材料力學(xué)課后習(xí)題答案

1、材料力學(xué)課后習(xí)題答案歡迎大家來(lái)到，本人搜集整理了材料力學(xué)課后習(xí)題答案 供大家查閱，希望大家喜歡。1、解釋下列名詞。1 彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開(kāi)始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。2. 滯彈性：金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應(yīng) 變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。3. 循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力稱為循環(huán)韌性。4. 包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變 形，卸載后再同向加載， 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加 ; 反向加載， 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。5. 解理刻面：這種大致以晶粒大小為單位的

2、解理面稱為 解理刻面。6. 塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久 （塑性 ）變形的 能力。韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。7. 解理臺(tái)階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯(cuò)相遇時(shí)，便形成個(gè)高度為 b 的臺(tái)階8. 河流花樣：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互匯合, 同號(hào)臺(tái)階相互匯合長(zhǎng)大 , 當(dāng)匯合臺(tái)階高度足夠大時(shí) , 便成為河 流花樣。是解理臺(tái)階的 1 種標(biāo)志。9. 解理面：是金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá) 到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷 裂，因與大理石斷裂類似，故稱此種晶體學(xué)平面為解理面。10. 穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)晶內(nèi)，可以是韌性 斷裂，也可以是脆性斷裂。

3、沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展， 多數(shù)是脆性斷裂。11. 韌脆轉(zhuǎn)變：具有一定韌性的金屬材料當(dāng)?shù)陀谀骋粶?度點(diǎn)時(shí)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來(lái)的韌性斷裂 變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變12. 彈性不完整性：理想的彈性體是不存在的，多數(shù)工 程材料彈性變形時(shí)，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應(yīng)變 滯后于應(yīng)力變化等現(xiàn)象 , 稱之為彈性不完整性。彈性不完整 性現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循環(huán)韌性等決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些 ? 答：內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié) 構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相。外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力 狀態(tài)。2、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂最危

4、險(xiǎn) ?答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變 形的斷裂，這種斷裂有 1 個(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò) 程中不斷地消耗能量 ; 而脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂 前基本上不發(fā)生塑性變形， 沒(méi)有明顯征兆， 因而危害性很大。3、剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂，為什么斷裂性 質(zhì)完全不同 ?答：剪切斷裂是在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成的 滑移面分離，一般是韌性斷裂，而解理斷裂是在正應(yīng)力作用 以極快的速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂，解理斷裂 通常是脆性斷裂。4、何謂拉伸斷口三要素 ?影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素 有哪些 ?答：宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇 3 個(gè)區(qū)域組成，即所

5、謂的斷口特征三要素。上述斷口三區(qū)域的 形態(tài)、大小和相對(duì)位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的性 能以及試驗(yàn)溫度、加載速率和受力狀態(tài)不同而變化。5、論述格雷菲斯裂紋理論分析問(wèn)題的思路，推導(dǎo)格雷 菲斯方程，并指出該理論的局限性。答：只適用于脆性固體 , 也就是只適用于那些裂紋尖端 塑性變形可以忽略的情況。第二章 金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能、解釋下列名詞：(1) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 材料或工件所承受的最大切應(yīng)力t max和最大正12應(yīng)力 a max比值，即： max(2) 缺口效應(yīng) 絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都不是均勻而無(wú) 變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、 軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種

6、截面變化的部分可視為 “缺口”，由于缺口的存在，在載荷作用下缺口截面上的應(yīng) 力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的缺口效應(yīng)。(3) 缺口敏感度缺口試樣的抗拉強(qiáng)度 a bn 的與等截面尺 寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度 a b 的比值，稱為缺口敏感度，即：(4) 布氏硬度用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位 面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度(5) 洛氏硬度采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭， 以測(cè)量壓痕深度所表示的硬度(6) 維氏硬度以兩相對(duì)面夾角為 1 36。的金剛石四棱錐作 壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。(7) 努氏硬度采用 2 個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭， 由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的

7、硬度。(8) 肖氏硬度采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證 的金屬硬度。(9) 里氏硬度采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表證 的金屬硬度。二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1) a be材料的抗壓強(qiáng)度(2) a bb材料的抗彎強(qiáng)度(3) t s材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)(4) T b材料的抗扭強(qiáng)度(5) a bn 材料的抗拉強(qiáng)度(6) NSR 材料的缺口敏感度(7) HBW壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度(8) HRA 材料的洛氏硬度(9) HRB 材料的洛氏硬度(10) HRC 材料的洛氏硬度(11) HV 材料的維氏硬度在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布：薄板：在缺口根部處于單向 拉應(yīng)力狀態(tài)，在板中心部位處于兩向

