材料性能學(xué)復(fù)習(xí)題

1、材料性能學(xué)復(fù)習(xí)題適用于材料成型與控制工程專業(yè)一、填空1、 。表示材料的 彈性極限；。表示材料的 比例極限；bS示 材料的 屈服強度；b b表示材料的 抗拉強度。2、斷口的三要素是 纖維區(qū)、放射區(qū) 和 剪切唇。微孔聚集型 斷裂的微觀特征是 韌窩；解理斷裂的微觀特征主要有 解理臺階 和 河流和舌狀花樣；沿晶斷裂的微觀特征為 晶粒狀 斷口和 冰 糖塊狀斷口。3、應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越 軟，材料越容易產(chǎn) 生 塑性變形和延性斷裂。為測量脆性材料的塑性，常選用應(yīng)力 狀態(tài)系數(shù)a值大 的實驗方法，如 壓縮 等。4、在扭轉(zhuǎn)實驗中，塑性材料的斷裂面與試樣軸線 垂直，斷口平 齊，這是由切 應(yīng)力造成的

2、切 斷；脆性材料的斷裂面與試樣軸 線450角，這是由正 應(yīng)力造成的 正 斷。與靜拉伸試樣的宏觀 斷口特征相反。5、 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中 和 雙 （三）向應(yīng)力，試樣的屈服強度升高，塑性降低。6、低溫脆性常發(fā)生在具有 體心立方或密排六方 結(jié)構(gòu)的金屬及合 金中，而在 面心立方 結(jié)構(gòu)的金屬及合金中很少發(fā)現(xiàn)。7、在平面應(yīng)變斷裂韌性Kic測試過程中，對試樣的尺寸為66bg其中B、a、（ W-a）分別是三點彎曲試樣的厚度、裂紋長度和韌 帶長度，b是材料的屈服強度；這樣要求是為了保證裂紋尖端處 于 平面應(yīng)變 和 小范圍屈服 狀態(tài)；平面應(yīng)變狀態(tài)下的斷裂韌性 KIC小于 平面應(yīng)力狀態(tài)下

3、的斷裂韌性KC。&按斷裂壽命和應(yīng)力水平，疲勞可分為高周疲勞 和 低周疲 i勞；疲勞斷口的典型特征是 疲勞條紋（貝紋線）。9、 對材料的磨損，按機理可分為粘看 磨損，磨粒 磨損，疲 勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損和微動磨損等形式。10、材料的拉伸力學(xué)性能，包括屈服強度、抗拉強度和實際斷裂 強度等強度指標(biāo)和延伸率和斷面收縮率等塑性指標(biāo)。12、彈性滯后環(huán)是由于材料的加載線和卸載線不重合而產(chǎn)牛的。 對機床的底座等構(gòu)件，為保證機器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，材料的彈性滯后 環(huán)越丄越好；而對彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯后環(huán) 越小越好。13、 材料的斷裂按斷裂機理分可分為微孔聚集型斷裂 ,解理斷 紅和 沿晶 斷

4、裂；按斷裂前塑性變形大小分可分為延性 斷裂和 脆性斷裂14、 在扭轉(zhuǎn)實驗中，塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂 ;脆性 材料的斷裂面與試樣軸線成45°角。15、根據(jù)外加應(yīng)力的類型及其與裂紋擴展面的取向關(guān)系，裂紋擴展的基本方式有_張開型（I型）裂紋擴展_、滑開型（U型）裂紋擴 展和撕開型（川型5裂紋擴展_三類。16、 根據(jù)構(gòu)件的受力狀態(tài)，環(huán)境敏感斷裂可分為應(yīng) 腐蝕疲勞， 腐蝕磨損和 微動磨損等四類17、材料的韌性是表征材料在外力作用下，從變形到斷裂全過程中吸收塑性變形功和斷裂功的能力。根據(jù)試樣形狀和加載速率， 材料的韌性可分為光滑試樣的靜力韌性、缺口試樣的沖擊韌性和裂紋試樣的斷裂韌性。18、

5、應(yīng)力強度因子反映了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場的強度，它綜合反 映了 外加應(yīng)力一和裂紋位置、_長度_對裂紋尖端應(yīng)力場強度的影 響。19、對于材料的靜拉伸實驗，在整個拉伸過程中的變形分為彈性變形、塑性變形和斷裂一三個階段，塑性變形又可分為_屈 服、均勻塑性變形和_不均勻集中塑性變形 _三個階段。20、材料塑性的評價，在工程上一般以光滑圓柱試樣的拉伸伸長 率和斷面收縮率_作為塑性性能指標(biāo)。常用的伸長率指標(biāo)有_最大 應(yīng)力下非比例伸長率_、最大應(yīng)力下總伸長率和最常用的_斷 后伸長率_三種。二、判斷題：1）構(gòu)件的剛度Q與材料的彈性模量E成正比，而與構(gòu)件的橫截面 積A成反比。（X ）2）對機床的底座等構(gòu)件，為保證機

