工程材料力學(xué)性能第三版課后題答案(束德林)

1、工程材料力學(xué)性能課后題答案第三版（束德林）第一章單向靜拉伸力學(xué)性能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，一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最犬彈性變形功表示。（2）滯彈性：金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(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)定殘余伸氏應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(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解理面稱為解理刻面.（6）塑性：金屬材料

2、斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。脆性：指材料在外力作用下（如拉伸、沖擊等）僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的性質(zhì)。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）解理臺階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成一個高度為b的臺階。（8）河流花樣:解理臺階沿裂紋前端滑動而相互匯合，同號臺階相互匯合長大，當(dāng)匯合臺階高度足夠大時，便成為河流花樣。是解理臺階的一種標(biāo)志。<9）解理面：是金屈材料在一定條件下，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晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以

3、是脆性斷裂。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)陀谀骋粶囟赛c(diǎn)時，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變。2、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義.答：（1） E （G）分別為拉伸楊氏模量和切邊模量，統(tǒng)稱為彈性模量表示產(chǎn)生100%彈性變所需的應(yīng)力。（2）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。 久2名義屈服強(qiáng)度（點(diǎn)），對沒有明顯屈服階段的塑性材料通常以產(chǎn)生0.2%的衆(zhòng)性形變對應(yīng)的應(yīng)力作為屈 服屁度或屈服極限。o r0.2規(guī)定殘余伸長率為0. 2%時的應(yīng)力。os-材料的

4、屈服強(qiáng)度，用應(yīng)力表示材料的屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)，表征材料對微就塑性變形的抗力。 ob-抗拉強(qiáng)度，即金屬試樣拉斷過程中最大力所對應(yīng)的應(yīng)力，農(nóng)征金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力。ReH上屈服強(qiáng)度ReL下屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度是表示材料對微量衆(zhòng)性變形的抗力。RpO. 2規(guī)定塑性延伸率為0. 2%時的應(yīng)力。RrO. 2規(guī)定殘余延伸率為0. 2%時的應(yīng)力。RtO. 5規(guī)定總延伸率為0. 5%時的應(yīng)力。（3）Rm抗拉強(qiáng)度，只代農(nóng)金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力，表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。（4）n應(yīng)變硬化指數(shù)，反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo).（5）A斷后伸長率，是試樣

5、拉斷后標(biāo)距的殘余伸長（Lu-LO）與原始標(biāo)距L0之比的百分率。 農(nóng)征金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。All. 3原始標(biāo)距LO=lOdo的試樣的斷后伸長率。AoOnm農(nóng)不原始標(biāo)距為50mm的斷J5伸長率。Agt最大力總延伸率，它是金屬材料拉伸時產(chǎn)生的最大均勻塑性變形量。Z斷面收縮率，它是指試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積之比的百分率.3、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？答：彈性模量主要取決于金屬原子本性和晶格類型。由于合金化、熱處理（顯微組織）、冷塑性變形對彈性模量的影響較 小，因而金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學(xué)性能

6、指標(biāo)。4、今有45、40Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材料，你會選擇哪種材料用作機(jī)床床身7為什么？答：選擇灰鑄鐵，因?yàn)樽鳛闄C(jī)床床身材料必須要求循環(huán)韌性高，以保證機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含有不易傳送彈性 機(jī)械振動的石墨，具有很高的循環(huán)韌性。5、試述多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件，并解釋bcc金屬及其合金與fee金屬及其合金庇服行為不同的原因.答：產(chǎn)生屈服的條件：材料變形前可動位錯密度較小。隨柴性變形發(fā)生，位錯能快速增殖。位錯運(yùn)動速率與外加應(yīng) 力有強(qiáng)烈依存關(guān)系。bee金屬的位錯運(yùn)動速率應(yīng)力敏感指數(shù)數(shù)值較低，而此數(shù)值越低，則為使位錯運(yùn)動速率變化所需的應(yīng)力變化越大，則 屈服現(xiàn)象越明顯，而fee的此數(shù)值

7、較高，故屈服現(xiàn)象不明顯。6、試述退火低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力T申長曲線圖上的區(qū)別？為什么？答：從退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的拉伸力T申長曲線圖上可以明顯看岀，三種不同鋼種的拉伸力一伸長曲線圖有區(qū)別， 可以看出退火低碳鋼的屈服現(xiàn)象晝明顯，其次是退火中碳鋼，而離碳鋼幾乎看不到屈服現(xiàn)象。但根據(jù)條件屈服強(qiáng)度可 以判斷出隨著碳含量的増加，屈服強(qiáng)度在提高。這主要是因?yàn)殡S著碳含量的增加，碳原子對基體的強(qiáng)化作用越來越強(qiáng), 阻礙了位錯的運(yùn)動。7、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？答：內(nèi)因：金屬本性和晶體結(jié)構(gòu)：晶格阻力，位錯交互阻力。晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)：晶界，亞晶界對位錯阻力大. 溶質(zhì)元素：固溶產(chǎn)生的晶