8、拉伸平面應(yīng)力狀態(tài)。厚板：在缺口根部 處于兩向拉應(yīng)力狀態(tài)，缺口內(nèi)側(cè)處三向拉伸平面應(yīng)變狀態(tài)。無(wú)論脆性材料或塑性材料，都因機(jī)件上的缺口造成兩向 或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中而產(chǎn)生脆性傾向，降低了機(jī)件的 使用安全性。為了評(píng)定不同金屬材料的缺口變脆傾向，必須 采用缺口試樣進(jìn)行靜載力學(xué)性能試驗(yàn)。八. 今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說(shuō)明選擇何 種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。(1) 滲碳層的硬度分布 ;(2) 淬火鋼 ;(3) 灰鑄鐵 ;(4) 鑒別 鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體 ;(5) 儀表小黃銅齒輪 ;(6) 龍門刨床導(dǎo)軌 ;(7) 滲氮層 ;(8) 高速鋼刀具 ;(9) 退火態(tài)低碳鋼 ;(10) 硬質(zhì)合金。(1

9、) 滲碳層的硬度分布 HK 或-顯微 HV(2) 淬火鋼 HRC(3) 灰鑄鐵 HB(4) 鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體 顯微 HV或者 HK(5) 儀表小黃銅齒輪 HV(6) 龍門刨床導(dǎo)軌-HS(肖氏硬度)或HL(里氏硬度)(7) 滲氮層 HV(8) 高速鋼刀具 HRC(9) 退火態(tài)低碳鋼 HB(10) 硬質(zhì)合金 HRA第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能沖擊韌性 : 材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力?！綪57】沖擊韌度：:U 形缺口沖擊吸收功 AKU 除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，a ku=Aku/S (J/cm2),反應(yīng)了材料抵抗沖擊載荷的能力，用a

10、KU表示。P57注釋/P67沖擊吸收功 : 缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)中，擺錘沖斷試樣 失去的位能為mgH1-mgH2此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以 AK表示，單位為 J。P57/P67低溫脆性： 體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方 晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 (鐵素體 -珠光體 鋼) ，在試驗(yàn)溫度低于某一溫度 tk 時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)變?yōu)榇?性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)?穿晶解理型，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆 性。韌性溫度儲(chǔ)備 : 材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值， 保證材料的低溫服役行為。二、 (1) AK ：沖

11、擊吸收功。含義見(jiàn)上面。沖擊吸收功 不能真正代表材料的韌脆程度，但由于它們對(duì)材料內(nèi)部組織 變化十分敏感，而且沖擊彎曲試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，被廣泛采 用。AKV (CVN)：V 型缺口試樣沖擊吸收功 .AKU： U 型缺口沖擊吸收功 .(2)FATT50 ：通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%時(shí)的溫度為 tk ，并記為50%FATT 或 FATT50% t50。(或: 結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積 50%是的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn) 變溫度 .(3)NDT: 以低階能開(kāi)始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫 度, 稱為無(wú)塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。(4)FTE:以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義tk ，記為 FTE(5)FTP:以

12、高階能對(duì)應(yīng)的溫度為 tk ，記為 FTP四、試說(shuō)明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素 低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對(duì)于那些有低溫脆性現(xiàn)象 的材料，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)隨溫度的降低急劇增加，而斷裂 強(qiáng)度隨溫度的降低而變化不大。當(dāng)溫度降低到某一溫度時(shí)， 屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在這個(gè)溫度以下材料的屈 服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷 裂了，材料顯示脆性。 從微觀機(jī)制來(lái)看低溫脆性與位錯(cuò)在 晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力 增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強(qiáng)度增加。 影 響材料低溫脆性的因素有 (P63 ， P73) ：1. 晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)稱性低的體心立方以及密