6、器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，材料的彈性 滯后環(huán)越大越好；而對彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯 后環(huán)越小越好。（V ）3）Bauschinge效應(yīng)是指經(jīng)過預(yù)先加載變形，然后再反向加載變 形時材料的彈性極限升高的現(xiàn)象。（X ）4）鑒于彎曲試驗的特點，彎曲試驗常用于鑄鐵、硬質(zhì)合金等韌 性材料的性能測試。（X ）5）在韌性材料的沖擊試樣斷口上，裂紋會在距缺口一定距離的 試樣內(nèi)部萌生，而不是在缺口根部。（V ）6） 利用雙原子模型計算出的材料理論斷裂強度比實際值高出 13 個數(shù)量級，這是因為該計算模型不正確。（X ）。7）材料的低周疲勞行為，常通過S-N曲線來表示。（X ）8）奧氏體不銹鋼在硝酸鹽溶液溶液中容易發(fā)

7、生應(yīng)力腐蝕開裂。（X ）9） 晶粒與晶界兩者強度相等的溫度，稱為等強溫度。（V ）10 ）應(yīng)力松弛是指高溫服役的零件或材料在應(yīng)力保持不變的條件 下，其中的應(yīng)變自行降低的現(xiàn)象。（X1、磨損包括三個階段，這三個階段中均能觀察到摩擦現(xiàn)象，最后 發(fā)生疲勞韌脆性斷裂。（X ）2、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越大，最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài) 越軟，材料越易于產(chǎn)生塑性變形；反之，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越小， 表示應(yīng)力狀態(tài)越硬，則材料越容易產(chǎn)生脆性斷裂。（ V ）3、斷裂S判據(jù)是裂紋開始擴展的斷裂判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴展的斷裂判據(jù)，顯然，按這種判據(jù)設(shè)計構(gòu)件是偏于保守的。（V ）4、測量陶瓷、鑄鐵的沖擊吸收功時，一般采用夏

8、比U型缺口試樣， 很少采用X型及無缺口沖擊試樣。（x ）5、應(yīng)力腐蝕斷裂速度遠大于沒有應(yīng)力時的腐蝕速度，又遠小于單 純力學(xué)因素引起的斷裂速度。（V）6、工程設(shè)計和材料選用中一般以工程應(yīng)力、工程應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)；但在材料科學(xué)研究中，真應(yīng)力與真應(yīng)變具有更重要的意義。（V ）7、同一材料用不同的硬度測定方法所測得的硬度值是不相同的，且完全不可以互相轉(zhuǎn)換。（X ）&缺口使塑性材料得到“強化”，因此，可以把“缺口強化”看 作是強化材料的一種手段，提高材料的屈服強度。（x ）9、接觸疲勞過程是在純滾動的條件下產(chǎn)生的材料局部破壞，也經(jīng) 歷了裂紋形成與擴展兩個階段。（ x ）10、疲勞強度屬于強度類力學(xué)性能

9、指標(biāo)，是屬于高溫拉伸的力學(xué) 性能指標(biāo)。（x ）二、選擇題：1）拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長則測出的斷面收縮率會（C ）a）越高；b）越低；c）不變；d）無規(guī)律可循2） 材料的彈性比功，可通過（B ）來得到提高。a）提高抗拉強度、降低彈性模量；b）提高彈性極限、降低彈 性模量；c）降低彈性極限、降低彈性模量；d）降低彈性極限、提高彈 性模3）單向壓縮條件下的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)為（ D ）。a） 0.5； b） 1.0； c） 0.8； d） 2.04）從化學(xué)鍵的角度看，一價鍵材料的硬度變化規(guī)律是（ A ）。a）離子鍵金屬鍵氫鍵；b）離子鍵氫鍵金屬鍵；c）氫鍵金屬鍵離子鍵；d）金屬鍵離子鍵氫鍵5）HRC

10、是（D ）的一種表示方法。a）維氏硬度；b）努氏硬度；c）肖氏硬度；d）洛氏硬度6）在缺口試樣的沖擊實驗中，缺口試樣的厚度越大，試樣的沖 擊韌性越（C ）、韌脆轉(zhuǎn)變溫度越（）。a）大、高；b）小、低；c）小、高；d）大、低7）I型（張開型）裂紋的外加應(yīng)力與裂紋面（ B）；而II型（滑 開型）裂紋的外加應(yīng)力與裂紋面（）。a）平行、垂直；b）垂直、平行；c）成450角、垂直；d）平行、 成450角8）平面應(yīng)變條件下裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸（B）平面應(yīng)力下的塑性區(qū)。a）大于；b）小于；c）等于；d）不一定9）對稱循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力比R%（ C ）。a） 0； b） 1 ； c） -1 ； d） *10）Ki

