材料在变动载荷下的力学性能4

材料力学性能-第2版课后习题答案

第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。

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。

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2、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】3、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。

合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。

组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。

【P4】4、现有45、40Cr 、35 CrMo 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰铸铁可降低成本，提高生产效率。

5、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。

为什么脆性断裂最危险？【P21】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。

6、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。

材料力学性能-4-断裂韧性

4.3.1 裂纹尖端塑性区的形状与尺寸
• 依据屈服判据建立符合塑性变形临界条件的方程，方程式对应的图形即代表塑形区边界的形状，其边界值则为塑形区的大小。 • Von Mises屈服判据
(σ 1 − σ 2 ) + (σ 2 − σ 3 ) + (σ 3 − σ 1 ) = 2σ s
2 2 2
2
4.3 裂纹尖端塑性区及其修正
如前所述，对裂尖应力场，当 r→0 时， σ y →∞ 。这在实际金属中是难以实现的。 ∵对金属材料，当应力超过材料的屈服极限时，将屈服而发生塑性变形，塑性变形会使裂纹尖端区的应力得以松弛，此塑性变形的区域称为塑性区。
※由于塑性区的存在，其内应力－应变关系已不再遵循线弹性力学规律。 ◆线弹性力学分析的有效性??◆ ※若塑性区很小，经适当修正后，线弹性力学的分析仍然有效。否则，结果将失真！ ※首先应确定塑性区的范围，然后提出相应的修正办法。
• 断裂韧性 KIC 是表征材料抗断裂能力的材料常数。 • 在一定条件（温度、加载速度）下，各种材料的断裂韧性 KIC 值是确定的，与裂纹尺寸、形状、外应力大小无关。 • 当 KI 达到了材料的 KIC 时，裂纹就可能发生失稳扩展而使构件破坏，而不是一定要失稳断裂。因为，KIC 是 KC 的最低值。 ∴ 断裂判据KI ≥ KIC只是裂纹体失稳断裂的必要条件，而非充分条件。
不断增多的脆性断裂事故，使人们逐渐有新认识：
• 传统力学是把材料一律看成了理想完整的、均匀的、无缺陷的连续体。 • 实际的工程材料，在制备、加工及使用过程中，材料的内部难免存在或多或少的气孔、夹渣、切口或裂纹等缺陷。
• 传统的强度设计准则不能保证工程构件的安全服役。
• 断裂力学以材料中存在裂纹或类裂纹初始缺陷为前提，运用连续介质力学的弹塑性理论，考虑材料的不连续性，研究存在宏观裂纹的裂纹体的断裂问题，给出了新的材料断裂抗力指标——断裂韧性。

材料的力学行为和性能

钢材的循环次数一般取 N = 10 7 有色金属的循环次数一般取 N = 10 8
四、断裂韧性
（一）、低应力脆断材料抵抗裂纹扩展断裂的能力叫断裂韧性。机械零件的传统强度设计为σ <[σ ]=σ 0.2/n(n为安全系数),一般认为用此式设计的零件是安全的,不会产生塑性变形，更不会断裂。但是，有些高强钢制造的零件或大型焊接构件如桥梁、船舶等，有时会在工作应力远低于材料屈服强度甚至低于许用应力的条件下突然发生脆性断裂，这种工作应力远低于材料屈服强度的断裂叫低应力脆断。
S0
ψ=
S0 - S k × 100% S0
L k– L 0
δ = × 100%
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材料，δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料，δ > 10% 属塑性材料其断口特征如图所示。
（二）硬度
是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。 1. 布什硬度（HBW）
F 2F HBW S D（D D 2 d 2）
（二）、断裂韧度裂纹扩展的基本形式
a) 张开型
b) 滑开型
c) 撕开型
应力场强度因子Ｋ1 裂纹尖端产生应力集中形成应力场，衡量裂纹尖端附近应力场强弱程度的力学参量称为应力场强度因子，用KⅠ 表示。其表达式为：
K1 Y a
式中：a为裂纹尺寸。断裂韧度KⅠC 裂纹扩展时的临界应力场强度因子值称为材料的断裂韧度，用KⅠC表示，单位为MPa· m1/2。其为材料抵抗裂纹扩展断裂的能力大小的表现，为材料的固有属性，与材料的成分、组织、热处理以及加工工艺有关，与裂纹的大小、形状、外加应力等无关。
K1C c Y a
1.2.1 金属材料的工艺性能
一.铸造性能

