些用途?3.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性,为什么?4.为什么通常体心立方金属显示低温脆性,而面心立方金属一般没有低温脆性?5.试述冲击载荷作用下金属变形和断裂的特点。

6、什么是低温脆性、韧脆转变温度t k?产生低温脆性的原因是什么?体心立方和面心立方金属的低温脆性有何差异?为什么?第四章1. 说明KI 和KIc的异同。

2.为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据?3.试述应力场强度因子的意义及典型裂纹KⅠ的表达式4.试述K判据的意义及用途5.试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素,在什么条件下需考虑塑性区的影响对KⅠ进行修正?6. 张开型、滑开型和撕开型哪种断裂方式最危险?7.试述影响KⅠc 和AkV的异同及其相互之间的关系8.什么叫断裂韧性?它与应力场强度因子有何联系与区别?第五章1.轴对称循环应力的平均应力、应力幅和应力比分别为多少?2. 疲劳宏观断口上的贝纹线与微观断口的条带有什么区别?3.试述金属疲劳断裂的特点4.试说明合金成分、显微组织、非金属夹杂物、表面粗糙度等对金属疲劳性能的影响规律5.试述金属表面强化对疲劳强度的影响。

第六章1.有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓,采用40B钢调质制成,抗拉强度为1200MPa,承受拉应力650MPa。

在使用中,由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。

观察断口发现,裂纹从螺纹根部开始,有明显的沿晶断裂特征,随后是快速脆断部分。

断口上有较多腐蚀产物,且有较多的二次裂纹。

相关文档
最新文档