11、scc表示材料的（C ）。a）斷裂韌性；b）沖擊韌性；c）應(yīng)力腐蝕破裂門檻值；d）應(yīng) 力場強度因子11）黃銅容易在（C ）溶液中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。a）熱堿溶液；b）氯化物溶液；c）氨水溶液；d）硝酸鹽溶液12）蠕變是指材料在（B ）的長期作用下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。a）恒應(yīng)變；b）恒應(yīng)力；c）恒加載速率；d）恒定頻率13）表示給定溫度T下，恰好使材料經(jīng)過規(guī)定的時間t發(fā)生斷 裂的（B ）。a）蠕變極限；b）持久強度；c）高溫強度；d）抗拉強度14）與干摩擦相比，加入潤滑劑后摩擦副間的摩擦系數(shù)將會（B ）。a）增大；b）減??；c）不變；d）不一定1、形變強化是材料的一種特性，是下列（C ）階段產(chǎn)生的

12、現(xiàn) 象。A、彈性變形；B、沖擊變形；C、均勻塑性變形； D、屈 服變形。2、缺口引起的應(yīng)力集中程度通常用應(yīng)力集中系數(shù)表示，應(yīng)力集中 系數(shù)定義為缺口凈截面上的（A ）與平均應(yīng)力之比。A、最大應(yīng)力；B、最小應(yīng)力；C、屈服強度；D、抗拉強 度。3、 因相對運動而產(chǎn)生的磨損分為三個階段：（A ）、穩(wěn)定磨 損階段和劇烈磨損階段。A、磨合階段；B、疲勞磨損階段；C、輕微磨損階段；D、 不穩(wěn)定磨損階段。4、在拉伸過程中，在工程應(yīng)用中非常重要的曲線是（ B ）。A、力一伸長曲線；B、工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線；C、真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線。5、韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，是指材料斷裂前吸 收（A ）的能力。A、塑

13、性變形功和斷裂功；B、彈性變形功和斷裂功；C、彈性變形功和塑性變形功；D、塑性變形功。6、蠕變是材料的高溫力學(xué)性能，是緩慢產(chǎn)生（ B ）直至斷裂 的現(xiàn)象。A、彈性變形；B、塑性變形；C、磨損；D、疲勞。7、缺口試樣中的缺口包括的范圍非常廣泛，下列（ C ）可以 稱為缺口。A、材料均勻組織；B、光滑試樣；C、內(nèi)部裂紋；D、化學(xué)成 分不均勻。&最容易產(chǎn)生脆性斷裂的裂紋是（ A ）裂紋。A、張開；B、表面；C、內(nèi)部不均勻；D、閉合。9、空間飛行器用的材料，既要保證結(jié)構(gòu)的剛度，又要求有較輕的 質(zhì)量，一般情況下使用（C ）的概念來作為衡量材料彈性性能的指標(biāo)。A、楊氏模數(shù)；B、切變模數(shù)；C、彈性比

14、功；D、比彈性 模數(shù)。10、心的腳標(biāo)表示I型裂紋，I型裂紋表示（A ）裂紋。A、張開型；B、滑開型；C、撕開型；D、組合型。11、拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長則測出的抗拉強度會（ C ）。a）越高；b）越低；c）不變；d）無規(guī)律可循12、 與維氏硬度值可以互相比較的是（A ）。a）布氏硬度；b）洛氏硬度；c）莫氏硬度；d）肖氏硬度13、扭轉(zhuǎn)加載的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)（A ）單向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)。a）大于；b）小于；c）等于；d）無關(guān)系14、 雙原子模型計算出的材料理論斷裂強度比實際值高出13個數(shù) 量級，是因為（C ）。a）模型不正確；b）近似計算太粗太多；c）實際材料有缺陷； d）實際材料無缺陷15

15、、平面應(yīng)變條件下裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸（ B ）平面應(yīng)力下的 塑性區(qū)。a）大于；b）小于；c）等于；d）不一定16、在研究低周疲勞中，常通過控制（ B ）的方式進行。a）應(yīng)力；b）應(yīng)變；c ）時間；d）頻率17、/ Kth表示材料的（B ）。a）斷裂韌性；b）疲勞裂紋擴展門檻值；c ）應(yīng)力腐蝕破裂門檻 值；d）應(yīng)力場強度因子18、奧氏體不銹鋼在（B ）溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。a）熱堿溶液；b）氯化物溶液；c ）氨水溶液；d）硝酸鹽溶液19、細晶強化是非常好的強化方法，但不適用于（ A ）oa）高溫；b）中溫；c）常溫；d）低溫三、名詞解釋：1、包申格效應(yīng)：材料預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后

16、再同向 加載，規(guī)定殘余應(yīng)力（彈性極限或屈服強度）增加；反向加載， 規(guī)定殘余應(yīng)力降低的現(xiàn)象。2、滯彈性：快速加載或卸載后，材料隨時間的延長而產(chǎn)生的附加 彈性應(yīng)變的性能。3、剛度：在彈性變形范圍內(nèi)，構(gòu)件抵抗變形的能力。4、彈性不完整性：彈性變形時加載線與卸載線不重合、應(yīng)變落后 于應(yīng)力的現(xiàn)象。5、形變強化：材料發(fā)生屈服應(yīng)變后，屈服應(yīng)力隨屈服應(yīng)變增加而 增大的現(xiàn)象。6、等強溫度：晶粒與晶界強度相等的溫度。7、摩擦：兩個相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運動或有相 對運動趨勢，接觸面上具有阻止相對運動或相對運動趨勢的作用， 這種現(xiàn)象稱為摩擦。&規(guī)定非比例伸長應(yīng)力與彈性極限1）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力，

