材料力學(xué)性能復(fù)習(xí)資料

1、一、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義1) b比例極限P2) b彈性極限e3) b抗拉強(qiáng)度b4) T扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度s5) b抗彎強(qiáng)度bb6) HBW壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)的布氏硬度7) HK顯微努氏硬度O8) HRC壓頭為頂角120金剛石圓錐體、總試驗(yàn)力為1500N的洛氏硬度9) A沖擊韌性KV10) K平面應(yīng)變斷裂韌性IC11) b應(yīng)力比為R下的疲勞極限R應(yīng)th疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值13) K應(yīng)力腐蝕破裂的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子ISCC14) bT給定溫度T下，規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生一定的蠕變伸長(zhǎng)率5的蠕變極限£/115) bT給定溫度T下，規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間t內(nèi)發(fā)生斷裂的持久極限t二、單向選擇題1) 在缺口試

2、樣的沖擊實(shí)驗(yàn)中，缺口越尖銳，試樣的沖擊韌性(b)。a)越大；b)越??；c)不變；d)無(wú)規(guī)律2) 包申格效應(yīng)是指經(jīng)過(guò)預(yù)先加載變形，然后再反向加載變形時(shí)材料的彈性極限(b)的現(xiàn)象。a)升高；b)降低；c)不變；d)無(wú)規(guī)律可循3) 為使材料獲得較高的韌性，對(duì)材料的強(qiáng)度和塑性需要(c)的組合。a)高強(qiáng)度、低塑性；b)高塑性、低強(qiáng)度；c)中等強(qiáng)度、中等塑性；d)低強(qiáng)度、低塑性4) 下述斷口哪一種是延性斷口(d)。a)穿晶斷口；b)沿晶斷口；c)河流花樣；d)韌窩斷口5) 5)只只。是(d)的一種表示方法。a)維氏硬度；b)努氏硬度；c)肖氏硬度；d)洛氏硬度6) I型(張開型)裂紋的外加應(yīng)力與裂紋面(b

3、)；而11型(滑開型)裂紋的外加應(yīng)力與裂紋面()。a)平行、垂直；b)垂直、平行；c)成450角、垂直；d)平行、成450角7) K表示材料的(c)。ISCCa)斷裂韌性；b)沖擊韌性；c)應(yīng)力腐蝕破裂門檻值；d)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子8) 蠕變是指材料在(B)的長(zhǎng)期作用下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。a)恒應(yīng)變；b)恒應(yīng)力；c)恒加載速率；d)恒定頻率9) bT表示給定溫度T下，恰好使材料經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間t發(fā)生斷裂的(b)。ta)蠕變極限；b)持久強(qiáng)度；c)高溫強(qiáng)度；d)抗拉強(qiáng)度10) AK'表示材料的(b)。tha)斷裂韌性；b)疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值；c)應(yīng)力腐蝕破裂門檻值；d)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子11)在單

4、向拉伸、扭轉(zhuǎn)與單向壓縮實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的變化規(guī)律是(C)。a)單向拉伸扭轉(zhuǎn)單向壓縮；b)單向拉伸單向壓縮扭轉(zhuǎn)；c)單向壓縮扭轉(zhuǎn)單向拉伸；d)扭轉(zhuǎn)單向拉伸單向壓縮12) 平面應(yīng)變條件下裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸(b)平面應(yīng)力下的塑性區(qū)。a)大于；b)小于；c)等于；d)不一定13) 材料的斷裂韌性隨板材厚度或構(gòu)件截面尺寸的增加而(a)。a)減??；b)增大；c)不變；d)無(wú)規(guī)律14)與干摩擦相比，加入潤(rùn)滑劑后摩擦副間的摩擦系數(shù)將會(huì)(b)。a)增大；b)減小；c)不變；d)不一定15) 拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長(zhǎng)則測(cè)出的延伸率會(huì)(B)。a)越大；b)越小；c)不變；d)無(wú)規(guī)律可循16) 拉伸試樣的直