材料的力学性能概念总结

显微努氏硬度：维氏硬度实验方法的发展。
第四章切口试件在静载和冲击载荷作用下的力学性能（六）
切口强度：用带切口的拉伸试件测定其断裂时的名义应力(净断面平均应力)。bn =
切口敏感度（NSR）
：切口强度对抗拉强度的比值。 NSR =
bn

bn

若 NSR≥1.0，表示材料对切口不敏感；
若 NSR＜1.0，则材料对切口敏感。
微孔聚集断裂：通过微孔形核长大聚合而导致的断裂。常用金属材料一般均产生这类性质的断裂。
正断：断裂面垂直于外加应力。
切断：断裂面平行于外加应力。
断口：材料或构件受力断裂后的自然表面。
宏观断口：用肉眼或 20 倍以下的放大镜观察的断口，它反映了断口的全貌。
微观断口：用光学显微镜或扫描电镜观察的断口。

晶体的理论断裂强度（σm）：将晶体原子分离开所需的最大应力。σ = √
得的布氏硬度值为 150
2、洛氏硬度（HR）
o
HRA(120 金钢石圆锥压头、60kgf 负荷)，应用范围：70~85；
HRB(直径 1.588mm 钢球压头、100kgf 负荷)，应用范围：25~100；
o
HRC(120 金钢石圆锥压头、150kgf 负荷)，应用范围：20~67；
标注方法：HRC28
第三章
材料的硬度（四）
金属的硬度：金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。
1、布氏硬度（HB）一般在 HB450 以上就不能使用了
标注方法：硬度值 HBW(或 HBS)球的直径/载荷大小/保压时间（注：淬硬钢球（HBS)，硬质合金球（HBW），保压时间 10~15s 不用记）
150HBW10/1000/30 表示压头直径为 10mm 的硬质合金球，在 1000kgf 试验力的作用下，保持 30s 时测

材料性能学课程教学大纲

《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。

力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。

物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。

通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。

在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。

二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。

2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。

3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。

三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。

动载荷下材料的力学性能

2. 按断口形貌定义tk的方法
冲击试样冲断后，断口形貌见下图：
试验表明，在不同试验温度下，纤维区、放射区与剪切唇三者之间的相对面积（或线尺寸）是不同的。
温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增加，材料由韧变脆。
通常取结晶区面积占整个断口面积的50%时的温度为tk，记为50%FATT或FATT50、t50。
落锤试验机实物图
TLC-300落锤冲击试验机适用于热塑性塑料管材、管件和硬质塑料板材的耐冲击试验。
最大冲击能量 300J 最大冲击高度 2m 标尺误差 ±１％落锤组合质量最大组合质量15KG ±
0.1% 冲头规格： A R=10mm
B R=20m
C R= 5mm
BB R=30mm 冲击中心与夹具中心偏差不大于2mm 电动提升机构最大提升力20kgf 牵引电磁铁最大吸力不小于20kgf 管材V型托板 200×300×25mm3 试样尺寸直径20-400mm
三、缺口试样静弯曲试验
由于缺口和弯曲所引起的应力不均匀性叠加，使试样缺口弯曲的应力应变分布的不均匀性较缺口拉伸时更厉害，但应力应变的多向性则减少。
2.2 冲击韧性
冲击韧性的定义：
指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用标准试样的冲击吸收功Ak 表示。
意义：评定材料承受冲击载荷的能力揭示材料在冲击载荷下的力学行为
所以碳含量正好为0.77%的钢叫做共析钢，它的组织结构是珠光体。
1912年当年最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没于冰海，成了20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。
1985年以后，探险家们数次深潜到12,612英尺深的海底研究沉船，起出遗物。1995年2月美国《科学大众》（Popular Science）杂志发表了R Gannon 的文章，标题是『What Really Sank The Titanic』,付标题是 “为什么‘不会沉没的’船在撞上一个冰山后3小时就沉没了？一项新的科学研究回答了80年未解之谜“。

