材料力學(xué)性能考試答案

1、工程材料力學(xué)性能課后答案機(jī)械工業(yè)出版社2008 第 2版 第一章單向靜拉伸力學(xué)性能1、 試述退火低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力-伸長曲線圖上的區(qū)別？為什么？2、 決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？【P12 】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)。3、 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(xiǎn)？【P21】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，這種斷裂有一個(gè)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。4、

2、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？【P23】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。5、 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(gè)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)、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。6、 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?！綪32 】12EY 運(yùn)答

3、： = - ，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舊丿忽略的情況。第二章 金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能一、解釋下列名詞：(1)切應(yīng)力比值，即 :應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)材料或工件所承受的最大T max 和最大正應(yīng)力 (T max-max【新書 P39 舊書 P46 -max2 二 1 -0.5 二 2 二 3( 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)。【 P44 P53 ( 3

4、) 缺口敏感度缺口試樣的抗拉強(qiáng)度T bn 的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度T b 的比值，稱為缺口敏感度，即 : NSR = ”血【P47 P55 (4) 布氏硬度一一用鋼球或硬質(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?！?P49 P58 (5) 洛氏硬度一一采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度【 P51 P60 。(6) 維氏硬度一一以兩相對(duì)面夾角為 136 。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?！?P53 P62 】精選資料，歡迎下載(7)努氏硬度一一采用兩個(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

5、硬度。(8) 肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。(9) 里氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。7、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)定殘余伸長應(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

6、：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)，便形成一個(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)階的一種標(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晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂。

7、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(shí)，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8、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。答： E 彈性模量 G 切變模量 6 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力0.2 屈服強(qiáng)度6gt 金屬材料拉伸時(shí)最大應(yīng)力下的總伸長率n 應(yīng)變硬化指數(shù)【 P15 】9、金屬的彈性模量主要取決于什么因素

8、？為什么說它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？答：主要決定于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等能夠改變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，但是不改變金屬原子的本性和晶格類型。組織雖然改變了，原子的本性和晶格類型未發(fā)生改變，故彈性模量對(duì)組織不敏感?！綪4 】二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1) dbc 材料的抗壓強(qiáng)度【 P41 P48 】(2) dbb 材料的抗彎強(qiáng)度【 P42 P50 】(3) TS 材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【 P44 P52 】精選資料，歡迎下載(4) T b 材料的抗扭強(qiáng)度【 P44 P52 】(5) dbn 材料的抗拉強(qiáng)度【 P47 P55 】(6)NS 材料的缺口敏感度

9、【 P47 P55 】(7)HBW 壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49 P58 】(8)HR 材料的洛氏硬度【 P52 P61 】(9) HRB 材料的洛氏硬度【 P52 P61 】(10) HRC 材料的洛氏硬度【 P52 P61 】(11) HV 材料的維氏硬度【 P53 P62 】三、試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。試驗(yàn)方法拉伸壓縮特點(diǎn)應(yīng)用范圍溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確定，塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度較低采用光滑圓柱試樣，試驗(yàn)簡單，應(yīng)力狀態(tài)軟的塑性材料。性系數(shù)較硬。應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能產(chǎn)生塑性變脆性材料，以觀察脆性材料在形，試樣常沿與軸線呈450 方向產(chǎn)生斷裂，

10、韌性狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。具有切斷特征。彎曲試樣形狀簡單，操作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣軸線與力偏斜冋測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼題，沒有附加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可用試及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度樣彎曲撓彎曲面應(yīng)力最和顯示塑性的差別。也常用于比較和鑒度顯示材料的塑性；彎曲試樣表別滲碳和表面淬火等化學(xué)熱處理機(jī)件的大，可靈敏地反映材料表面缺陷。質(zhì)量和性能。應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為 0.8 ，比拉伸用來研究金屬在熱加工條件下時(shí)大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整的流變性能和斷裂性能，評(píng)定材料的熱個(gè)長度上的塑性變形時(shí)均勻，沒有緊縮現(xiàn)壓力加工型，并未確定生產(chǎn)條件下的熱扭轉(zhuǎn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；較