13、排六方金屬、 合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢(shì)明顯，塑性差。2. 化學(xué)成分：能夠使材料硬度，強(qiáng)度提高的雜質(zhì)或者合 金元素都會(huì)引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。3. 顯微組織：晶粒大小，細(xì)化晶?？梢酝瑫r(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因?yàn)?晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力，晶粒細(xì)小，晶界總面積增加， 晶界處塞積的位錯(cuò)數(shù)減 少，有利于降低應(yīng)力集中 ; 同時(shí)晶界 上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。 金相組織： 較低強(qiáng)度水平時(shí)強(qiáng)度相等而組織不同的鋼，沖擊吸收功和韌 脆轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片 狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋼 的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時(shí)均使材料

14、韌性下降，韌 脆轉(zhuǎn)變溫度升高。五 . 試述焊接船舶比鉚接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。 焊接容易在焊縫處形成粗大金相組織氣孔、夾渣、未熔 合、未焊透、錯(cuò)邊、咬邊等缺陷，增加裂紋敏感度，增加材 料的脆性，容易發(fā)生脆性斷裂。七 . 試從宏觀上和微觀上解釋為什么有些材料有明顯 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而另外一些材料則沒(méi)有 ?宏觀上，體心立方中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼隨溫度的降低沖擊 功急劇下降，具有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在 很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，沒(méi)有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒(méi)有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。微觀上，體心立方金屬中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力對(duì)溫度變化非 常敏感，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力隨溫度下降而增加，

15、在低溫下，該材 料處于脆性狀態(tài)。而面心立方金屬因位錯(cuò)寬度比較大，對(duì)溫 度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，對(duì) 低碳鋼施加一高速到高于屈服強(qiáng)度時(shí)，材料并不立即產(chǎn)生屈 服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期 （ 稱為遲屈時(shí)間 ）才開(kāi)始塑性變形， 這種現(xiàn)象稱為遲屈服現(xiàn)象。由于材料在孕育期中只產(chǎn)生彈性 變形，沒(méi)有塑性變形消耗能量，所以有利于裂紋擴(kuò)展，往往 表現(xiàn)為脆性破壞。第四章 金屬的斷裂韌度2. 名詞解釋低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件 ，中低強(qiáng)度 鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。張開(kāi)型 （? 型）裂紋： 拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂 紋沿作用力方向張開(kāi)

16、，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 K? ： 在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量 除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子K?有關(guān)，對(duì)于某一確定的 點(diǎn)，其應(yīng)力分量由 K?確定，K?越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分 量也越大，這樣 K?即可表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱K?為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。 “I ”表示 I 型裂紋。小范圍屈服： 塑性區(qū)的尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸 為小時(shí)（小 1個(gè)數(shù)量級(jí)以上 ） ，這就稱為小范圍屈服。有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力。 有效裂紋長(zhǎng)度：因裂紋尖端應(yīng)力的分布特性，裂尖前沿 產(chǎn)生有塑性屈服區(qū)，屈服區(qū)內(nèi)松弛的應(yīng)力將疊加至屈服區(qū)之 外，從而使屈服區(qū)之外的應(yīng)力增加，其效果相當(dāng)于因裂紋長(zhǎng) 度增加

17、ry 后對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的影響，經(jīng)修正后的裂紋長(zhǎng) 度即為有效裂紋長(zhǎng)度 : a+ry 。裂紋擴(kuò)展 K 判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足 KI?KIC ，就 會(huì)發(fā)生脆性斷裂 . 反之， 即使存在裂紋， 若 KI?KIC 也不會(huì)斷 裂。新P71:舊832、說(shuō)明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系K?C和KC答： 臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的 K?記作K?C或KC,K?C 為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料 抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。KC為平面應(yīng)力斷裂韌度， 表示在平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。它們都是 ?型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但KC值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋39 材料力學(xué)性能課

18、后習(xí)題答案 _材料力學(xué)課后習(xí)題答案 尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低 值，即為K?C它與試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。3、試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。答： 低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工 和使用過(guò)程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于 屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。 預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī) 件的設(shè)計(jì)上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最 大工作應(yīng)力，或者當(dāng)機(jī)件的工作應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù) 確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。4、為什么研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而 用其它判據(jù) ?答：由 41 可知，裂紋前端的應(yīng)力是 1 個(gè)變化復(fù)