《材料性能学》课程教学大纲

《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。

力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。

物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。

通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。

在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。

二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。

2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。

3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。

三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。

金属材料的力学性能是指在外载荷作用下其抵抗或的能力。

金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。

1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。

材料单位面积受载荷称应力。

2、屈服点（6s）：表示屈服强度，指材料在扎搓过程中，材料所受到形变达至某一临界值时，载荷不再减少变形却稳步减少或产生0.2%l。

时形变值，单位用牛顿/毫米
2(n/mm2）则表示。

3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。

单位用牛顿/毫米2(n/mm2）表示。

如铝锂合金抗拉强度可达.5mpa
4、延伸率（δ）：材料在弯曲脱落后，总弯曲与完整标距长度的百分比。

工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把
δ≤5%的`材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。

5、断面收缩率（ψ）材料在弯曲脱落后、断面最小增大面积与原断面积百分比。

6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(hbs、hbw）和洛氏硬度（hra、hrb、hrc）。

7、冲击韧性（ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(j/cm2）。

材料力学性能课后习题 (1)

材料力学性能课后习题第一章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。

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达到一定的数值后沿一定的晶体学平面产生的晶体学断裂。

2.解释下列力学性能指标的意义（1）E( 弹性模量）；（2）σp（规定非比例伸长应力）、σe（弹性极限）、σs（屈服强度）、σ0.2（规定残余伸长率为0.2%的应力）；（3）σb（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）3.金属的弹性模量取决于什么？为什么说他是一个对结构不敏感的力学性能？取决于金属原子本性和晶格类型。

因为合金化、热处理、冷塑性变形对弹性模量的影响较小。

4.常用的标准试样有5倍和10倍，其延伸率分别用δ5和δ10表示，说明为什么δ5>δ10。

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。

材料力学性能_第五章

每一次小扩展，便认为是一次断裂过程，△K为裂纹尖端控制裂纹扩
展的复合力学参量。
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§5.3 疲劳裂纹(liè 扩展 wén)
36
二、疲劳裂纹扩展速率
lg(da/dN)~lg△K曲线
I区（初始段） △K≤△Kth: da/dN值很小，裂纹不扩展。 △K>△Kth: △K↑，da/dN↑，裂纹扩展但不快。 I区所占寿命不长。 II区（主要(zhǔyào)段） △K↑，da/dN较大，裂纹亚稳扩展，是决定疲劳裂纹扩展寿命的主要段。 III区（最后段） △K↑，da/dN↑↑，裂纹失稳扩展。
从而在破坏前就被修理(xiūlǐ)或报废。
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§5.3 疲劳裂纹扩展 (liè wén)
34
一、疲劳裂纹扩展曲线
高频疲劳试验机；
固定裂纹预制长度a0、应力比r和应力幅△σ；作a~N曲线，曲线斜率da/dN为裂纹扩展速率。裂纹达到ac，da/dN无限大，裂纹失稳扩展，试样最后断裂。若改变应力△σ1增加到△σ2则裂纹
材料力学性能 (cái liào lì xué)
第五章材料(cáiliào)在变动载荷下的力学性能
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第五章材料在变动(biàndòng)载荷下的力学性能

5-1 金属疲劳现象(xiànxiàng)及特点
5-2 疲劳曲线及基本(jīběn)疲劳力学性能
有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶
（高应力作用）。 3、瞬断区
一般在疲劳源的对侧。脆性材料为结晶状断口；韧性材料有放射状纹理；边缘为剪切唇。
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§5.1 金属(jīnshǔ)疲劳现象及特点
16
2024Al合金(héjīn)疲劳条纹

