材料力學(xué)性能簡答題

1、1材料的厚度或截面尺寸對材料的斷裂韌性有什么影響？在平 面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測試過程中，為了保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)，對試樣的尺寸有什么要求?答：材料的斷裂韌性隨材料厚度或截面尺寸的增加而減小，最終趨于一個穩(wěn)定的 最低值，即平面應(yīng)變斷裂韌性KIC。（2分）為保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)， 對試樣在z向的厚度從在y向的寬度與裂紋長度a之差（即W-a,稱 為韌帶寬度）和裂紋長度a設(shè)計(jì)成如下尺寸2解釋形變強(qiáng)化的概念，并闡述其工程意義答：拉伸試驗(yàn)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(qiáng)化。材料的形變強(qiáng)化規(guī)律，可用Hollomon公式S二K n

2、描述。（2分） 形變強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化是工程上強(qiáng)化材料的重要手段，尤其對于不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的材 料，形變強(qiáng)化成為提高其強(qiáng)度的非常重要的手段。3）形變強(qiáng)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(jìn)行。（2分）3簡述布氏硬度試驗(yàn)方法的原理、計(jì)算方法和優(yōu)缺點(diǎn).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 直徑和深度分別為和丹）。布氏硬度用單位壓痕表而積川上所承

3、受的平均壓 力表示。（2分）b）計(jì)算方法：HB旦旦=A 7rDh2PttD(D _（1分）c）優(yōu)缺點(diǎn)：（1分）優(yōu)點(diǎn)：1）分散性小，重復(fù)性好，能反映材料的綜合平均性能。2）可佔(zhàn)算材料的抗拉強(qiáng)度。 缺點(diǎn)：1）不能測試薄件或表面硬化層的硬度。2）試驗(yàn)過程中，常需要更換壓頭和實(shí)驗(yàn)載荷，耗費(fèi)人力和時間。4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zHO。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，山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z=O ,這 種 狀態(tài)稱為平面應(yīng)變。（2分）5什么是低溫脆性？并闡述低

4、溫脆性的物理本質(zhì)。答：材料因溫度的降低山韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，沖擊吸收功明顯下降，斷裂 機(jī)理山微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征山纖維狀變?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(qiáng)度隨溫度的下降而急劇增加、但材料的斷裂強(qiáng)度。f卻隨 溫度變化較小的結(jié)果。6.哪些材料易表現(xiàn)出低溫脆性？工程上常用哪些方法評定材料 的低溫脆性？答：與面心立方金屬相比，體心立方金屬材料如中低強(qiáng)度鋼等，容易表現(xiàn)出低溫 脆 性。在工程上，常用能量準(zhǔn)則、斷口形貌準(zhǔn)則、斷口變形特征準(zhǔn)則等評價材 料的低溫脆性墩感性。7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(diǎn)？答：與常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料

5、在高溫下的力學(xué)行為有如下特點(diǎn)：（1）材料在髙溫下將發(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)生變形。（2）材料在高溫下的強(qiáng)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(qiáng)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。9. 缺口會引起哪些力學(xué)響應(yīng)？如何評定材料的缺口敏感性？答:材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產(chǎn)生應(yīng)力集

6、中、雙向或三向應(yīng) 力、 應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，并試樣的屈服強(qiáng)度升高，塑性降 低。材料的缺口敬感性，可通過缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎曲、沖擊等方法加以 評定。10. 高周疲勞與低周疲勞的區(qū)別是什么？并從材料的強(qiáng)度和塑 性出發(fā)，分析應(yīng)如何提高材料的抗疲勞性能？答：高周疲勞是指小型試樣在變動載荷（應(yīng)力）試驗(yàn)時，疲勞斷裂壽命高于105 周次的疲勞過程。高周疲勞試驗(yàn)是在低載荷、高壽命和控制應(yīng)力下進(jìn)行的疲勞。而低周疲勞是在高應(yīng)力、短壽命、控制應(yīng)變下進(jìn)行的疲勞過程。（2分） 對高周疲勞，山于承受的載荷較小、常處于彈性變形范圍內(nèi)，因而材料的疲勞抗 力主要取決于材料強(qiáng)度。于是提高的材料就可改善材料的高周疲勞抗力。

7、而對低 周疲勞，承受的載荷常大于材料的屈服強(qiáng)度、處于塑性變形內(nèi)，因而材料的疲勞 抗力主要取決于材料的塑性。于是增加材料的塑性，可提高材料的低周疲勞抗力。（2分）11. 推導(dǎo)靜載拉伸實(shí)驗(yàn)均勻變形階段材料的延伸率8與斷面收縮率的關(guān) 系式。1）對靜載拉伸實(shí)驗(yàn)，試根據(jù)體枳不變條件及延伸率、斷而收縮率的槪念，推導(dǎo)均勻變形階 段材料的延伸率6與斷面收縮率的關(guān)系式。解：假設(shè)均勻變形前，材料的長度和截面枳分別為Ao :變形后材料的長度和截而積變 化為/、A.根據(jù)延伸率0、斷面收縮率卩的定義：牛,肖二如二纟 （1分）在均勻變形階段，由變形前后體積不變的條件/04）= 得：（1分= /0 + A/ = /0(l（

8、1分）婦“以一才“分）1 + 5于是，可推出材料的延伸率6與斷而收縮率肖間的關(guān)系：（2分）（1分）或6亠1_肖&利用Hollomon公式S=Ken,推導(dǎo)應(yīng)力應(yīng)變曲線上應(yīng)力達(dá)到值時開始產(chǎn)生頸縮的條件。1 利用Hollomon公式S=K岸,推導(dǎo)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上應(yīng)力達(dá)到最大值時開始 產(chǎn)生頸縮的條件。解：應(yīng)力一應(yīng)變曲線上的應(yīng)力達(dá)到最大值時開始頸縮。在應(yīng)力一應(yīng)變曲線的最高點(diǎn)處有：dP = SdA + AdS = 0（ 1 分）其中F和S分別是試樣截面枳為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de = dl I =-dA A（1分）由dP=O可得：dSdA=as（1分）SA所以=s（1分）常數(shù)，或Adl+ldA=Q.并考慮到應(yīng)變的定義d s=dl!l 9可得：