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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料y(共3篇)中原工学院材料与化工学院材料性能学材控专业课后习题第一章材料在单向拉伸时的力学性能1-1名词解释1.弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。2.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，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。其来源于金属材料中的位错运动所受阻力的变化。可通过热处理消除。3.塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力4.韧性：材料变形时吸收变形力的能力5.脆性断裂(弹性断裂)：材料断裂前不发生塑性变形，而裂纹的
2、扩展速度往往很快。断口呈现与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，为放射状或结晶状。6.韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显塑性变形的断裂过程。断口呈现暗灰色、纤维状。7.剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成断裂。断口呈现锋利的楔形或微孔聚集型，即出现大量韧窝。8.河流花样：解理裂缝相交处会形成台阶，呈现出形似地球上的河流状形貌9.解理台阶：解理裂纹的扩展往往是沿晶面指数相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面进行的。不同高度的解理面存在台阶。10.韧窝：通过孔洞形核、长大和连接而导致韧性断裂的断口1-3材料的弹性模数主要取决于什么因素？答：影响弹性模数的因素：键合方式和原子结构、
3、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间1-4决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？答：1、晶体结构：屈服是位错运动，因此单晶体理论屈服强度临界切应力2、晶界和亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多，常温时材料的屈服强度增加。晶粒越细小，亚结构越多，位错运动受阻越多，屈服强度越大。3、溶质元素：由于溶质原子与溶剂原子直径不同，在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，其与位错应力场相互作用，使位错运动受阻，增大屈服强度。固溶强化、柯氏气团强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化4、第二相：弥散分布的均匀细小的第二相有利于提高屈服强度5、环境因素对屈服强度的影响1）温度的影响:温度升高，
4、屈服强度降低，但变化趋势因不同晶格类型而异。2）加载速度(变形速度)的影响:加载速度增大，金属的强度增高，但屈服强度的增高比抗拉强度的增高更为明显3）应力状态的影响:不同加载方式下，屈服强度不同1-8、金属材料的应变硬化有何实际意义？答：1、在加工是合理配合应变硬化和塑性变形，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利进行2、低碳钢切削时易产生粘刀，表面质量差，可进行冷变形降低塑性，改善切削加工性能。3、在材料应用方面，应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力。保证机件使用安全。4、应变硬化也是强化金属的重要手段，尤其是对那些不能进行热处理强化的材料。1-13、何谓拉伸端口三要素？影
5、响宏观拉伸断口的性态因素？答：纤维区放射区剪切唇影响因素：试样形状、尺寸和金属材料的性能以及实验温度，加载速度和受力状态。1-14、纯铁S=2J/m,E=2*10MPa,0=*10m,求理论断裂强25-10度m答：由公式m=(E*S/0)1/2得：m=(2*105*106*2/*10-10)1/2=*1010Pa=*104MPa1-15、一薄板内有一条长3mm的裂纹，且0=3*10mm.求脆性断5裂应力C答：由m/c=(/0)1/2解得：C=-81-16、一材料E=2*10N/mS=8N/m试计算在7*10N/m的拉应力下材料的临界裂纹长度。答：当C=7*107N/m2时，因为aC=E*S/a
6、c2,解得aC=临界裂纹长度a=2*aC=*2=112,721-18、格里菲斯公式适用哪些范围及在什么情况下需要修正？答：格里菲斯只适用于脆性固体如玻璃、无机晶体材料、超高强钢。对于许多工程结构材料如结构钢、高分子材料、裂纹尖端产生较大的塑性变形，要消耗大量塑性变形功，必须对格里菲斯进行修正。1-19屈服强度的工程意义？答：作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据根据屈服强度与抗拉强度之比的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆断的参考依据。1-20.弹性极限，比例极限的工程意义答：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性