5、徑一定，標(biāo)距越長(zhǎng)則測(cè)出的斷面收縮率會(huì)(C)。a)越高；b)越低；c)不變；d)無(wú)規(guī)律可循17) 拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長(zhǎng)則測(cè)出的抗拉強(qiáng)度會(huì)(C)。a)越高；b)越低；c)不變；d)無(wú)規(guī)律可循材料和直徑均相同的低碳鋼長(zhǎng)短試樣各一個(gè)，用他們測(cè)得的伸長(zhǎng)率，斷面收縮率，和抗拉強(qiáng)度是否基本相同？試樣所以要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求的長(zhǎng)度，是為了檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化。如果試樣長(zhǎng)度不同，雖然材料完全相同，但結(jié)果可能會(huì)有所不同。如果試樣長(zhǎng)度相差不多，一般沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的差別。如果試樣長(zhǎng)度太短，將會(huì)出現(xiàn)一些使檢測(cè)結(jié)果不能標(biāo)準(zhǔn)化的情況。試樣檢測(cè)都是要夾持的，如果太短，這夾持引起的應(yīng)力會(huì)影響到試樣的受拉區(qū)域，則這種試樣肯定是長(zhǎng)度

6、太短而影響到了檢測(cè)結(jié)果。如果試樣長(zhǎng)度長(zhǎng)一些，因?yàn)檫@試樣，不管如何說(shuō)是均質(zhì)的，其實(shí)肯定是不均質(zhì)的，只是變化范圍大小不同而已。所以試樣長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，試樣將會(huì)在其薄弱處出現(xiàn)破壞的原理，結(jié)果長(zhǎng)的試樣檢測(cè)結(jié)果要比短試樣的小一些。小多少？要看材料的不均勻程度與試樣長(zhǎng)度的差別。標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，應(yīng)該要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求來(lái)進(jìn)行，才能使結(jié)果比較標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果才能有權(quán)威性而讓人信服。其實(shí)，這種情況你可以做一下一些比對(duì)試驗(yàn)的，從而真實(shí)牢固地掌握一些基本的概念。加載速度會(huì)對(duì)材料力學(xué)性能產(chǎn)生什么影響?加載速度的快慢就是生產(chǎn)加工中材料變形速度的快慢。通常情況下，塑性變形速度越快，變形后的材料儲(chǔ)能越高，應(yīng)變硬化率越高。這樣造成材料本體硬

7、度提高，力學(xué)中的抗拉強(qiáng)度會(huì)相對(duì)高一些，耐磨性能也好一些。加工硬化可以使屈服強(qiáng)度增加，但不能改變抗拉強(qiáng)度金屬的抗拉強(qiáng)度其實(shí)就是抵御外力、不讓內(nèi)部由于各種原因產(chǎn)生的裂紋發(fā)生擴(kuò)展的能力。這個(gè)涉及到了材料的斷裂韌性。凡是提高或降低材料斷裂韌性的措施或手段會(huì)會(huì)相應(yīng)提高或降低材料的抗拉強(qiáng)度。如（1）加入高強(qiáng)的分散均勻、界面結(jié)合良好的細(xì)長(zhǎng)纖維第二相（金屬中加入高強(qiáng)陶瓷纖維）；（2）或采取措施誘發(fā)產(chǎn)生應(yīng)力誘導(dǎo)的體積發(fā)生膨脹的相變過(guò)程使得裂紋前端壓應(yīng)力成分增加（如氧化鋁中加入氧化鋯）；（3）加入極細(xì)的彌散分布硬顆粒，使得裂紋的擴(kuò)展不沿直線而沿曲線傳播（金屬中加入碳化鈦或氮化鈦）；（4）裂紋前端擴(kuò)展時(shí)盡可能地發(fā)生