8、格畸變給位錯運(yùn)動帶來阻力。第二相；固溶強(qiáng)化，間隙強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化， 細(xì)晶強(qiáng)化。外因：溫度應(yīng)變速率（變形速率正比）應(yīng)力狀態(tài)（切應(yīng)力分量反比）o8、試述A、Z兩種塑性指標(biāo)評定金屬材料塑性的優(yōu)缺點(diǎn)？答：對于在單一拉伸條件下工作的長形零件，無論其是否產(chǎn)生縮頸，用A來評定材料的塑性，因?yàn)楫a(chǎn)生縮頸時局部區(qū)域 的塑性變形量對總伸長實(shí)際上沒有什么影響.如果金屬材料機(jī)件是非長形件，在拉伸時形成縮頸，則用Z作為珮性指 標(biāo).因?yàn)?反腴了材料斷開前的最大處性變形星:，而此時A不能顯示材料的最大殘性Z是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下形戍的， 治金因素的變化對材料的塑性的影響在Z為突出，所以Z比A對組織變化更為敏感。9、試舉

9、出幾種能顯著強(qiáng)化金屬而又不降低塑性的方法？答：固溶強(qiáng)化、形變碩化、細(xì)晶強(qiáng)化.10、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別.為什么脆性斷裂最危險？答：韌性斷裂足金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴(kuò)展過程中不 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，沒有明顯征兆，因而危害性很大。11、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。12、在什么情況下易出現(xiàn)沿

10、晶斷裂？怎樣才能減小沿晶斷裂的傾向？答：當(dāng)晶界上有一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)所造成，也可能是朵質(zhì)元素向晶界偏聚引起 的，如應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等都是沿晶斷裂。耍減小沿晶斷裂的傾向，則要求防止應(yīng)力 腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等出現(xiàn)。13、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)和剪切唇三個區(qū)域組成，即所謂的斷口特征三要素。上述斷口三區(qū)域的形態(tài)、3大小和相對位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗(yàn)溫度、加戦速率和受力狀態(tài)不同而變化。14. 板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何尋

11、找斷裂源？答：板狀矩形拉伸試樣斷口中呈人字紋花樣。根據(jù)人字紋花樣的放射方向，順著尖頂指向可以找到裂紋源。15. 試證明，滑移相交產(chǎn)生微裂紋的柯垂耳機(jī)理對fee金屬而言在能上是不利的 答：16.通常純恢的y .=2J / nf,ao=2. 5X10'試求其理論斷裂強(qiáng)度om 解：由題意可得:2x10*2、2.5乂10加丿=4.0xl04A/p«17.論述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出該理論的局限性. 答：格雷菲斯理論是針對脆性材料斷裂.裂紋己存在時，根據(jù)能量平衡原理計算裂紋自動擴(kuò) 展的應(yīng)力值。假設(shè)：1）外加應(yīng)力作用一單位厚度的無限大薄板（消除邊界約束，o

12、z = 0,平面應(yīng)力狀態(tài)）2）與外界隔絕（封閉系統(tǒng)）板的單位體積儲存的彈性能為：o2/（2E）由彈性理論，板的中心形成一個垂直于應(yīng)力。且長度為2a的裂紋.釋放的彈性能為:“ na2a2U = E(系統(tǒng)釋放彈性能，故其前端冠以負(fù)號）裂紋形成時產(chǎn)生新表面需作的表面功為：W=4aYs .u E + W = 一整個系統(tǒng)的能量變化關(guān)系為：E系統(tǒng)總能疑變化與裂紋半長有關(guān).在平點(diǎn)處, 衡于是.得到的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力為+ 4何PE-+ 4ays丿此即為格雷菲斯方程。局限性：該理論只適用于脆性固體, 那些裂紋尖端塑性變形可以忽略的情況。=0如玻璃、金剛石等，也就是說對18、若一薄板物體內(nèi)部存在一條長3皿的

13、裂紋，且a0=3X10-,cffl,試求脆性斷裂時的斷裂應(yīng)力.（設(shè)om=0.1E=2X101Fa )52x3xlO"10(34xl5xl(F'丿x2xlOu#=71.4 xlO6 Pa19. 有一材料E=2X10xlN/m1, rs=8N/m,試計算在7X10?N/ m啲拉應(yīng)力作用下，該材料中能擴(kuò)展的裂紋之最小長7xl07 =2x2xl011x834xa#則材料中能擴(kuò)展的裂紋之最小長度為2ac=0. 4mm.20、斷裂強(qiáng)度oc與抗拉強(qiáng)度Rm有何區(qū)別？答：抗拉強(qiáng)度Rm指材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所達(dá)到的最大應(yīng)力值。它農(nóng)示鋼材抵抗斷裂的能力大小。斷 裂強(qiáng)度oc是指在拉伸