17、即試驗時非比例伸長達到原始標(biāo)距長 度規(guī)定的百分比時的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號附以角注說明。2）彈性極限是材料由彈性變形過渡到彈一塑性變形時的應(yīng)力， 應(yīng)力超過彈性極限以后材料便開始產(chǎn)生塑性變形。9、低溫脆性：當(dāng)試驗溫度低于某一溫度時，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變 為脆性狀態(tài)。10、韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料在某一溫度 t下由韌變脆，沖擊功明顯 下降。該溫度即韌脆轉(zhuǎn)變溫度。11、韌性斷裂與裂紋尖端張開位移韌性斷裂是材料斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形 的斷裂過程。裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移， 稱為裂紋尖端張開位移。12、變動載荷與疲勞強度變動載荷是指載荷大小，甚至方向隨時間變化的裁荷。疲

18、勞強度為在指定疲勞壽命下，材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力， 疲勞強度是保證機件疲勞壽命的重要材料性能指標(biāo)。13、靜力韌度與疲勞裂紋擴展速率通常將靜拉伸的a - £曲線下包圍的面積減去試樣斷裂前吸收 的彈性能定義為靜力韌度，它是派生的力學(xué)性能指標(biāo)。疲勞裂紋擴展速率指的是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展階段的速率.該階段是疲勞過程第U階段，是材料整個疲勞壽命的主要組成部分。四、簡答題：1、簡述洛氏硬度試驗方法的優(yōu)缺點。答：洛氏硬度試驗的優(yōu)點是：(1) 因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗， 不存在壓頭變形問題。(2) 因為硬度值可從硬度機的表盤上直接讀出，故測定洛氏硬度 更為簡便迅速，工效高。

19、(3) 對試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗。(4) 因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對試驗結(jié)果的影 響。洛氏硬度的缺點是：(1) 洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無法 相互比較，不象布氏硬度可以從小到大統(tǒng)一起來。(2) 由于壓痕小，所以洛氏硬度對材料組織的不均勻性很敏感，測試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而不適用具有粗大組成相(如灰鑄鐵中的石墨片)或不均勻組織材料的硬度測定。2、與純機械疲勞相比，腐蝕疲勞有何特點？答：與純機械疲勞相比，在水介質(zhì)中的腐蝕疲勞具有以下的特點：(1) 在腐蝕疲勞的SN曲線上，沒有像大氣疲勞那樣具有水平線 段，即不存在無限壽命的疲勞極

20、限值。即使交變應(yīng)力很低，只要 循環(huán)次數(shù)足夠大，材料總會發(fā)生斷裂。（2）腐蝕疲勞極限與靜強度之間沒有直接的關(guān)系。（3）在大氣環(huán)境中，當(dāng)加載頻率小于1000Hz時，頻率對疲勞極限 基本上無影響。但腐蝕疲勞對加載頻率十分敏感，頻率越低，疲勞強度與壽命也越低。（4）腐蝕疲勞條件下裂紋極易萌生，故裂紋擴展是疲勞壽命的主要 組成部分。而大氣環(huán)境下，光滑試樣的裂紋萌生是疲勞壽命的主要部分。3、與常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有哪些 特點？答：與常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有如 下的特點：（1）材料在高溫下將發(fā)生蠕變現(xiàn)象。即在應(yīng)力恒定的情況下，材 料在應(yīng)力的持續(xù)作用下不斷地發(fā)

21、生變形。（2）材料在高溫下的強度與載荷作用的時間有關(guān)了。載荷作用的 時間越長，引起一定變形速率或變形量的形變抗力及斷裂抗力越 低。（3）材料在高溫下工作時，不僅強度降低，而且塑性也降低。應(yīng) 變速率越低，載荷作用時間越長，塑性降低得越顯著。因而在高 溫下材料的斷裂，常為沿晶斷裂。（4）在恒定應(yīng)變條件下，在高溫下工作的材料還會應(yīng)力松弛現(xiàn)象， 即材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時間而降低的現(xiàn)象。4、控制摩擦磨損的方法有哪些？答：對材料的摩擦磨損，其控制方法如下：（1）潤滑劑的使用：在相對運動的摩擦接觸面之間加入潤滑劑， 使兩接觸表面之間形成潤滑膜，變干摩擦為潤滑劑內(nèi)部分子間的 內(nèi)摩擦，從而達到減少摩擦表面摩擦、降低