8、較大的塑性變形，不過(guò)這與所述的金屬的本性有關(guān)二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述洛氏硬度試驗(yàn)方法的原理、計(jì)算方法和優(yōu)缺點(diǎn)。答：洛氏硬度試驗(yàn)方法的原理是以一定的壓力（600N、1000N、1500N）將頂角為120°的金剛石圓錐體壓頭或直徑為1/鋼球壓入試樣表面，以殘留于表面的壓痕深度e來(lái)表示材料的硬度。洛氏硬度的計(jì)算方法為：（1）對(duì)以金剛石圓錐體為壓頭、總試驗(yàn)力為1500N的C標(biāo)尺，有HRC=100-e/0.002；（2）對(duì)以鋼球?yàn)閴侯^、總試驗(yàn)力為600N和1000N的A和B標(biāo)尺，有HRA（B）=130-e/0.002。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，

9、不存在壓頭變形問(wèn)題。（2）因?yàn)橛捕戎悼蓮挠捕葯C(jī)的表盤上直接讀出，故測(cè)定洛氏硬度更為簡(jiǎn)便迅速，工效高。（3）對(duì)試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn)。（4）因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。洛氏硬度的缺點(diǎn)是：（1）洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)法相互比較，不像布氏硬度可以從小到大統(tǒng)一起來(lái)。（2）由于壓痕小，所以洛氏硬度對(duì)材料組織的不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而不適用具有粗大組成相（如灰鑄鐵中的石墨片）或不均勻組織材料的硬度測(cè)定。2）什么是低溫脆性？并闡述低溫脆性的物理本質(zhì)。答：材料因溫度的降低由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，沖擊吸收

10、功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?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af卻隨溫度變化較小的結(jié)果。3）切口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定那些材料的低溫脆性？哪些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定？局限性？答：切口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)芫C合評(píng)定缺口、低溫和高應(yīng)變速率對(duì)對(duì)材料脆化的影響。塑性很好的材料及表面光滑無(wú)裂紋的材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定。局限性表現(xiàn)在材料的沖擊韌性是定性的，無(wú)法用理論公式確定，而且，對(duì)缺口、材料缺陷敏感，不能定量研究。4）從宏觀和微觀分析為什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，有些沒(méi)有？答：宏觀上，體心立方中、低強(qiáng)

11、度結(jié)構(gòu)鋼明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，高強(qiáng)度度結(jié)構(gòu)鋼在很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，沒(méi)有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒(méi)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)。而面心立方金屬因滑移系較多，對(duì)溫度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。5）材料的厚度或截面尺寸對(duì)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(cè)試過(guò)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(duì)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，因此為保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)，對(duì)試樣在z向的厚度

12、B、在y向的寬度W與裂紋長(zhǎng)度a之差（即W-a,稱為韌帶寬度）和裂紋長(zhǎng)度a設(shè)計(jì)成如下尺寸：6）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(dòng)載荷（應(yīng)力）試驗(yàn)時(shí)，疲勞斷裂壽命高于105周次的疲勞過(guò)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(guò)程。對(duì)高周疲勞，由于承受的載荷較小、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。而對(duì)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

13、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。7）敘述區(qū)分高強(qiáng)鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂與氫致滯后斷裂的方法。答：應(yīng)力腐蝕與氫致滯后斷裂，雖然都是由于應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)共同作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象，但可通過(guò)以下的方法進(jìn)行區(qū)分：（1）利用外加電流對(duì)靜載下產(chǎn)生裂紋的時(shí)間或裂紋擴(kuò)展速率的影響來(lái)判斷。當(dāng)外加小的陽(yáng)極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是應(yīng)力腐蝕；當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是氫致延滯斷裂。（2）應(yīng)力腐蝕的斷裂源在試樣的表面；而氫致開裂的斷裂源在表面以下的某一深度處。（3）應(yīng)力腐蝕斷口的顏色灰暗，常有腐蝕產(chǎn)物存在；而氫致斷裂斷口一般較光亮、沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物或腐蝕產(chǎn)物的量很少。（4）應(yīng)力腐蝕