14、過程中，材料斷裂時所對應(yīng)的應(yīng)力值。21、鐵素體的斷裂強(qiáng)度與庇服強(qiáng)度均與晶粒尺寸d"成正比，怎樣解釋這一現(xiàn)象？答：晶粒直徑減小，dT/2提離，滑移帶穿過一個晶粒，切應(yīng)力在晶界處因出現(xiàn)塑性位移而被松弛，從而屈服強(qiáng)度和斷裂 強(qiáng)度提高。22、裂紋擴(kuò)展擴(kuò)展受哪些因素支配？答：裂紋形核前均需有塑性變形;位錯運(yùn)動受陰，在一定條件卜便會形成裂紋。23、試分析能量斷裂判據(jù)與應(yīng)力斷裂判據(jù)之間的聯(lián)系.答：格林菲斯能量判據(jù)足裂紋擴(kuò)展的必要條件（必須滿足），但不是充分條件（滿足能量條件不 淀擴(kuò)展）。充分條件陋力 條件）：裂紋尖端應(yīng)力集中應(yīng)力大于理論斷裂強(qiáng)度.應(yīng)力條件推導(dǎo)：#° 卜加應(yīng)力，a紋長度，P

15、 紋尖端曲率半徑應(yīng)力條件:° max o m,即由應(yīng)力條件確定的實(shí)際斷裂強(qiáng)度 討論：#71) 如果p =ao1生2V a丿（應(yīng)力條件）滿足能量條件即滿足應(yīng)力條件2）如果p =3a0時，能量條件=應(yīng)力條件，所以，pW3ao時，形成裂紋即擴(kuò)展，用能量條件確定斷裂應(yīng)力；p 3ao時，形成裂紋不擴(kuò)展，用應(yīng)力條件確定斷裂應(yīng)力。24、有哪些因素決定韌性斷口的宏觀形貌？答：韌性斷口的宏觀形貌決定于第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度、基體材料的塑性變形能力和應(yīng)變碩化指數(shù)，以及外加應(yīng)力的大 小和狀態(tài)等。25. 試根據(jù)下述方程（a+k.） kz=2Gr.q,討論下述因素對金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響：（1）材料成分；（2

16、雜質(zhì)；（3） 溫度；（4）晶粒大?。唬?）應(yīng)力狀態(tài)；（6）加裁速率。答：1）材料成分：通過g （切變模量）和打影響，g越大，脆性強(qiáng)度越高。ky為釘扎常數(shù)，k,越大，越易出現(xiàn)脆性斷裂。2）朵質(zhì)：通過和ky影響，朵質(zhì)存在于晶界，位錯運(yùn)動受到阻礙，使Oi和k,提高，易導(dǎo)致脆性斷裂。3）溫度：通過Oi ,其隨著溫度降低而急劇升高。另外,還與形變方式有關(guān)，低溫下為李生。4）晶粒大?。悍从郴凭嚯x的大小，因而影響在障礙前位錯塞積的數(shù)目晶粒細(xì)化，裂紋不易形成，并14裂紋形成后 也不易擴(kuò)展，擴(kuò)展方向改變要消耗更多能量。5）應(yīng)力狀態(tài)：q為應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，其值越小，更易顯示脆性。6）加載速率:通過a來影響，加載諫率

17、越大,越表現(xiàn)脆杵斷裂。第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能1、解釋下列名詞：（1）應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)：材料或工件所承受的最大切應(yīng)力Tk和最大正應(yīng)力c max比值，記作20 - 0.5(込 + 6)（2）缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在我荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而影響材料的力學(xué)性能，這就是所謂的缺口效應(yīng)。（3）缺口敏感度：缺口試樣的抗拉強(qiáng)度的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度。'的比值，稱為缺口敏感度，記作NSR （4）布氏硬度：用一定直徑的鋼球或碩質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗(yàn)力, 測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)

18、力除以壓痕球形表面積所得的商。（5）洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬度計算公式HR=（K-H）/C便可計算出洛氏硬度。簡單說就是壓痕越淺，HR值越大，材料碩度越高。（6）維氏硬度：根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計算硬度值所采用的壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石卩q棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣表面壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測 量壓痕對角線平均長度d,用以計算壓痕表面積。維氏碩度的值為試驗(yàn)力除以壓痕表面積A所得的商。（7）努氏硬度：也一種顯微碩度試驗(yàn)方法。與顯微維氏硬度相比有兩點(diǎn)不同

19、：一是壓頭形狀不同；二是碩度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積之商值，而是除以壓痕投影面積之商值。（8）肖氏硬度：將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，因而也稱為回跳硬度。<9）里氏硬度：用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。2、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義：（1）R«:抗壓強(qiáng)度，試樣壓至破壞過程中的最大應(yīng)力。（2）。扁：抗彎強(qiáng)度，在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，試樣彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力。（3）TeH：扭轉(zhuǎn)上屈服強(qiáng)度，在扭轉(zhuǎn)曲線或試齡機(jī)扭矩度盤上讀出首次下降前的繪大扭矩。T

20、eL :扭轉(zhuǎn)下屈服強(qiáng)度，屈服階段中不計初始瞬時效應(yīng)的最小扭矩.（4）T.：抗扭強(qiáng)度，金屬試樣在扭斷前承受的繪大扭矩Tm與試樣抗彎截面系數(shù)U的商，Trnhm/?。?）。bn:缺口試樣的抗拉強(qiáng)度，帶有缺口的影響.（6）NSR:缺口敏感度，表征材料的缺口敏感性。（7）HBW：壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏碩度。（8）HRA：壓頭為金剛石圓錐的材料的洛氏硬度。測量硬度范圍為2088。（9）HRB：壓頭為4> 1. 588mn球的材料的洛氏硬度測疑硬度范圍為20100。（10）HRC：壓頭為金剛石圓錐的材料的洛氏硬度。測重硬度范圍為2070。（11）HV：壓頭為兩相對面間夾角為136“的金剛石四棱錐