7、关系的机件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则应以比例极限作为选择材料的依据，对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。1-21.金属塑性的工程意义答：材料具有一定的塑性，当其偶然过载时，通过塑性变形和应变硬化的配合可避免机件发生突然破坏材料具有一定的塑性还有利于塑性加工和修复工艺的顺利进行对于金属材料，其塑性的好坏是评定材料冶金质量的重要标准。1-22.包申格效应的产生原理？答：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。金属受载产生少量塑性变形时，运动位错遇林位错而弯曲受阻，并形成位错缠结或胞状组织，如果此时卸载并随即同
8、向加载，在原先加载的应力水平下，被缠结的位错不能做显著运动，宏观上表现为规定残余伸长应力增加。如果卸载后施加反向应力，位错反向运动时前方林位错一类的障碍较少，因此在较低应力下滑移较大距离，宏观上表现为规定残余伸长应力较低的现象。1-23.多晶体材料塑性变形的特点？答：各晶粒变形的不同时性和不均匀性各晶粒变形的相互协调性1-24.金属材料产生明显屈服的条件？答：位错运动速度应力敏感指数m值越低，使位错运动速率变化所需应力变化越大，屈服现象就越明显，m小于20，具有明显的屈服现象1-25.加工硬化指数的几个特点答：金属材料的n值的大小，与层错能的高低有关。层错能低的，n值越大。层错能高的，n值越小
9、。n值大的其滑移变形的特征为平坦的滑移带，n值小的材料表现为波纹状的滑移带。退火态金属n值比较大，冷加工状态下n值比较小。n与材料的屈服点大致呈反比关系。n值也随溶质原子数增加而降低。晶粒变粗n值增加。第二章材料在其他静载下的力学性能2-1名词解释1）应力状态软性系数。最大切应力Tmax与最大正应力max的比值e=max/max,越大，第四章缺口试件的力学性能前面介绍的拉伸、压缩、弯曲、扭转乃至硬度试验等静载荷试验方法，都是采用横截面均匀的光滑试样，但实际生产中存在的构件，绝大多数都不是截面均匀无变化的的光滑体，往往存在着截面的急剧变化，例如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等。这种截面变化
10、的部位可以视为缺口。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，产生“缺口效应”，从而影响到金属材料的力学性能。静载荷作用下的缺口效应一、缺口试样在弹性状态下的局部应力和局部应变1.应力集中和应变集中一薄板的中心边缘开缺口，并承受拉应力作用。缺口部分不能承受外力，这一部分外力要有缺口截面其他部分材料来的承担，因而缺口根部的应力最大。或者说，远离缺口处的截面上的力线的分布是均匀的，而在缺口截面上，由于截面突然缩小，力线密度增加，越靠近缺口根部力线越密，出现所谓应力集中的现象。应力集中程度以应力集中系数表示之：Kt?lmax缺口截面轴向最大应力?n缺口净截面平均轴向应力?lmax
11、?nKt和材料性质无关，只决定于缺口几何形状。例如：Kt?1?圆孔：Kt?3应力集中必然导致应变集中，在弹性状态下，有：?则：?EKt?n?Kt?n?K?nEE即在弹性状态下，应力集中系数和应变集中系数相同。?lmax?lmax?2.多轴应力状态由图可见，薄板开有缺口承受拉应力后，缺口根部还出现了横向拉伸应力x，它是由材料的横向收缩引起的。可以设想，加入沿x方向将薄板分成很多细小的纵向拉伸试样，每一个小试样受拉伸后都能产生自由变形。根据小试样所处的位置不同，它们所受的纵向拉伸应力y大小也不一样，越靠近缺口根部，y越大，相应的纵向应变y也越大。每一个小试样在产生纵向应变y的同时，必然也要产生横向
12、收缩应变x，且x=-y。如果横向应变能自由进行，则每个小试样必然相互分离开来。但是，实际上薄板是弹性连续介质，不允许各部分自由收缩变形。由于这种约束，各个小试样在相邻界面上必然产生横向拉应力x，以阻止横向收缩分离。因此，x的出现是金属变形连续性要求的结果。在缺口截面上x的分布是先增后减，这是由于缺口根部金属能自由收缩，所以根部的x=0。自缺口根部向内部发展，收缩变形阻力增大，因此x逐渐增加。当增大到一定数值后，随着yx也随之减小。如是厚板，处于平面应变状态，垂直于板厚方向上的收缩变形同样收到约束，z=(x+y)。厚板缺口单向拉伸时，缺口根部为两向拉伸应力状态，缺口内侧为三向拉伸应力状态。缺口处
13、出现应力集中和多轴拉伸应力状态后，使缺口根部的应力状态柔度因数降低，金属难以产生塑性变形，则：?屈服强度增加Q?sn，称为约束系数?s?材料的脆性增加此外，在缺口圆柱试样中，切口根部处于两向拉伸应力作用下，可知：?l?Kt?n；?r?0；?l?Kt?nMises等效应力：?e?Kt?n?1?2?2Kt?2?e?Kt?1?2?n称为复合应力集中因子3.局部应变速率的增大dl试验机夹头移动速率：v?，dtd?试样应变速率：?，dtdl由d?可得：ld?dlv?dtldtl可知：试验机的夹头移动速率恒定时，试样应变速率的大小取决于试样的工作长度。v=/s，应变速率?，而对于缺口处相当于l0=1mm的
14、试样，应变速率为10-2/s，换言之，相对于光滑试样而言，即使对于这种不太尖锐的缺口，缺口处的应变?已提高了两个数量级。速率?应变速率的急剧增加将带来严重后果。二、缺口试样在弹塑性状态下的局部应力和局部应变1.应力重分布对于塑性较好的材料，随外加载荷的增大，从缺口根部开始出现塑性变形，。而且塑性区逐渐扩大，直至整个截面上都产生塑性变形，应力将重新分布。以厚板为例，根据Tresca屈服准则，金属屈服的条件是1-3=s。在缺口根部，x=0，y最大，因此，随着载荷的增加，y增加，在缺口根部最先满足屈服条件y-x=s，首先屈服，产生塑性变形，该处应力y得到松弛，峰值之前出现所谓的“塑性区”，峰值成为塑性区和弹性区的分界线。当然，随着峰值的内移，x0，需要更大的y才能保证塑性变形连续进行下去。随着载荷的增加，塑性变形逐步向内部转移，各应力峰值也逐步向中心移去，直至缺口截面的全面屈服，这时，应力峰值处于试样中心。2.弹塑性条件下的局部应变在绝大多数的零构件的设计中，其名义应力总是低于屈服强度，但由于应力集中，切口根部的局部应力有可能高于屈服强度。因此，零构件在整体上是弹性的，而在切口根部产生了塑性应变，形成塑性区。且切口根部局部应变最大。这里，切口根部局部应力与名义应