19、雜的多 向應(yīng)力，如用它直接建立裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力判據(jù)，顯得十分復(fù) 雜和困難；而且當(dāng)r-0時(shí)，不論外加平均應(yīng)力如何小，裂紋 尖端各應(yīng)力分量均趨于無(wú)限大，構(gòu)件就失去了承載能力，也 就是說(shuō)，只要構(gòu)件一有裂紋就會(huì)破壞，這顯然與實(shí)際情況不 符。這說(shuō)明經(jīng)典的強(qiáng)度理論單純用應(yīng)力大小來(lái)判斷受載的裂 紋體是否破壞是不正確的。因此無(wú)法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問(wèn) 題。因此只能用其它判據(jù)來(lái)解決這一問(wèn)題。5、試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋K?的表達(dá)式答：幾種裂紋的K?表達(dá)式，無(wú)限大板穿透裂紋： K?a; 有限寬板穿透裂紋：aaK?a; 有限寬板單邊直裂紋： K?af();K?af() 當(dāng) b?a 時(shí)， bb受彎單邊裂紋梁：

20、K?6Maf(); 無(wú)限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受 3/2(b?a)b2 均勻拉伸： K?a?a2(sin?2cos2?)1/4; 無(wú)限大物體表面有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)c?a。 ? 處均受拉伸： A 點(diǎn)的 K? 7、試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素。 答：機(jī)件上由于存在裂紋， 在裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中， 當(dāng)by趨于材料的屈服應(yīng)力時(shí)，在裂紋尖端處便開(kāi)始屈服產(chǎn) 生塑性變形，從而形成塑性區(qū)。影響塑性區(qū)大小的因素有：裂紋在厚板中所處的位置， 板中心處于平面應(yīng)變狀態(tài)，塑性區(qū)較小 ; 板表面處于平面應(yīng) 力狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無(wú)論平面應(yīng)力或平面應(yīng)變，塑性 區(qū)寬度總是與 (KIC/ b s)2 成正比

21、。13、斷裂韌度 KIC 與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系： 總的來(lái)說(shuō)， 斷裂韌度隨強(qiáng)度的升高而降低。15 、影響 KIC 的冶金因素： 內(nèi)因： 1、學(xué)成分的影響 ;2 、 集體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響 ;3 、雜質(zhì)及第二相的影響 ;4、 顯微組織的影響。外因： 1、溫度 ;2 、應(yīng)變速率。16. 有 1 大型板件，材料的 b =1200MPa， KIc=115MPa*m1/2 ， 探傷發(fā)現(xiàn)有20m m長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力 900MPa下工作，試計(jì)算 KI及塑性區(qū)寬度 R0,并判斷該件是 否安全 ?解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為a =900MPa根據(jù)c / a的值，確定裂紋斷裂韌度KIC

22、是否休要修正因?yàn)?a / a =900/1200=> ，所以裂紋斷裂韌度 KIC 需要修 正 對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的 KI 為：?KI?)?0?()( .177(?/?s)1?KI? 塑 性 區(qū) 寬 度為：？R0?比較 K1 與 KIc : 22?s?因?yàn)?K1=(MPa*m1/2)KIc=115(MPa*m1/2)所以： K1>KIc ，裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展 , 所以該件不安全。17.有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150MPa使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定u =1,測(cè)試材料的a =720MPa , 試估算材料的斷裂

23、韌度KIC為多少？解： 因?yàn)?a /a =150/720= KIC=Ya cac1/2對(duì)于表面半橢圓裂紋， Y=/u =?3?150?25?10 所以， KIC=Ya cac1/2=(MPa*m1/2)第五章 金屬的疲勞1. 名詞解釋 ;應(yīng)力幅 a a: a a=1/2( a max-a min) p95/p108平均應(yīng)力 a m： a m=1/2( a max+a min) p95/p107應(yīng)力比 r:r= a min/ a max p95/p108疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機(jī)件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連。 P96疲勞貝紋線：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認(rèn)為它是由載 荷變動(dòng)引

24、起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺(tái)階痕跡。 P97/p110疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征是具有 略程彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶 （ 疲勞輝紋， 疲勞條紋 ） p113/p132駐留滑移帶：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的表面循 環(huán)滑移帶去除，當(dāng)對(duì)式樣重新循環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又 會(huì)在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移 帶。 P111 K:材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當(dāng)時(shí)的裂紋尺寸有關(guān)。K是由應(yīng)力范圍&和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍， K=Kmax-Kmin=Yc ma"a-Y a min Va=YA a Va. p105/p