21、體的材料的維氏硬度。（12）HK：壓頭為兩對面角不等的四角棱錐體金剛石的材料的努氏硬度。（13）HS：肖氏硬度.（14） HL：里氏硬度。3. 試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍.答：（1）單向拉伸試驗(yàn)：特點(diǎn)：溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是確定的，且常用標(biāo)準(zhǔn)的光滑圓柱試樣進(jìn)行試驗(yàn)。應(yīng)用范圍：一般適用于那些塑性變形抗力與切斷強(qiáng)度較低的須性材料的試驗(yàn)。（一般包括彈性變形、不均勻屈服塑性 變形、均勻屈服塑性變形、不均勻集中塑性變形、斷裂等階段。）（2）壓縮試驗(yàn)：特點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)較軟，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為2,比拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)都軟，拉伸時塑性較好的材料在壓 縮時只發(fā)生壓縮變形而

22、不會斷裂；脆性材料在壓縮時除能產(chǎn)生一定的衆(zhòng)性變形外，常沿與軸呈45°方向產(chǎn)生斷裂， 具有切斷特性。應(yīng)用范圍：主要用于拉伸時呈脆性的金屬材料的力學(xué)性能測定，如果產(chǎn)生明顯屈服，還可以測定壓縮屈服點(diǎn)。（3）彎曲試驗(yàn)：持點(diǎn)：彎曲試驗(yàn)試樣形狀簡單，操作方便，并可用試樣的彎曲撓度顯示塑性，彎曲試樣應(yīng)力分命不均勻，表面最大， 中心為零，可較靈墩的反映材料表面缺陷。應(yīng)用范圍：主要用于測定脆性或低塑性材料的抗彎強(qiáng)度。(4) 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)：特點(diǎn)：1)扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0&比拉伸時大，易于顯示金屬的塑性行為。2)圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時，整個長度上 架性變形是均勻的，沒有頸縮現(xiàn)象，所以能實(shí)現(xiàn)大轆性變形就

23、卜的試驗(yàn).3)能較敏感的反映出金屬表面缺陷及磧化層 的性能。4)扭轉(zhuǎn)時試樣中的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等。應(yīng)用范圍：足用于測定正斷強(qiáng)度大于切斷強(qiáng)度的金屬材料的切斷過程最可靠的方法，也用于檢驗(yàn)工件材料農(nóng)面質(zhì)量和 各種表而強(qiáng)化工藝。4、試述脆性材料彎曲試驗(yàn)特點(diǎn)及其應(yīng)用答：特點(diǎn)：1)彎曲試樣形狀簡單，操作方便，同時，不存在拉伸試樣時的試樣偏斜對試驗(yàn)結(jié)果的影響，并可用試樣彎曲 的撓度顯示材料的塑性。2)彎曲試樣農(nóng)面應(yīng)力最大，可較靈敏的反映材料表面缺陷。應(yīng)用：1)常用于測定鑄鐵、鑄造合金，工具鋼及碩質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。2)比較和鑒 別滲碳和表面淬火等化學(xué)熱處理及表

24、面熱處理機(jī)件的質(zhì)疑和性能。3)測定彎曲彈性模量，斷裂撓度和斷裂能量。5、缺口試樣拉伸時的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？答：(一)缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的。軸向應(yīng)力oy在缺口根部最大，隨著離開根部距離的增大，cy不斷下降，即在 缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。在缺口截面hox的分布是先增后減，只是由于在缺口根部金屬能自由伸縮，所以根部的 x=0,自缺口根部向內(nèi)部發(fā)展，收縮變形阻力增大，因此ox逐漸增加。當(dāng)增大到一定數(shù)值后，隨著oy的不斷減小, O x也隨之下降。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

25、項(xiàng)拉伸平面應(yīng)變狀態(tài)。(二)缺口試祥在塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布塑性變形條件下應(yīng)力將重新分布，并隨我荷的增大塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大直至整個截面，在其內(nèi)側(cè)一定距離ry處OX、oy、 oz最大.缺口使塑性材料強(qiáng)度增加，塑性下降。綜上所述，無論是脆性材料或塑性材料，其機(jī)件上的缺口都造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而產(chǎn)生變脆傾向, 降低了使用安全性。6、試綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)答：光滑試樣軸向拉伸試驗(yàn)：截面上無應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布均勻，僅在頸縮時發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變。缺口試樣軸向拉伸試驗(yàn)：缺口截面上出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布不均，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生兩向或三向拉應(yīng)力 狀態(tài)，

26、致使材料的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)降低，脆性增大。偏斜拉伸試驗(yàn)：試樣同時承受拉伸和彎曲載荷的復(fù)合作用，其應(yīng)力狀態(tài)更“硬”，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻， 更能顯示材料對缺口的敏感性。7、試說明布氏碩度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理，并比較布氏.洛氏與維氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn).答：布氏碩度是用一定直徑D (mm)的碩質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力F (N),將其壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間t(s)后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕。測量壓痕平均直徑d(mm),求得壓痕球形面積A(mnf).布氏碩度值(HBW) 就是試驗(yàn)力F除以壓痕球形表面積A所得的商。其計算公式為：HBW = 0J02F =°

