材料力學(xué)性能

1、一、 填空題1. 應(yīng)力應(yīng)變曲線分為：彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形、斷裂 五部分；也可分為 彈性階段、屈服變形階段、塑性變形階段、斷裂階段。2. 氫脆類型：氫蝕、白點(diǎn)、氫化物致脆、氫致延滯斷裂。3. 斷裂類型：韌性斷裂與脆性斷裂、穿晶斷裂與沿晶斷裂、純剪切斷裂與微孔聚集型斷裂、解理斷裂。4. 斷口三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。5. 典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)。6. 疲勞過程是由：斷裂萌生、亞穩(wěn)擴(kuò)展、及最后的失穩(wěn)擴(kuò)展組成的。7. 疲勞條帶 是疲勞斷口最典型的微觀特征。8. 磨損過程：跑合階段（磨合階段）、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段

2、。9. 磨損模型：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損 和微力磨損。10. 影響屈服強(qiáng)度的外在因素：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。11. 低周期疲勞壽命取決于 應(yīng)變幅；高低周期疲勞壽命取決于 應(yīng)力幅。二、 判斷題1. 氧化磨損不一定有害。（對(duì)）2. 脆性斷裂不發(fā)生塑性變形。（錯(cuò)）3. 缺口機(jī)制可以作為一種強(qiáng)化手段。（錯(cuò)）三、 名詞解釋1. 包申格效應(yīng)：指原先經(jīng)過少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限（P）或屈服強(qiáng)度（S）增加；反向加載時(shí)彈性極限（P）或屈服強(qiáng)度（S）降低的現(xiàn)象。2. 靜力韌度：材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個(gè)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)，是表示靜載下材

3、料強(qiáng)度與塑性的最佳配合。3. 低溫脆性：在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。4. 熱疲勞： 機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)力變形作用下發(fā)生的疲勞就叫熱疲勞。由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞就叫熱疲勞。5. 金屬的疲勞：金屬在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象 （即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會(huì)發(fā)生斷裂）。6. 應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的共同作

4、用下引起的脆性斷裂叫應(yīng)力腐蝕。7. 磨損：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象叫磨損。8. 蠕變：在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。9. 彈性模量：描述材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變之比，用符號(hào)E表示，工程上E被稱為材料的剛度，其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形就越小。10. 硬度：表征金屬材料軟硬程度的一種性能。四、 符號(hào)解釋1. ：表示溫度為600的條件下，穩(wěn)態(tài)蠕變速率為的蠕變極限為60MPa。 ：表示材料在500溫度下，100000h后總伸長(zhǎng)率為1%的蠕變極限為100MPa。：表示才合金在700 1

5、000h的持久強(qiáng)度極限為30MPa。2. 沖擊載荷中的力學(xué)性能指標(biāo)：沖擊韌度 指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的大小，也即沖擊吸收功Ak。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料在低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3. KI：稱為I型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，它是衡量裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈程度的函數(shù)，決定于應(yīng)力水平、裂紋尺寸和形狀。4. KIscc：不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KIscc。KIscc表示含有宏觀裂紋的材料，在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂韌度。5. ：呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料拉伸時(shí)，試樣在外力不增加仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，記

6、為。6. ：一般稱為屈服強(qiáng)度，表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。7. ：是疲勞裂紋不擴(kuò)展的 K（應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍）臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能。五、 簡(jiǎn)答題1. 試述低周疲勞的規(guī)律及曼森-柯芬關(guān)系低周疲勞的應(yīng)變-壽命曲線如圖，曼森-柯芬等分析了低周疲勞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了低周疲勞壽命的公式：請(qǐng)結(jié)合該公式，分析圖5-34的變化規(guī)律，指出低周疲勞和高周疲勞的什么起主導(dǎo)作用，選材時(shí)應(yīng)分別以什么性能為主？答：低周疲勞壽命的公式由彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分對(duì)應(yīng)的壽命公式組成，其對(duì)應(yīng)的公式分別為：將以上兩公式兩邊分別取對(duì)數(shù)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，上兩公式就變成了兩條直線，分別

7、代表彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅-壽命線。兩條直線斜率不同，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壽命稱為過渡壽命。在交點(diǎn)左側(cè)，即低周疲勞范圍內(nèi)，塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由塑性控制；在高周疲勞區(qū)，彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由強(qiáng)度控制。選材時(shí)，高周疲勞主要考慮強(qiáng)度，低周疲勞考慮塑性。2.決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有？答：（一）  影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因素金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)）、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相（彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化）（二） 影響屈服強(qiáng)度的外因素溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)3.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？答：

8、高強(qiáng)度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。-氫致延滯斷裂。因?yàn)闅渲卵訙嗔训臋C(jī)理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯(cuò)交互作用，氫易遷移到位錯(cuò)拉應(yīng)力處，形成氫氣團(tuán)。當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時(shí)，氫氣團(tuán)能跟得上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但滯后位錯(cuò)一定距離。因此，氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起“釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，氫氣團(tuán)易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。若應(yīng)變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團(tuán)不能跟上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，便不能產(chǎn)生“釘扎”作用，也不可能在位錯(cuò)塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。所以，氫致延滯斷裂是在一定的

9、應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。六、 計(jì)算題1. 有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm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=900MPa根據(jù)/0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是否休要修正 因?yàn)?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： =（MPa*m1/2） 塑性區(qū)寬度為： =0.004417937(m)= 2.21(mm)比較K1與KIc：因?yàn)镵1=168.13（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。2. 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(cè)試材料的0.2=720MPa ，試