25、120da/dN: 疲勞裂紋擴(kuò)展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴(kuò)展的距離。 P105疲勞壽命：試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下直至發(fā)生 破壞前所經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù) p102/p117過(guò)載損傷：金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定 周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小，就造成了過(guò)載損傷。 P102/p1172. 揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義疲勞強(qiáng)度 a -1 , a -p, t -1, a -1N, P99,100,103/p114a -1：對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；a -p：對(duì)稱拉壓疲勞極限 ; t -1: 對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限 ; a -1N: 缺口試樣 在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。 疲勞缺

26、口敏感度 qf P103/p118金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺 口敏感度來(lái)評(píng)定。 Qf=(Kf-1)/(kt-1). 其中 Kt 為理論應(yīng)力集 中系數(shù)且大于一， Kf 為疲勞缺口系數(shù)。 Kf=( a -1)/( a -1N)過(guò)載損傷界 P102,103/p117 由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，測(cè)出不同過(guò)載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開(kāi)始降低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到不同試驗(yàn)點(diǎn)，連接各點(diǎn)便得 到過(guò)載損傷界。疲勞門檻值 Kth P105/p120在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的I區(qū)，當(dāng) KW Kth時(shí)，da/aN=O,表示裂紋不擴(kuò)展；只有當(dāng) K>A Kth時(shí)，da/dN>0, 疲勞裂紋才開(kāi)始擴(kuò)展。因此

27、，A Kth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的 A K臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。4. 試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過(guò)程 ( 新書 P9698 及PPT, 舊書P109111)答：典型疲勞斷口具有 3個(gè)形貌不 同的區(qū)域疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。(1) 疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞源區(qū)的光亮度最大，因?yàn)檫@里在整個(gè)裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過(guò)程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮 平滑，另疲勞源的貝紋線細(xì)小。(2) 疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，是 判斷疲勞斷裂的重要特征證據(jù)。特征是：斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口 光滑是疲勞源區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋向前擴(kuò)展逐漸減 弱。貝紋線是由載荷變動(dòng)引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)

28、時(shí)的開(kāi)動(dòng)與停 歇，偶然過(guò)載引起的載荷變動(dòng)，使裂紋前沿線留下了弧狀臺(tái) 階痕跡。(3) 瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū) 域。其斷口比疲勞區(qū)粗糙，脆性材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖維狀斷口。6. 試述疲勞圖的意義、建立及用途。 ( 新書 P101102， 舊書 P115117)答：定義：疲勞圖是各種循環(huán)疲勞極限的集合圖，也是 疲勞曲線的另 1 種表達(dá)形式。意義：很多機(jī)件或構(gòu)件是在不對(duì)稱循環(huán)載荷下工作的， 因此還需要知道材料的不對(duì)稱循環(huán)疲勞極限，以適應(yīng)這類機(jī) 件的設(shè)計(jì)和選材的需要。通常是用工程作圖法，由疲勞圖求 得各種不對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限。1、?a?m疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以 ?a 表

29、示，橫坐標(biāo)以 ?m 表示。 然后，以不同應(yīng)力比 r 條件下將?max表示的疲勞極限?r分解為?a和？m并在該 坐標(biāo)系中作ABC曲線，即1?a(?max?min)1?r 為?a?m疲勞圖。其幾何關(guān)系為： tan? ?m(?max?min)1?r2( 用途) ：我們知道應(yīng)力比 r ，將其代入試中，就可以求得tan?和？，而后從坐標(biāo)原點(diǎn) 0引直線，令其與橫坐標(biāo)的夾 角等于？值，該直線與曲線ABC相交的交點(diǎn)B便是所求的點(diǎn)， 其縱、橫坐標(biāo)之和， 即為相應(yīng) r 的疲勞極限 ?rB，?rB?aB?mB。2、?max(?min)?m 疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以？max或?min表示，橫坐標(biāo)以？m 表示。然后

30、將不同應(yīng)力比r下的疲勞極限，分別以？max(?min)和？m表示于上述 坐 標(biāo) 系 中 ， 就 形 成 這 種 疲 勞 圖 。 幾 何 關(guān) 系 為 ： tan?max2?max2 ?m?max?min1?r( 用途 ) ：我們只要知道應(yīng)力比 r, 就可代入上試求得 tan? 和？，而后從坐標(biāo)原點(diǎn) 0引一直線0H令其與橫坐標(biāo)的夾角 等于？，該直線與曲線 AHC相交的交點(diǎn)H的縱坐標(biāo)即為疲勞 極限。8. 試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素( 新書P107109,舊書 P123125)dac(?K)n?答：1、應(yīng)力比r(或平均應(yīng)力？m)的影響：Forman提出：dN(1?r)Kc?K殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小