27、*4FA ttD(D-D2 -d1)優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度試驗(yàn)時一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得壓痕面積較大。壓痕面積大的一個優(yōu)點(diǎn)是其硬度值能反 映金屬在較大范圍內(nèi)乞組成相的平均性能，而不受個別組成相及微小不均勻性的影響。壓痕較大的另一個優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用于自動檢測時受到限制。當(dāng)壓痕直徑較大時，不宜在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。洛氏硬度是在規(guī)定的外加戦荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件農(nóng)面，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度h,利用洛氏硬 度計算公式HR= （k-h）/O. 002便可計算出洛氏硬度。當(dāng)使用金剛石圓錐壓頭時，k取0.

28、2mm,當(dāng)使用淬火鋼球或硬質(zhì) 合金壓頭時，k取0. 26mm。優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測定各種軟硬不同的金 屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；若材料中冇偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同 標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度是根據(jù)壓痕單位面枳所承受的試驗(yàn)力計算砌度值。所采用的壓頭是兩相對面間夾角為136。的金剛石四棱錐 體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣農(nóng)面壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測量壓痕對角線平均長度d,用以計算壓痕表面

29、積。維氏硬度的值為試驗(yàn)力除以壓痕表面積A所得的商。優(yōu)點(diǎn)：不存在布氏硬度試驗(yàn)時要求試驗(yàn)力F與壓頭直徑D之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度時不同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端。維氏硬度試難時不僅試驗(yàn)力可任意選取，而且壓痕測量的精度較高，碩度值較為精確。缺點(diǎn)：硬度值需要通過測量壓痕對角線長度后才能進(jìn)行il算或査農(nóng)，因此，工作效率比洛氏硬度低得多。8今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實(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;(

30、10)答：（1）滲碳層的硬度分布一一 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歿余奧氏體顯微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（里氏碩度）（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1. 解釋下列名詞：（1）沖擊吸收能量：缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)中，擺錘沖斷試樣失去的勢能為mgHl-mgH：,此即為試樣變形和斷裂所消耗的能量，稱為沖擊吸收能量，以K表示，單位為J。（2）沖擊韌度：U形缺口沖擊吸收功人燦除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商.（3）沖擊韌

31、性：材料在沖擊我荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。（4）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Tt時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降, 斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性.（5）韌脆轉(zhuǎn)變溫度:材料屈服強(qiáng)度急劇升高的溫度，或斷后伸長率、斷面收縮率、沖擊吸收能量急劇減小偶的溫度。（6）韌性溫度儲備: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。2. 說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義：<1） K:沖擊吸收能戢，材料在沖擊載荷作

32、用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。KV2：擺錘刀刃半徑為2mm的夏比V型缺口試樣測得的沖擊吸收能量。KVs：擺錘刀刃半徑為8mm的夏比V型缺口試樣測得的沖擊吸收能疑。KU2：擺錘刀刃半徑為2mm的夏比U型缺口試樣測得的沖擊吸收能量。KUs：擺錘刀刃半徑為8mm的夏比U型缺口試樣測得的沖擊吸收能疑。（2）FATT50：在用能量法定義Tt時，取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50%時的溫度。（3）NDT:無槊性或零粟性轉(zhuǎn)變溫度，以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。（4）F1E:以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義"（5）FTP:以高階能對應(yīng)的溫度Tto（6）CAT：斷裂終止線，表示不同應(yīng)力

33、水平線下脆性裂紋擴(kuò)展的終止溫度，即裂紋止裂轉(zhuǎn)變溫度。3. 現(xiàn)需檢驗(yàn)以下材料的沖擊韌性，問哪種材料要開缺口？哪種材料不要開缺口？W18Cr4V, Crl2MoV, 3Cr2W8V, 40CrNiMo, 30Crl4iSi, 20CrlhTi,鑄鐵.答：缺口的作用是增加材料的脆性，塑形好的材料需耍開缺口，而脆性大的材料則不需要開缺口。根據(jù)材料的化學(xué)成分可 判斷芬脆性大小，通常亞共析鋼脆性小，而共析鋼和過共析鋼脆性大。因此40CrNiMo, 30CrMnSi, 20CrMnTi （都是 亞共析鋼）需要開缺口；而W18Cr4V, Crl2MoV, 3Cr2W8V （都是過共析鋼）、鑄鐵不需要開缺口。4

34、. 試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素答：低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會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，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時，在這個溫度以下材料的屈 服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。從微觀機(jī)制來看低溫脆性與位錯在 晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時，位錯運(yùn)動阻力增大，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：1）晶體結(jié)構(gòu)：對稱性低的體心立方以及密排六方金屬、合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢明顯，塑性差。2）化學(xué)成分：能夠使

35、材料硬度，強(qiáng)度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會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提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。金相組織：較低強(qiáng)度水平時強(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)對鋼的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。5. 試述焊接船船比鉀接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因答：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。6. 下列三組實(shí)驗(yàn)方法中，請舉出每