22、材料磨損的目的。（2）摩擦材料的選擇：根據(jù)摩擦的具體工況（載荷、速度、溫度、 介質(zhì)等），選擇合理的摩擦副材料（減摩、摩阻、耐磨），也可達10到降低材料摩擦磨損的目的。（3）材料的表面改性和強化：利用各種物理的、化學(xué)的或機械的 工藝手段如機械加工強化處理、表面熱處理、擴散處理和表面覆 蓋處理，使材料表面獲得特殊的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能，以提高 材料的耐磨性能。5、影響材料低溫脆性的因素有哪些？解：01晶體結(jié)構(gòu)，體心立方存在低溫脆性，面心立方及其合金一 般不存在低溫脆性。O 2化學(xué)成分，間隙溶質(zhì)原子含量增加，韌脆 轉(zhuǎn)變溫度提高。O 3顯微組織，細化晶粒課是材料韌性增加。金相 組織也有影響，低強度水平

23、時，組織不同的剛，索氏體最佳。O 4 溫度，在某一范圍內(nèi)碳鋼和某些合金可能出現(xiàn)藍脆。 O 5加載速率， 提高加載速率韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 O6試樣形狀和尺寸，缺口曲率 半徑越小，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越高。6、解釋形變強化的概念，并闡述其工程意義。答：拉伸試驗中，材料完成屈服應(yīng)變后，隨應(yīng)變的增加發(fā)生的應(yīng) 力增大的現(xiàn)象，稱為形變強化。材料的形變強化規(guī)律，可用 Hollomon公式S=K £ n描述。形變強化是金屬材料最重要的性質(zhì)之一，其工程意義在于：1）形變強化可使材料或零件具有抵抗偶然過載的能力，阻止塑性 變形的繼續(xù)發(fā)展，保證材料安全。2）形變強化是工程上強化材料的重要手段，尤其對于不能進行熱

24、處理強化的材料，形變強化成為提高其強度的非常重要的手段。3）形變強化性能可以保證某些冷成形如冷拔線材和深沖成形等工 藝的順利進行。8、簡述布氏硬度試驗方法的原理、計算方法和優(yōu)缺點。答：a）測試原理：用一定的壓力P將直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合 金球壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后卸除壓力，于是在試件表 面留下壓痕（壓痕的直徑和深度分別為d和h）。布氏硬度用單位壓 痕表面積A上所承受的平均壓力表示。b）計算方法：北 Eh一護c）優(yōu)缺點：優(yōu)點：1）分散性小，重復(fù)性好，能反映材料的綜合平均性能。2）可估算材料的抗拉強度。缺點：1）不能測試薄件或表面硬化層的硬度。2）試驗過程中，常需要更換壓頭和實驗載荷，

25、耗費人力和時間。9、解釋平面應(yīng)力和平面應(yīng)變狀態(tài)，并用應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)表述這兩 種狀態(tài)。答：對薄板，由于板材較薄，在厚度方向上可以自由變形，即 。這種只在兩個方向上存在應(yīng)力的狀態(tài)稱為平面應(yīng)力。 對厚板，由于厚度方向變形的約束作用，使得z方向不產(chǎn)生應(yīng) 變，即，這種狀態(tài)稱為平面應(yīng)變。10、什么是低溫脆性？并闡述低溫脆性的物理本質(zhì)。答：材料因溫度的降低由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩?沖擊吸收功 明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫恚?斷口特征由纖 維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀的現(xiàn)象，稱為低溫脆性或冷脆。低溫脆性是材料屈服強度隨溫度的下降而急劇增加、 但材料的 斷裂強度c卻隨溫度變化較小的結(jié)果。112、 簡述缺口的兩個

26、效應(yīng)，并畫出厚板缺口拉伸時彈性 狀態(tài)下的應(yīng)力分布圖。13、簡述氫脆的類型及其特征。14、簡述韌性斷裂和脆性斷裂，并畫出典型宏觀韌性斷口示意圖， 并標(biāo)注各區(qū)名稱。答：韌性斷裂：明顯宏觀塑性變形；裂紋擴展過程較慢； 斷口常呈暗灰色、纖維狀。塑性較好的金屬材料及高分子材 料易發(fā)生韌斷。脆性斷裂：無明顯宏觀塑性變形；突然發(fā)生，快速斷裂；32斷口宏觀上比較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。淬火鋼、 灰鑄鐵、玻璃等易發(fā)生脆斷。15、描述典型疲勞斷口的特征，畫出典型疲勞斷口示意圖，并標(biāo) 注各區(qū)名稱。答：典型疲勞斷口具有3個特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴展 區(qū)、瞬斷區(qū)。16、簡述缺口的三個效應(yīng)是什么？答：（1）缺口造

27、成應(yīng)力應(yīng)變集中，這是缺口的第一個效應(yīng)。（2）缺口改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由原來 的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶?，這是缺口的第二個效應(yīng)。（3）缺口使塑性材料強度增高，塑性降低，這是缺口的第三個效應(yīng)。17、應(yīng)力腐蝕斷裂的定義和腐蝕斷裂形態(tài)是什么。答：應(yīng)力腐蝕斷裂是指金屬材料在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作 用下所引起的斷裂。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從 表及里的裂紋裂紋的共同特點是在主干裂紋延伸的同時，還有 若干分支同時發(fā)展裂紋的走向宏觀上與拉應(yīng)力方向垂直微觀 斷裂機理一般為沿晶斷裂，也可能為穿晶解理斷裂或二者的混 合斷裂表面可見到“泥狀花樣”的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。六、計