31、 r, 使因會(huì)增大 r ,使 da 降低和 ?Kth 升高,對(duì)疲勞壽命有利 ; 而殘余拉應(yīng)力dNda升高和？Kth降低，對(duì)疲勞壽命不利。dN2、過(guò)載峰的影響：偶然過(guò)載進(jìn)入過(guò)載損傷區(qū)內(nèi),使材 料受到損傷并降低疲勞壽命。但若過(guò)載適當(dāng),有時(shí)反而是有 益的。da3、材料組織的影響：晶粒大小：晶粒越粗大，其?Kth 值越高,越低,對(duì) dN疲勞壽命越有利。組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含 量越多時(shí),其 ?Kth 值就越高。當(dāng)鋼的淬火組織中存在一定量的殘余奧氏體和貝氏 體等韌性組織時(shí),可以提da高鋼的？Kth，降低。噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高？Kth。dN9. 試述疲勞微觀斷口的主要特征。答：斷口特征是具有略

32、呈彎曲并相互平行的溝槽花樣, 稱疲勞條帶 (疲勞條紋、疲勞輝紋 )。疲勞條帶是疲勞斷口最 典型的微觀特征。滑移系多的面心立方金屬,其疲勞條帶明顯 ; 滑移系少或組織復(fù)雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。疲勞裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化模型 (Laird 模型) ：圖中 (a), 在交變應(yīng)力為零時(shí)裂紋閉合。圖 (b) ，受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開(kāi)，在裂紋尖端沿最大切 應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。圖(c),裂紋張開(kāi)至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開(kāi)呈半圓形，裂紋停止擴(kuò)展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力 集中減小，裂紋停止擴(kuò)展的過(guò)程稱為“塑性鈍化” 。圖 (d) ，當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，滑移方向也改變了， 裂紋尖端被壓彎成“耳狀”

33、切口。圖 (e) ，到壓縮應(yīng)力為最大值時(shí)，裂紋完全閉合，裂紋 尖端又由鈍變銳，形成一對(duì)尖角。12. 試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。 答：表面強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力， 同時(shí)還能提高機(jī)件表面的強(qiáng)度和硬度。這兩方面的作用都能 提高疲勞強(qiáng)度。表面強(qiáng)化方法，通常有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表 面化學(xué)熱處理等。(1) 表面噴丸及滾壓 噴丸是用壓縮空氣將堅(jiān)硬的小彈丸高速噴打向機(jī)件表 面，使機(jī)件表面產(chǎn)生局部形變硬化 ; 同時(shí)因塑變層周圍的彈 性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 表面滾壓和噴丸 的作用相似，只是其壓應(yīng)力層深度較大，很適于大工件 ; 而 且表面粗糙度低，強(qiáng)化效果更好。(2)

34、 表面熱處理及化學(xué)熱處理 他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能外，還可 以利用表面組織相變及組織應(yīng)力、熱應(yīng)力變化，使機(jī)件表面 層獲得高強(qiáng)度和殘余壓應(yīng)力，更有效地提高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和 疲勞壽命。13. 試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。 金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加 其應(yīng)力不斷增加，即為循環(huán)硬化。金屬材料在恒定應(yīng)變范圍 循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力逐漸減小，即為循環(huán)軟 化。金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化與軟化取決于材料的初始狀態(tài)、 結(jié)構(gòu)特性以及應(yīng)變幅和溫39 材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案 _材料力學(xué)課后習(xí)題答案 度等。循環(huán)硬化和軟化與 a b / a S有關(guān)： a b / a S，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；a b / a s也可用應(yīng)變硬化指數(shù) n 來(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)材料的影響， n1 硬化。 退火狀態(tài)的塑性材料往往表 現(xiàn)為循環(huán)硬化，加工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。循環(huán)硬化和軟化與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)：退火軟金屬中，位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，運(yùn)動(dòng)阻力增大而硬 化。冷加工后的金屬中，有位錯(cuò)纏結(jié)，在循環(huán)應(yīng)力下破壞，