36、一組中哪種實(shí)驗(yàn)方法測得的較高？為什么？（1）拉伸和扭轉(zhuǎn)；（2缺口靜彎曲和缺口沖擊彎曲；（3）光滑試樣拉伸和缺口試樣拉伸答：材料的脆性越大，Tk越高；同一種材料的脆性則隨試驗(yàn)條件而定；（1）拉伸測出的Tk比扭轉(zhuǎn)測出的Tk高，因?yàn)榕まD(zhuǎn)條件下，材料容易產(chǎn)生塑性變形，材料的脆性小。（2）缺口沖擊彎曲測出的Tk比缺口靜彎曲測出的Tk高，因?yàn)闆_擊試驗(yàn)時，加荷速度增加使變形速度增加，結(jié)果使 塑形變形受到抑制，從而使材料的脆性增加。（3）缺口試樣拉伸測出的Tk比光滑試樣拉伸測出的Tk離，因?yàn)槿笨谑共牧系拇嘈栽黾印?. 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，而另外一些材料沒有呢？答：宏觀上：

37、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卜一降，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，沒有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。微觀上：體心立方金屬中位錯運(yùn)動的阻力對溫度變化非常敏感，位錯運(yùn)動阻力隨溫度下降而增加，在低溫下，該材料 處于脆性狀態(tài)。而面心立方金屬因位錯寬度比較大，對溫度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立力金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，對低碳鋼施加一髙速到髙于丿出服強(qiáng)度時，材料并不立即產(chǎn)生屈服, 而需要經(jīng)過一段孕育期（稱為遲屈時間）才開始塑性變形，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13性變形

38、，沒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。8. 簡述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn).答：優(yōu)點(diǎn)：脆性斷裂在常溫下表現(xiàn)為脆性，因此材料的變形隨溫度降低時變化不大，這樣在交變溫度的使用環(huán)境下，就不 需要考慮材料的冷脆溫度。缺點(diǎn)：脆性斷裂一般斷裂時間較短，突發(fā)性的斷裂，因此在使用時一旦超過屈服強(qiáng)度就會很快斷裂。第四章金屬的斷裂韌度1、解釋名詞（1）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)件在在屈服應(yīng)力以下發(fā)生脆性斷裂。（2）張開型（I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，沿裂紋面擴(kuò)展。（3）應(yīng)力場和應(yīng)變場：裂紋尖端附近位置的應(yīng)

39、力分布狀況和應(yīng)變分布狀況。（4）應(yīng)力場強(qiáng)度因子Ki：農(nóng)示應(yīng)力場強(qiáng)弱程度。Ki增加，應(yīng)力場各應(yīng)力分星增加。（5）小范圍屈服：須性區(qū)尺寸較裂紋尺寸a及凈截面尺寸為小時（小一個數(shù)最級以上），即小范圍屈服。（6）塑性區(qū)：金屬材料在裂紋擴(kuò)展前，其尖端附近總會出現(xiàn)一個或人或小的塑性變形區(qū)，即塑性區(qū)或屈服區(qū)。（7）有效屈服應(yīng)力：發(fā)生屈服時的應(yīng)力。（8）有效裂紋長度：由于裂紋尖端塑性區(qū)存在，會降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長度增加.采用虛擬的有效裂紋代替 實(shí)際裂紋，其長度為有效裂紋長度。（9）裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：即Ki鼻Kic, Kic為平面應(yīng)變斷裂韌性，Kz為應(yīng)力場強(qiáng)度因子。裂紋體在受力時，只要滿足以上條 件，就

40、會發(fā)生脆性斷裂，反之即使存在裂紋也不會斷裂。<10）裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI： I型裂紋擴(kuò)展單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。（11）裂紋擴(kuò)展G判斷：G： 2Gic,當(dāng)G I滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。（12）J積分：J積分的斷裂判據(jù)就是G判據(jù)的延伸，或者是更廣義地將線彈性條件下的G延伸到彈塑性斷裂時的J, J 的表達(dá)式或定義類似于G。（13）裂紋擴(kuò)展J判斷：Ji NJic,只要滿足上述條件，裂紋（或構(gòu)件）就會斷裂。（14）COD；裂紋尖端因衆(zhòng)性鈍化不增加其長度2a,但卻沿。方向張開，其張開位移§即為COD。（15）COD判據(jù)：6 8C,當(dāng)滿足上述條件時，裂紋開始擴(kuò)展。（16）韌

41、帶：裂紋擴(kuò)展方向試樣沒有裂紋的區(qū)域.2. 說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系：（1）心和Kc：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。為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。它們同屬于I型裂紋的材料斷裂韌性指標(biāo)，但 與試樣號度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時，斷裂韌性趨于一穩(wěn)定的最低值，即為K/c,它與試樣厚度無關(guān)，是真正的材料常數(shù)。（2）Gie：當(dāng)G增加到某 臨界值時，Gi能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將Q的臨界值記作G,稱 斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時單位面積所消耗的能雖表示材料阻止裂紋

42、失穩(wěn)擴(kuò)展時單位面積所消耗的能量。（3）Ju：斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。（4）5e：斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力。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)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于屈報應(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)條件時不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？答：裂紋前端的應(yīng)力是一個變化復(fù)朵的多向應(yīng)力，如用它直接建立裂紋擴(kuò)