11、能敏加工工藝參數(shù)提供依據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱感地反映出金屬表面缺陷和及表面硬化層的處理工件的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工性能；試樣所承受的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)藝的效果。力大體相等四?試述脆性材料彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。五、缺口試樣拉伸時(shí)的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？【P45 P53 】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

12、靜載力學(xué)性能試驗(yàn)。六、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)。偏斜拉伸試驗(yàn)：在拉伸試驗(yàn)時(shí)在試樣與試驗(yàn)機(jī)夾頭之間放一墊圈，使試樣的軸線與拉伸力形成一定角度進(jìn)行拉伸。該試驗(yàn)用于檢測螺栓一類機(jī)件的安全使用性能。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(shí)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)，致使材料的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)降低，脆性增精選資料，歡迎下載大。偏斜拉伸試驗(yàn)：試樣同時(shí)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(duì)

13、缺口的敏感性。七、試說明布氏硬度、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)。【P49 P57 】原理布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計(jì)算單位面積所承受的試驗(yàn)力。洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。維氏硬度：以兩相對(duì)面夾角為136 。的金剛石四棱錐作壓頭，計(jì)算單位面積所承受的試驗(yàn)力。布氏硬度優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相得平均性能；另一個(gè)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(duì)不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因

14、而用于自動(dòng)檢測時(shí)受到限制。洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢測。缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；若材料中有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。維氏硬度優(yōu)點(diǎn)：不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F 與壓頭直徑 D 之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)不同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗(yàn)時(shí)不僅試驗(yàn)力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是硬度值需要通過測量壓痕對(duì)角線長度后才能進(jìn)

15、行計(jì)算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。八.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；（10 ）硬質(zhì)合金。（1） 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

16、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 aKu 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精選資料，歡迎下載低溫脆

17、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饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w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: 沖擊吸收功。含義見上面。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）F

18、ATT50 沖擊試樣斷口分為纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）與剪切唇三部分，在不同試驗(yàn)溫度下，三個(gè)區(qū)之間的相對(duì)面積不同。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50% 寸的溫度為tk，并記為 50%FATT或 FATT50% t50 。（新書 P61 , 舊書 P71 ）或：結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積50%! 的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度?（3） NDT: 以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，稱為無塑性或零塑性轉(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: 以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為tk，記為 FTP四、試

19、說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

20、：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)榫Ы缡橇鸭y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

21、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有？精選資料，歡迎下載宏觀上，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(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，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

22、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)過一段孕育期（稱為遲屈時(shí)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)生彈性變形，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。第四章金屬的斷裂韌度1 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，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。應(yīng)力場強(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

23、定， K 越大，則應(yīng)力場各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣 K 就可以表示應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，稱K 為應(yīng)力場強(qiáng)度因子。“I”表示 I 型裂紋。【 P68 】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)（小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上），這就稱為小范圍屈服?！?P71 有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力。【新書 P73: 舊 P85 有效裂紋長度：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)于因裂紋長度增加ry 后對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場的影響，經(jīng)修正后的裂紋長度即為有效裂紋長度：a+ry ?！拘?P74 ;舊 P86 。裂紋擴(kuò)展 K

24、判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足K一 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 8 3裂紋擴(kuò)展能量釋放率 GI: I 型裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。P76/P88裂紋擴(kuò)展 G 判據(jù)： G I -G IC，當(dāng) GI 滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。P77/P89J 積分：有兩種定義或表達(dá)式：一是線積分：二是形變功率差。P89/P101裂紋擴(kuò)展 J判據(jù)：JI - JIC ，只要滿足上述條件，裂紋（或構(gòu)件）就會(huì)斷裂。COD : 裂紋張開位移。P91/P102COD 判據(jù)：、 c 當(dāng)滿足上述條件時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展。P91/P1032、說明下列斷

25、裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系KC 和 KC 答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K 記作 KC 或 KC ,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。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，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)精選資料，歡迎下載定的最低值，即為KC，它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82GC 答： P77/P89 當(dāng) G 增加到某一臨界值時(shí)，G 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G ?的臨界值記作Gc , 稱斷裂韌