28、算題:1、利用Hollomon公式S=Ken?推導(dǎo)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上應(yīng)力達到最 大值時開始產(chǎn)生頸縮的條件。解：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的應(yīng)力達到最大值時開始頸縮。在應(yīng)力- 應(yīng)變曲線的最高點處有：,其中P和S分別是試樣截面積為A時的載荷和真應(yīng)力。由于頸縮開始前試樣的變形是均勻分布的，所以有試樣的體積不變，即lA=常數(shù)，或Adl+ldA=O 。并考慮到應(yīng)變的定義，可得:/1 - -dA 'jt由dP=0可得： ' GSS A所以這就是頸縮判據(jù)。說明頸縮開始于應(yīng)變強化速率dS/d與真應(yīng)力相等的時刻。由Hollomon公式S=Ken和應(yīng)變強化指數(shù)n的定義得出：將頸縮條件空"代入上式，得

29、：n =£ （1 分）說明在頸縮開始時的真應(yīng)變在數(shù)值上與應(yīng)變強化指數(shù) n相等2、已知某構(gòu)件中存在長度為2a0的中心穿透裂紋，構(gòu)件材料的斷 裂韌性為“、疲勞裂紋擴展的門檻值為砂。若該構(gòu)件在最大應(yīng)力 為（的脈動應(yīng)力下工作，且。試用疲勞裂紋擴展速率的表達式詈w，推導(dǎo)該構(gòu)件的剩余疲勞壽命Nc。解：對具有中心穿透裂紋的構(gòu)件， 。由于構(gòu)件在最大應(yīng)力為（T 的脈動應(yīng)力下工作，所以；且由于，故可以利用Paris公式計算構(gòu)件的剩余壽命。aO;而最終裂紋長度可根據(jù)求得:根據(jù)Paris公式，而 =' -= ',則有: 所以:da對上式進行積分，當(dāng)m=2時，有:當(dāng)m2時，有:3、對質(zhì)點均勻分

30、布的兩相合金，如質(zhì)點間距為 入，試用無限大板 中心貫穿裂紋（裂紋長度為2a）延長線上的應(yīng)力場強度分布公式 叮2、虎克定律£ =a、最大均勻真應(yīng)變£和應(yīng)變強化指數(shù)n,推 導(dǎo)材料斷裂韌性KIC的表達式。解：已知材料為含有均布第二相質(zhì)點的兩柑合金，質(zhì)點間距為入，物體受力后裂紋頂端出現(xiàn)一塑性區(qū)，隨看外力增加，塑性區(qū) 增大，當(dāng)塑性區(qū)與裂紋前方的第一個質(zhì)點相遇時， 即塑性區(qū)尺寸 時，質(zhì)點與基體界面開裂形成孔洞?？锥磁c裂紋之間的材料好像 一個小的拉伸試樣。當(dāng)這個小拉伸試樣斷裂時，裂紋便開始向前 擴展，此時的KI因子就是材料的斷裂韌性KIC o裂紋頂端塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力為材料的屈服強度。彈性區(qū)

31、內(nèi)的應(yīng)力分布為點，應(yīng)變?yōu)閳D1 Krafft斷裂模型假定裂紋頂端與孔洞之間的小試樣的斷裂條件與單向拉伸時的 斷裂條件相同。當(dāng)塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)變達到單向拉伸頸縮時的應(yīng)變時， 即最大的均勻真應(yīng)變 時，小試樣便出現(xiàn)塑性失穩(wěn)。于是，裂紋擴展的臨界條件就是塑性區(qū)的應(yīng)變達到該材料的最大均勻真應(yīng)變 。而=n （n為應(yīng)變強化指數(shù)）。因此，裂紋擴 展的臨界條件為：所以，微孔集聚型斷裂的斷裂韌性為：4、有一大型板件，材料的 co.2=12OOMPa, Kic=115MPa*m1/2，探 傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa 下工作，試計算KI及塑性區(qū)寬度R。，并判斷該件是否安全？解：由題意知

32、穿透裂紋受到的應(yīng)力為a =900MPa根據(jù)a /oa的值，確定裂紋斷裂韌度Kic是否休要修正因為a /o滬900/1200=0.75>0.7所以裂紋斷裂韌度 Kic需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的 Ki為：K,二.氣=900 °01 ；一 1 衛(wèi)仃7(.J _°177(0.75)2.168.13""(MPa*m1/2)R0亡2塑性區(qū)寬度為：=0.004417937(m)= 2.21(mm)比較K1與Kic:因為 Ki=168.13 (MPa*m1/2)Kic=115 (MPa*m1/2)所以：KqKic，裂紋會失穩(wěn)擴展,所以該件不安全。7