43、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，不論外加平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各應(yīng)力分量均趨于無限大，構(gòu)件就失去了承較能力，也就是說，只要 構(gòu)件一有裂紋就會破壞，這顯然與實(shí)際情況不符。這說明經(jīng)典的強(qiáng)度理論單純用應(yīng)力大小來判斷受載的裂紋體是否破 壞是不正確的。因此無法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問題。因此只能用其它判據(jù)來解決這一問題。5、試述應(yīng)力場強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋Ki的表達(dá)式.答：心表示應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，是c和a的復(fù)合力學(xué)參戢，它的大小直接影響著應(yīng)力場的大小，心越大則應(yīng)力場各應(yīng)力分 量也越大。典型裂紋Ki的表達(dá)式：Ki = Ya6、試述K判據(jù)的意義及用途.答：K判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能

44、解決存在宏觀裂紋為什么會產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件 的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直接用于設(shè)計計算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大 尺寸，以及用于正確選擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。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)。y趨于材料的屈服應(yīng)力時，在裂紋尖端處便開始屈服產(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??；板表面處于平面應(yīng)力 狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無論平面應(yīng)力或平面應(yīng)變，塑性區(qū)寬度總是與（KIC/osf成正比。&

45、試述塑性區(qū)對M的影響及AI的修正方法和結(jié)果.答：由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長度的增加，因而影響應(yīng)力場和及川的計算，所以 要對AI進(jìn)行修正。最簡單而適用的修正方法是在計算AI時采用“有效裂紋尺寸”，即以虛擬有效裂紋代替實(shí)際裂紋，然后用線彈性理 論所得的公式進(jìn)行計算?；舅悸肥牵核苄詤^(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用于裂紋長度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，從 而引入“有效長度”的概念，它實(shí)際包括裂紋長度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用。結(jié)果：K,=（平面應(yīng)力）YajaJ1-0.056廠 Ga)2（平面應(yīng)變）9、試用biffith模型推導(dǎo)G和G的判據(jù)。答:1510、簡述J積分的意義及其表達(dá)式

46、.答：表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。J=(calv-Tds JFnr1K簡單敘述COD的意義及其表達(dá)式.答：COD表示裂紋張開位移。表達(dá)式J = £lnSec()o開E2as12試述Km的測試原理及其對試樣的基本要求.答：測試原理：三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)利用載荷傳感器測載荷F的大小，在缺口兩側(cè)跨接夾式引伸儀測裂紋嘴張開位移v,記錄描繪出F-v曲線確定Fq；先從原點(diǎn)0作一相對直線0A部分斜率少3%的割線，以確定裂紋擴(kuò)展2Wt相應(yīng)的載荷旳，馬是割線與Fr交點(diǎn)縱坐標(biāo)，如果在兔以前沒有比兔大的鬲峰敦荷，則Fq=F5,如有，則高峰戦荷為Fq。試樣斷后，用工具顯微鏡測試樣品斷口的裂紋長度a,將Fq和a代

47、入Kq = b,小片(秩”丿求得Kq。如Kq滿足以下兩個條件：Fmax/FoWl. 10B$2. 5(Kq/oy廠則Kic=Kq。否則應(yīng)加大 試樣尺寸(至少為原試樣尺寸1.5倍)重做實(shí)驗(yàn)。13、試述Ku與材料強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系.答：總的來說，斷裂韌度隨強(qiáng)度的升高而降低。Kic°cayefXc>t14. 試述心和G的異同及其相互之間的關(guān)系.答：相同點(diǎn)：都可以表示材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。不同點(diǎn)：KIC是裂紋失穩(wěn)而導(dǎo)致材料斷裂的臨界強(qiáng)度因子，而KV2是V型試樣的沖擊吸收功。試樣的速率不同. 相互關(guān)系：一般KIC大的材料其KV2大。15試述影響Kic的冶金因素.答：內(nèi)因：化學(xué)成分的彫

48、響。細(xì)化晶粒的合金元素可提高Ke強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化的合金元素降低KIC,并隨合金元素濃度提高Kic降低愈多；形成金屬間化合物并呈第二相析出的合金元素是Kic降低。 基體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響.面心立方固溶體其Kic較高.晶粒越細(xì)小，Kic越高。 夾雜及第二相的影響。夾雜體積百分?jǐn)?shù)增加，Kic下降，偏聚于晶界也使Kic下降；第二相呈球形時Kg比片狀高. 顯微組織的影響。板條馬氏體Kic較離，針狀馬氏體Kic很低。回火索氏體Kic較高，回火馬氏體Kic較低，回火托 氏體居于二者Z間。外因：溫度。一般大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的Kic都隨溫度降低而下降。應(yīng)變速率。增加應(yīng)變速率相當(dāng)于降低溫度的作用，也可使Kic下降。16