26、度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量，其單位與G ?相同， MPa ? mJIC : 是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力，其單位與GIC 相同。P90/P102C : 是材料的斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力.P91/P104J 判據(jù)和 ?判據(jù)一樣都是裂紋開始擴(kuò)展的裂紋判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的裂紋判據(jù)。P91/P1043、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

27、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 4 1 可知，裂紋前端的應(yīng)力是一個(gè)變化復(fù)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)rT0 時(shí)，不論外加平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各應(yīng)力分量均趨于無限大，構(gòu)件就失去了承載能力，也就是說，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

28、紋K ?. 的表達(dá)式答：新書 P69 舊書 P80參看書中圖 ( 應(yīng)力場強(qiáng)度因子的意義見上 )幾種裂紋的 K 表達(dá)式 ,無限大板穿透裂紋：K 、二 a ；有限寬板穿透裂紋：K匚 、二 af ( 旦) ；有限寬板單邊直裂紋： W .二 af ( a)當(dāng) b_a 時(shí)， K . =12二 a ；b(b-a) b無限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：Ka(sin21 ?cos21 )1/4 ；無冷c曲一1 何 5a限大物體表面有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：A 點(diǎn)的 K，-。6、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)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因。K 判據(jù)將

29、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(jì)計(jì)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。 P71/P837、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)dy 趨于材料的屈服應(yīng)力時(shí)，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)，塑性精選資料，歡迎下載區(qū)較?。话灞砻嫣幱谄矫鎽?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)寬精選資料，歡迎下載度總是與（ KIC/ d s）2 成正比。8、試述

30、塑性區(qū)對(duì)KI 的影響及 K 的修正方法和結(jié)果。由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會(huì)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 KI 的計(jì)算，所以要對(duì)KI 進(jìn)行修正。最簡單而適用的修正方法是在計(jì)算K 時(shí)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(jì)算。基本思路是：塑性區(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。（ 4 15 ）的計(jì)算結(jié)果忽略了在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)變能釋放率與彈性體應(yīng)變能釋放率的差別，因此，只是近似結(jié)果。當(dāng)塑性區(qū)小時(shí)，或塑性區(qū)周圍為廣大的彈性去所包圍時(shí)，這種

31、結(jié)果還是很精確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時(shí)，即屬于大范圍屈服或整體屈服時(shí)，這個(gè)結(jié)果是不適用的。11COD 的意義：表示裂紋張開位移。表達(dá)式_ in sec （ ） 。P91/P103兀 E2613、斷裂韌度 KIC 與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系：總的來說，斷裂韌度隨強(qiáng)度的升高而降低。詳見新P80/P9315、 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。 P81/P9516. 有一大型板件，材料的d 0.2=1200MPa, KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有 20mm 長的橫向 穿透裂

32、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d=900MPa根據(jù) d / d 0.2 的值，確定裂紋斷裂韌度KIC 是否休要修正因?yàn)?d / d 0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC 需要修正對(duì)于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI 為：K I=：90001° 二 =168 .13( MPa*m1/2 ) 1 一 0? 1 77仲2/6)2心 004417937(m)= 2.21(mm)$1 -0 .177 (0.75 )塑性區(qū)寬度為： R 二 1 比較 K1 與

33、KIc :2、 2 二 6因?yàn)镵 仁 168.13 (MPa*m1 /2 )KIc=115 （MPa*m1 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 $ =1 , 測試材料的d 0.2=720MPa,試估算材料的斷裂韌度KIC 為多少？解： 因?yàn)?d / d 0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC 不需要修正對(duì)于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI 為：KIC=Y d cac1/2對(duì)于表面半橢圓裂紋

34、，丫=1.1 、二 / $ =1.1 -二15025 10所以， KIC=Y d cac1/2=1.1=46.229 ( MPa*m1/2 )精選資料，歡迎下載第五章金屬的疲勞1. 名詞解釋 ；應(yīng)力幅 ( T a: d a=1/2( ( T max- c min) p95/p108平均應(yīng)力c m ： c m=1/2( c max+ c min) p95/p107應(yīng)力比r :r= c min/ c 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)引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺(tái)階痕跡