33、、一塊含有長為16mm中心穿透裂紋K】=«n a)1/2的鋼板，受到 350MPa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。(1)如果材料的屈服強度是 1400MPa求塑性區(qū)尺寸和裂紋頂端應(yīng)力場強度因子值；(2)試 與第1題相比較，對應(yīng)力場強度因子進行塑性修正的意義。解：已知：a=8mm=0.008m, a =350 MPa, K: = a ( n a)(1) a / a s=350/1400 < 0.6 ,Ki =a ( n a)1/2=350X (3.14 X 0.008) 1/2=55.5 (MPa- mT) 21/(2.828 n ) X (Ki/ a s)2 =1/(2.8282n

34、)(55.5/1400)=0.00017m=0.17mm(2) 第1題中a / a s大于0.6，裂紋尖端不但有彈性變形，而且 會有塑性變形，不符合彈性力學(xué)理論，如不進行修正，計算所得 數(shù)值會與實際不符。25109、已知某材料的 Y s = 2J/m , E= 2X 10 MPa “2.5 X 10- m(1) 如存在0.8mm長的的垂直拉應(yīng)力的橫向穿透裂紋 (可視為無限 寬薄板)，求該材料的裂紋擴展的臨界應(yīng)力。(2)求這種材料的理 論斷裂強度，并結(jié)合(1)題，討論理論斷裂強度和實際斷裂強度。解：(1)已知 2a= 0.8mm=0.0008m=X 10-4ma c= ( E Y s/ a) 1

35、/2=2 X 105 X 106 X 2/(4 X 10-4) 1/2=3.16 X 107Pa= 31.6 MPa(2) 葉=(E y s/a°)1/2=2 X 105X 106X 2/(2.5 X 10-10) 1/2= 4 X 1010Pa= 4X 104MPa理論斷裂強度認(rèn)為材料中沒有任何缺陷，根據(jù)原子間的結(jié)合力計 算斷裂強度；而實際材料中已經(jīng)存在裂紋，當(dāng)平均應(yīng)力還很低時， 裂紋尖端的應(yīng)力集中已達到很高值，從而使裂紋快速擴展并導(dǎo)致 脆性斷裂。實際斷裂強度遠遠小于理論斷裂強度。10、 某壓力容器受到升壓降壓交變應(yīng)力 a= 120MPa作用，計算 得知該容器允許的臨界裂紋長度 2

36、ac = 125mm檢查發(fā)現(xiàn)該容器有 一長度2a=42mm的周向穿透裂紋，假設(shè)疲勞裂紋擴展符合 Paris 公式，假設(shè)疲勞擴展系數(shù) C= 2X 10 10, n= 3,試計算該容器的疲 勞壽命？解：設(shè)裂紋為無線大板穿透裂紋，則Kl =遷.半由Paris公式冷）n得解得N=3016211、有一材料，模量E= 200GPa,單位面積的表面能丫 s= 8 J/m , 試計算在70MPa的拉應(yīng)力作用下，該裂紋的臨界裂紋長度？若該 材料裂紋尖端的變形塑性功 y p= 400 J/m2,該裂紋的臨界裂紋長 度又為多少？利用格里菲斯公式和奧羅萬修正公式計算解：由格里菲斯公式得比 /a=2Es/；¥

37、=2 200 10n9 8-(7& 10"12) =0.653nm 由奧羅萬修正公式得a g ZE('亠)/ -2.200 109(8 400)=(701012 -) -Q.0212m12、馬氏體時效鋼的屈服強度是 2100MPa斷裂韌度66MPamT , 用這種材料制造飛機起落架，最大設(shè)計應(yīng)力為屈服強度的70%,若可檢測到的裂紋長度為2.5mm試計算其應(yīng)力強度因子，判斷材 料的使用安全性。提示：假設(shè)存在的是小的邊緣裂紋，采用有限 寬板單邊直裂紋模型，2b>>a;若存在的是穿透裂紋，則應(yīng)用無限 大板穿透裂紋模型計算Kl =1.12二甫，=1.12 0.7

38、2100 10"，：, ：，：2.5 10” 丄=145.9MPa m1/2KiKic-不安全二迪 £7 2100 >10"6二2.5 10" 3 出0.3MPa1/2-不安全14、對靜載拉伸實驗，試根據(jù)體積不變條件及延伸率、斷面收縮率的概念，推導(dǎo)均勻變形階段材料的延伸率 S與斷面收縮率的關(guān) 系式。解：在均勻變形階段，由變形前后體積不變的條件.可得:A/A!/ = /& + A/ = /0(l + ) = Zfl(l-k J) A = A-AA =于是，可推出材料的延伸率S與斷面收縮率師可的關(guān)系：1+5=1 一眇或j上式表明，在均勻變形階段

39、s恒大于山C15、有一大型厚板構(gòu)件制造時，出現(xiàn)了中心穿透裂紋，若2a = 2mm, 在工作應(yīng)力 尸1000MPa下工作，應(yīng)該選什么材料的 缸與KIC配合 比較合適？已知構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后的 樂2與KIC值列于下表：70.2/MP a11 0012 001300140015 00Kq/ MP a*m1/211095756055已知工作應(yīng)力(7=lOOOMPa;裂紋長度為2a=2mm,于是a=1mm=0.001m。構(gòu)件為大 型厚板結(jié)構(gòu)，屬平面應(yīng)變。(1)對屈服強度為1100 MPa、斷裂 1/2疔韌性為 110 MPa*m 的材料，因 =1000/1100= 0.91 >0.5,于是裂紋