材料力学性能4

【应力腐蚀产生的条件：应力、化学介质、金属材料】【磨损类型：粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损。

】【磨损三阶段：跑合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。

】【氢脆几种形式：氢蚀、白点、氢化物致脆、氢致延滞断裂】【细晶强化:能强化金属又不降低塑性。

】【测得t k：拉伸>扭转缺口静弯曲<缺口冲击弯曲光滑试样拉伸<缺口试样拉伸】蠕变极限的两种表达方式：①σtέ：在规定温度(t)下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率()不超过规定值的最大应力。

例如：σ6001X10-5=60MPa：表示温度为600的条件下，稳态速率为1x10-5%/h的蠕变极限为60MPa。

②σtδ/τ：在规定温度(t)下和规定的试验时间()内，使试样产生的蠕变总伸长率()不超过规定值的最大应力。

例如：σ5001/105 =100MPa，表示材料在500温度下，105h后总伸长率为1%的蠕变极限为100MPa。

σtτ：金属材料的持久强度极限，是在规定温度(t)下，达到规定的持续时间()而不发生断裂的最大应力。

例如：某高温合金的7003=30MPa，表示该合金在700、1000h的持久强度极限为1X1030MPa。

蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

蠕变极限：在高温长时间载荷作用下不致产生过量塑性变形的抗力指标。

该指标与常温下的屈服强度相似。

应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆性断裂叫应力腐蚀。

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。

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（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。

磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。

力学性能二级考试题及答案

力学性能二级考试题及答案一、选择题1. 材料的弹性模量是指在弹性范围内，材料抵抗形变的能力。

以下哪种材料通常具有较高的弹性模量？A. 橡胶B. 铝C. 钢D. 聚氯乙烯答案：C2. 应力和应变的关系可以通过胡克定律来描述，该定律表明在弹性限度内，应力与应变之间的关系是线性的。

请问胡克定律的数学表达式是什么？A. σ = EεB. ε = σ/EC. σ = KεD. ε = Kσ答案：B3. 疲劳是指材料在反复应力作用下逐渐产生并扩展裂纹，最终导致断裂的现象。

以下哪种因素最可能导致材料的疲劳？A. 高温B. 腐蚀C. 持续的交变应力D. 静态过载答案：C4. 冲击韧性是指材料在快速动载荷作用下抵抗断裂的能力。

以下哪种试验常用来评估材料的冲击韧性？A. 拉伸试验B. 硬度试验C. 疲劳试验D. 冲击试验答案：D5. 蠕变是指材料在长时间持续的应力作用下，缓慢且持续的塑性变形现象。

请问蠕变现象最常出现在哪种材料中？A. 低温下的金属材料B. 高温下的金属材料C. 常温下的塑料材料D. 玻璃材料答案：B二、填空题1. 在力学性能测试中，__________试验是用来评估材料在高温条件下的力学性能。