35、。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 c 和 a 復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍， K=Kmax-Kmin=Y c max a-Y c min Va=Y A c V a.p105/p120da/dN: 疲勞裂紋擴(kuò)展速率，即每循環(huán)一次裂

36、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，就造成了過載損傷。P102/p1172. 揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義疲勞強(qiáng)度c -1 , c -p, T -1, c -1N, P99,100,103/p114c -1: 對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；c -p: 對(duì)稱拉壓疲勞極限；T -1: 對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限； c -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，

37、常用疲勞缺口敏感度來評(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=( c -1)/( c -1N)過載損傷界P102,103/p117由實(shí)驗(yàn)測定，測出不同過載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開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=0, 表示裂紋不擴(kuò)展 ；只有當(dāng) K> A Kth 時(shí)， da/dN>0, 疲勞裂紋才開始擴(kuò)展。因此， Kth 是疲勞裂紋不擴(kuò)展的 K 臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。

38、3. 試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)p96/p109(1)疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂( 2 ) 疲勞是脆性斷裂( 3) 疲勞對(duì)缺陷 ( 缺口，裂紋及組織缺陷) 十分敏感4.試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程( 新書P9698 及 PPT 舊書 P109111 )答：典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌不同的區(qū)域一疲勞源、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。精選資料，歡迎下載(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

39、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)時(shí)的開動(dòng)與停精選資料，歡迎下載歇，偶然過載引起的載荷變動(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，也是疲勞曲線的另一種表達(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。

40、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、 二 a 疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以；為表示，橫坐標(biāo)以 6 表示。然后，以不同應(yīng)力比 r 條件下將二 max 表示的疲勞極限 二 r 分解為二 a 和二 m ，并在該坐標(biāo)系中作 ABC 曲線，即為二 a-書 m 疲勞圖。）1 / 、 _ G max -'- min其幾何關(guān)系為： tan ： =） max * min將其代入試中，即可求得tan和： ?，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)0 引（用途）：我們知道應(yīng)力比r , 值，該直線與曲線ABC 相交的交點(diǎn) B 便是所求的點(diǎn)，其直線，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于縱、橫坐標(biāo)之和，即為相應(yīng)r的疲勞極限，

41、 - rB=mB 。2、二 max （fn ） -6 疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以C max 或匚 min 表示，橫坐標(biāo)以Cm 表示。然后將不同應(yīng)力比r 下的疲勞極限，分別以二max （ 二 min ）和二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:2fxtan°m max + °min 1 + 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 OH 令其與橫坐標(biāo)的夾角等于：?，該直線與曲線AHd 目交的交點(diǎn)H 的縱坐標(biāo)即為疲勞極限。&試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。（新書 P107109 , 舊書P123125

42、 ）答： 1、應(yīng)力比 r （或平均應(yīng)力 cm ）的影響： Formandac（ ：K）n提出： -dN _（1_r ）Kc_ K精選資料，歡迎下載da殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小r,使 降低和 AK th 升高，對(duì)疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會(huì)增大dNdar，使 升高和 . :Kth 降低，對(duì)疲勞壽命不利。dN2、過載峰的影響：偶然過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞壽命。但若過載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。da3、 材料組織的影響：晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其.Kth 值越高，越低，對(duì)疲勞壽命越dN有利。組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)，其.K th 值就越高。當(dāng)鋼的淬火組織da中存在一定量的

43、殘余奧氏體和貝氏體等韌性組織時(shí)，可以提高鋼的. :Kth，降低。噴dN丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高.-：Kth。9.試述疲勞微觀斷口的主要特征。( 新書 P113P114 , 舊書P132 )答：斷口特征是具有略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?；葡刀嗟拿嫘牧⒎浇饘伲淦跅l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，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。圖(c), 裂紋張開至最大，塑性變形

44、區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開呈半圓形，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”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。e)精選資料，歡迎下載12.試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。（新書P117P118, 舊書 P135P136 ）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） 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