40、前端的應(yīng)力強度因子KI為:<110 MPa+ml1/2 1/2=60.65 MPa*m v 110 MPa*m因此選用該材料是安全的。(3分)(2)對屈服強度為1200 MPa、斷裂韌性為95 MPa*m1/2的材料， 因=1000/1200= 0.83> 0.6,于是裂紋前端的應(yīng)力強度因子 KI為:I gyjjiu =59.79 MPa+m1；2<95 MPa+m1'1/2 1/2=59.79 MPa*m v 95 MPa*m因此選用該材料是安全的。(3分)1/2一 59.22 MPa*11? Y 75 MPa*mKJ(3) 對屈服強度為1300 MPa、斷裂韌性為

41、75 MPa*m 的材料， 因=1000/1300= 0.77>0.5,于是裂紋前端的應(yīng)力強度因子 KI 為：卜£%尸1/2 1/2=59.22 MPa*m v 75 MPa*m因此選用該材料是安全的。(3分)1/2(4) 對屈服強度為1400 MPa、斷裂韌性為60 MPa*m 的材料， 因=1000/1400= 0.71 > 0.5,于是裂紋前端的應(yīng)力強度因子 KI 為：匚 _E_ 切 了4 MPa*ml 2<60 MPa*ml 2卜1/2 1/2=58.74 MPa*m v 60 MPa*m因此選用該材料是安全的。(3分)1/2(5) 對屈服強度為1500 M

42、Pa、斷裂韌性為55 MPa*m 的材料, 因=1000/1500= 0.67>0.5,于是裂紋前端的應(yīng)力強度因子 KI為：=58.38 MPa*n? -> 55 MPa+m1 -1/2 1/2=58.38 MPa*m > 55 MPa*m因此選用該材料是不安全的。1、某一高強鋼在化學(xué)介質(zhì)和外加載荷的共同作用下，常發(fā)生低應(yīng)力脆斷。試從斷口和電化學(xué)的角度，闡述如何區(qū)分鋼的應(yīng)力腐蝕 與氫致延滯斷裂。斷裂 源位 置宏觀特征微觀特 征次 裂 紋應(yīng)力在表顏色有腐蝕較腐蝕 破裂面上較暗產(chǎn)物多氫在表斷口無腐蝕很脆面下光亮產(chǎn)物少答：a）斷口特征：13、已知由某種鋼材制作的大 型厚板結(jié)構(gòu)（屬平

43、面應(yīng)變）， 承受的工作應(yīng)力為 a =560MPa板中心有一穿透裂紋（），裂紋的長度為2a=6mm鋼料的性能指標(biāo)如下表所示:(=560MPa, 板中心 有一穿 透裂紋（aKIa(MP a)Kic(MPa*m1/2)），裂 紋的長 度為2a=6m m,鋼料的性 能指標(biāo) 如下表 所示：溫度（C）-50100030-309005008009050700150試求：a） 安全的？該構(gòu)件在哪個溫度點使用時是b）該構(gòu)件在0C和50C時的塑性區(qū)大小R。c）用作圖法求出該材料的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度 TK。其中已知：一（平面應(yīng)力）；（平面應(yīng)變）一74r-（平面應(yīng)力）；卜越（平面應(yīng)變）解：已知a =560MPa裂紋長度

44、為2a=6mm于是a=0.003mm構(gòu)件為大型厚板結(jié)構(gòu)，屬平面應(yīng)變。a）在-50 C下，=560/1000= 0.56<0.6，于是有：心=匚岳 一 “ 40 MPa*ui' 1因此在-50 C下是不安全的。在-30 C下，-=560/900= 0.62>0.6，于是有：ffj -廠 叭你 32 MFi+m!:1嚴(yán)總第P因此在-30 C下是不安全的。在0C下，=560/800= 0.70>0.6，于是有：Xr N" E-5d.sa MPa Mo MPa+m.1 J卜僉$因此在0C下是安全的。cr在50C下，_ = 560/700= 0.80>0.6，于

45、是有：h因此在50 C下是安全的。 該構(gòu)件在0°C、50C下是安全的。b) 在0C下，KI = 56.88 MPa*m1/2, a S=800MPa 所以有：R = L () =5.的"O皿=0.5 陽cnni2山眄在50C下，KI = 57.78 MPa*m1/2, a S=700MPa 所以有：I jfft = : (m C5* 11=0c) 由 ,可求出斷裂應(yīng)力為。將裂紋長度、不同溫度下的屈服強度和斷裂韌性代入上式得： -50 C， aC = 306.5MPa-30 C, a c = 497MPa0C, a c = 886MPa50C, a c= 1455MPa (2分)利用不同的屈服強度aS和斷裂強度a C與溫度作圖，如下圖：由圖可見a s和TaC兩條曲線相交于-7 C,于是該材料的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度為-7 Co5、有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150MPa,使用中發(fā)現(xiàn)橫向