答案：持久2. 材料的硬度是指材料抵抗外物硬压入其表面的能力。

__________硬度是衡量金属硬度的常用方法。

答案：布氏3. 材料的塑性是指材料在受到外力作用时，能够产生永久变形而不立即断裂的性质。

__________试验是用来衡量材料的塑性。

答案：压缩4. 材料的韧性是指材料在受到冲击或突然载荷作用时，能够吸收能量并抵抗断裂的能力。

__________试验常用来测定材料的韧性。

答案：夏比5. 在进行材料的拉伸试验时，应力-应变曲线上的屈服点是指材料开始产生__________的应力值。

答案：塑性变形三、简答题1. 请简述材料的屈服强度和抗拉强度的区别。

答：屈服强度是指材料在拉伸过程中，从弹性变形转变为塑性变形的应力值，此时材料会产生永久变形。

1 金属材料在静拉伸载荷下的力学性能4

L
0
dL L 1 ln ln(1 ) ln( ) L Lo 1
影响n的因素：
层错能：高
n小
n大
材料状态：退火状溶质含量高：晶粒大小：
n小
大
n大
强度等级： nσs=常数
应变硬化机理：加工硬化速率dη /dγ 易滑移阶段 dη /dγ 小单系滑移线性硬化阶段 dη /dγ 常数多系滑移抛物线硬化阶段 dη /dγ 减小
五缩颈现象
缩颈：拉伸试验时,变形集中于局部区域的特殊现象. • 缩颈前是均匀变形，缩颈后是不均匀变形，即局部变形 • B点:塑性失稳点 (拉伸失稳点)
原因:
应变硬化与截面减小共同作用的结果
F SA
dF AdS SdA
dF 0 dF 0时开始缩颈
V AL
dF 0 AdS SdA 0
派纳力：η
=2G/(1-υ )*e(-2πw/b) p-n
p-n大 p-n小
BCC的W小， η
FCC的W大， η
2、位错密度（形变强化） :位错间的交互作用 τ= α Gbρ(1/2) ρ ↑ ，η ↑
BCC的α （0.4）大于FCC的（0.2）
3、晶界和亚晶（细晶强化）： σs= σi+ kyd（-1/2） σi-位错在基体金属中运动的阻力 Ky—度量晶界对强化贡献大小的钉扎系数
(1)规定非比例伸长应力
应力-应变曲线上非比例伸长达到规定的数值所对应的应力
采用ζ p表示 ζ
p0.01、
ζ
p0.05
(2)规定残余伸长应力试样加载后再卸载，以出现残留的永久变形达到规定值的应力以ζ r表示 ζ
r0.01

材料力学性能课后习题

弯强度）；（3）τs（材料的扭转屈服点）；（4） τs （抗扭强度）；（5） τp （扭转比例极限）；（6） σbn（抗拉强度）；（7）HBS（压头为淬火钢球的材料的布氏硬度）；（8）HBW：压头为硬质合金球的材料的布氏硬度；（9）HRA（材料的洛氏硬度）；HRB（材料的洛氏硬度）；HRC（材料的洛氏硬度）；（10）HV（材料的维氏硬度）；（ 11 ） HK（材料的努氏硬度）；（ 12）HS（材料的肖氏硬度）；（13）K（理论应力集中系数）；（14）NSR （缺口敏感度） 3.今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选用何种硬度试验方法为宜：（1）渗碳层的硬度分布----HK 或-显微 HV（2）淬火钢-----HRC（3）灰铸铁-----HB（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微 HV 或者 HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV（6）龙门刨床导轨 -----HS（肖氏硬度）或 HL(里氏硬度)（7）渗氮层 -----HV（8）高速钢刀具-----HRC（9）退火态低碳钢-----HB（10）硬质合金-----HRA 4.说明几何强化现象的成因，并说明其本质与形变强化有何不同 5.试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。试验特点应用范围方法温度、应力状态和加塑性变形抗力载速率确定，采用光拉和切断强度较滑圆柱试样，试验简伸低的塑性材单，应力状态软性系料。数较硬。应力状态软，一般都脆性材料，以能产生塑性变形，试观察脆性材料压样常沿与轴线呈 45º 在韧性状态下缩方向产生断裂，具有所表现的力学切断特征。行为。测定铸铁、铸弯曲试样形状简单，造合金、工具操作方便；不存在拉钢及硬质合金伸试验时试样轴线与等脆性与低塑力偏斜问题，没有附性材料的强度加应弯和显示塑性的力影响试验结果，可曲差别。也常用用试样弯曲挠度显示于比较和鉴别材料的塑性；弯曲试渗碳和表面淬样表面应力最大，可火等化学热处灵敏地反映材料表面理机件的质量缺陷。和性能。用来研究金属应力状态软性系数为在热加工条件 0.8，比拉伸时大，易下的流变性能于显示金属的塑性行和断裂性能，为；试样在整个长度评定材料的热上的压力加工型，塑性变形时均匀，没并未确定生产扭有紧缩现象，能实现条件下的热加转大塑性变形量下的试工工艺参数提验；较能敏感地反映供依据；研究出金属表面缺陷和及或检验热处理表面硬化层的性能；工件的表面质试样所承受的最大正量和各种表面应力与最大切应力大强化工艺的效体相等。果。第三章 1.缺口会引起哪些力学响应？答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部产生应力集中、双向或三向应力、应力集中和应变集中，并试样的屈服强度升高，塑性降低。 2.比较平面应力和平面应变的概念。答：平面应力：只在平面内有应力，与该面垂直方向的应力可忽略，例如薄板拉压问题。平面应变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略，例如水坝侧向水压问题。具体说来：平面应力是指所有的应力都在一个平面内，如果平面是 OXY 平面，那么只有正应力 σx，σy，剪应力 τxy(它们都在一个平面内)，没有 σz， τyz， τzx。平面应变是指所有的应变都在一个平面内，同样如果平面是 OXY 平面，则只有正应变 εx，εy 和剪应变 γxy，而没有 εz，γyz，γzx。 3.如何评定材料的缺口敏感性：答：材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、偏斜拉伸、静弯曲、冲击等方法加以评定。 7. 何谓低温脆性？哪些材料易表现出低温脆性？工程上，有哪些方法评定材料低温脆性？答：在低温下，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象称为低温脆性。只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性，如中低强度钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显的低温脆性。工程上常采用低温脆性通常用脆性转变温度，能量准则，断口形貌准则，断口变形特征准则评定。 8. 说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性破坏？答：焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性断裂。 10.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韧性，为什么？答：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有利于降低应力集中，降低晶界上杂质度，避免产生沿晶界脆性断裂。所以可以提高材料的韧性。第四章 1.解释下列名词：低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂；（2）I 型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。（3）应力强度因子 KI：在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子有关，对于某一确定的点，其应力分量由确定，越大，则应力场各点应力分量也越大，这样就可以表示应力场的强弱程度，称为应力场强度因子。 “I”表示 I 型裂纹。（4）裂纹扩展 K 判据：裂纹在