49、. 有一大型板件，材料的oo2=1200MPa, Kxc =115MPa. m1/2,探傷發(fā)現(xiàn)有20mn長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力 900MPa下工作，試算Ki及塑性區(qū)的寬度Ro.,并判斷該件是否安全？解：由題意可知：0o2=12OOMPa, Kic =115MPa. m172, 2a=20mm, a = 900 NFa由o7cr02 = 900/1200 = 075,必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成是無限大板穿透裂紋，故裂紋的 形狀系數(shù)Y二J齊。便得到心修正值:LY換=嚴(yán)°宀0.01= 167.92 MPa.Jl 0.056尸(<t/ct02)2Jl 005

50、6/rx075=0.056x 2x167.92、1200 丿=0.002加=2.2nun由于K）Kk,所以該件不安全。17、有-材料用以制造大型平板，其KIC=50JPa. m1/21）若作用于平板上軸向工作應(yīng)力為250NIPa,問板發(fā)生災(zāi)難性破壞前允許的最大裂紋尺寸是多少？（假定是中心穿透裂紋）2）在斷裂點(diǎn)時，裂紋前緣塑性區(qū)尺寸是多少？3丿若板厚為2.5cm,這是有效平面應(yīng)變狀態(tài)嗎？4丿若板厚增加到10cm,在1）的情況下，試計算臨界裂紋尺寸的變化。1718、有一軸件平均軸向工作應(yīng)力150M?a,使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25皿深的表面半橢圓疲勞區(qū)， 根據(jù)裂紋a/c可以確定e

51、=l,測試材料的。o.2=720M>a,試估算材料的斷裂韌度Kg.解：由于cr/cr02 =150/720= 0.21 <0.7,故不需要對Ki修正，可直接利用Klc = Yo4a進(jìn)行計算。對于大件表面半橢圓裂紋，丫 = .冋4可得心=丫五二1.0皿燉=1.1 x 150x J3.14 x 0.02546.23 MPa19、有一構(gòu)件制造時，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋，若a=lnm,在工作應(yīng)力0=1000 Wa下工作，應(yīng)該選什么材料的。.2與K】c配合比較合適？構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后，其。"與Kic的變化列于下表.° 0.211001200130014001500Kxc1

52、1095756055解:由題意和表格可得：a=lmm, o=1000 MPa,那么有：對于第一種工藝：由于cr/a0.2= 1000/1100 = 0.91,必須考慮塑性區(qū)修正問題.由于裂紋可以看成半橢圓裂紋,設(shè)a/c=0. 6,査表可知“ =1. 2&故裂紋的形狀系數(shù)丫=山7。便得到粘修正值：.Oyna0.212(7/cr0.2)2根據(jù)此式,可求得斷裂應(yīng)力OC的計算式為:/2。19/2。#1828MPaKcl28xlio3.8(/+0.212(心/(70.2)'J3.8x 0.001+0.212(110/1100)'o cl > o ,此工藝滿足要求。同理：其它

53、幾種工藝可用同樣方法分別求出oc2, o c3, o c4, oc5 對第二種工藝來說：由于<r/a02 =1000/1200= 0.83,必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c=06,査表可知4>=1.2 &故裂紋的形狀系數(shù)丫=匕蟲。便得到Ki修正值:J&-0.212(o7cr0.2)2根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力。C的計算式為:心1.28x95( =-j3.8d+0.212(K/c/cr0.2)'J3.8X 0.001+ 0.212(95/1200)'=1689MPao c2 > o ,此工藝滿足要求。 對于第三種工藝：由

54、于 cr/cr02 =1000/1300= 0.77,必須考虎須杵區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c=06.杳表可知128,故裂紋的形狀系數(shù)戶普.便得到K修正值:飯i押- 0.21如/別2)'根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力OC的計算式為:心1.28x75= /=J3.滋 + 0.21 2(Kk / b0.2)'J3.8x 0.001+0.212(75/1300)2a c3 > o ,此工藝滿足要求。對于第四種工藝：=1433MPa由于 a/cr02 = 1000/1400= 0.714,必須考慮塑性區(qū)修丄E問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c=0. 6.査表

55、可知e = 1.2&故裂紋的形狀系數(shù)丫二上匝便得到Ki修正值:Aa4na7O2-0.212(0-/a0.2)2根據(jù)此式,可求得斷裂應(yīng)力n c的計算式為:心1.28x60心- - = 1180MPaJ3.&/ + 0.21 gK” / 6).2)'J3.8X 0.001+0.212(60/1400o c4 > o ,此工藝滿足要求。對于第五種工藝：由于a/cr0.2= 1000/1500 = 0.67,不必考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c=0. 6,査表可知4>=1. 28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=山7.便得到斷裂應(yīng)力0 C的計算式為:l.

56、lx1,28x55l.lx VrxO.OOl=1135MPaO c5 > O .此工藝滿足要求。第五章金屬的疲勞1名詞解釋；(1) 應(yīng)力范圍厶。：在循壞應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的墊值。即o=omax-omm。(2) 應(yīng)變范圍&：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)變與最小應(yīng)變之間的差值.即卜、2 沁 r(3) 應(yīng)力幅。a:在循環(huán)應(yīng)力作用卜，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值的一半。0 a= ( o max- o min)(4) 應(yīng)變幅：Aet/2：總應(yīng)變幅；Aee/2：彈性應(yīng)變幅； £ p / 2：塑性應(yīng)變幅。(5) 平均應(yīng)力：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的和的一半。o m= (o max+ o min)/