材料的疲劳

对于曲线上没有水平部分的材料，要根据机件的工作条件和使用寿命，规定一个疲劳极限循环基数，并以循环基数值所对应的应力作为“规定疲劳极限”，以σr(N0)表示。σr(N0)也叫“条件疲劳极限”。如对于铸铁材料，规定N0＝107次；对有色金属，规定N0＝108次等。
由于材料成分和组织不均匀性、试样加工和试验条件等因素波动都对疲劳试验结果有很大影响，所以疲劳试验结果离散性很大，因而S－N曲线可靠性较差，只能用于考察普通机件的疲劳强度，或者作为比较复杂试验的预备性试验。对于重要机件的设计，应当用统计方法进行处理。
▪1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。
2007年11月2日，一架美军 F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件——桁梁出现了金属疲劳问题。
• 材料设计应用中的问题：
• 如材料力学（抗拉强度）、断裂力学（断裂韧性）等
5、金属的疲劳按照机件所受应力的大小可分为高周疲劳和低周疲劳。所受应力较低、断裂时应力循环周次很ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的情况下产生的疲劳断裂称为高周疲劳。所受应力较高、断裂时应力循环周次较少的情况下产生的疲劳断裂称为低周疲劳。
5.1.3 疲劳宏观断口
5.1 疲劳现象
疲劳断口有其些独特的特征，是研究疲劳断裂过程和进行机件疲劳失效分析的基础。疲劳断口的宏观结构取决于材料的性质、加载方式、载荷大小等因素。
5.1 疲劳现象
5.1.2 疲劳断裂的特点
1、疲劳断裂是低应力脆性断裂，一般是在低于屈服应力之下发生的，断裂是突然的，没有预先征兆，看不到宏观塑性变形，危害性比较大。
2、疲劳对缺口十分敏感。在疲劳断裂过程中，金属材料的内部组织在局部区域内逐渐发生变化。这种变化使材料受到损伤，并逐渐积累起来，当其达到一定程度后便发生疲劳断裂。因此疲劳断裂是一个损伤积累过程，并且损伤是从局部区域开始的。