14、的主裂紋有較多的二次裂紋存在；而氫致斷裂的主裂紋沒(méi)有分枝。8）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，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有如下特點(diǎn)：（1）材料在高溫下將發(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(shí)間有關(guān)了。載荷作用的時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)，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(shí)間越長(zhǎng)，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(huì)應(yīng)力松弛現(xiàn)象

15、，即材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間而降低的現(xiàn)象。9）金屬材料在高溫下的變形機(jī)制與斷裂機(jī)制，和常溫比較有何不同?答：變形機(jī)制：高溫下晶內(nèi)變形以位錯(cuò)滑移和攀移方式交替進(jìn)行，晶界變形以滑動(dòng)和遷移方式交替進(jìn)行。常溫下，變形機(jī)制以晶內(nèi)位錯(cuò)滑移為主，若滑移受到阻礙，滑移便不能進(jìn)行，必須在更大切應(yīng)力作用下才能使位錯(cuò)重新開動(dòng)和增值。斷裂機(jī)制：高溫下，主要是沿晶斷裂，由于晶界滑動(dòng)，在晶界的臺(tái)階（如經(jīng)第二相質(zhì)點(diǎn)或滑移帶的交截）處受阻而形成空洞，特別易產(chǎn)生在垂直于拉應(yīng)力方向的晶界上，空洞連接而發(fā)生斷裂。10）控制摩擦磨損的方法有哪些?（1）潤(rùn)滑劑的使用：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦接觸面之間加入潤(rùn)滑劑，使兩接觸面之間形成潤(rùn)滑膜，變干摩擦

16、為潤(rùn)滑劑內(nèi)部分子之間內(nèi)摩擦，從而達(dá)到減少接觸面間的摩擦、降低材料磨損的目的。（2）摩擦材料的選擇：根據(jù)摩擦的具體工況（載荷、速度、溫度、介質(zhì)），選擇合理的摩擦副材料（減摩、摩阻、耐磨），也可達(dá)到降低材料磨損的目的。（3）材料的表面改性或強(qiáng)化：利用各種無(wú)力的、化學(xué)的或機(jī)械的工藝手段如機(jī)械加工強(qiáng)化處理、表面處理（滾壓、噴九和表面化學(xué)熱處理）都可因?yàn)楸韺赢a(chǎn)生壓應(yīng)力，能有效地減少材料磨損。11）氫脆可以分為哪些類型？何謂第一類氫脆'、第二類氫脆'、可逆氫脆'、不可逆氫脆'，他們有什么特點(diǎn)？答：氫脆根據(jù)氫的來(lái)源可分成兩大類：第一類為內(nèi)部氫脆，它是由于金屬材料在冶煉、鍛造、

17、焊接或電鍍、酸洗過(guò)程中吸收了過(guò)量的氫氣而造成的；第二類氫脆稱為環(huán)境氫脆，它是在應(yīng)力和氫氣氛或其它含氫介質(zhì)的聯(lián)合作用下引起的一種脆性斷裂，如貯氫的壓力容器中出現(xiàn)的高壓氫脆。氫脆按其與外力作用的關(guān)系可分成兩大類：第一類氫脆和第二類氫脆。第一類氫脆是在負(fù)荷之前材料內(nèi)部已存在某種氫脆斷裂源。在應(yīng)力作用下裂紋迅速形成與擴(kuò)展，因而隨著加載速度的增加，氫脆的敏感性增大，包括白點(diǎn)、氫蝕、氫化物致脆等。第二類氫脆是在負(fù)荷之前，材料內(nèi)部并不存在某種氫脆斷裂源。加載后由于氫與應(yīng)力的交互作用才形成裂紋源，裂紋逐漸擴(kuò)展而導(dǎo)致脆斷，因而氫脆的敏感性是隨著加載速度的降低而增大，包括可逆氫脆和不可逆氫脆。可逆氫脆是指材料經(jīng)低

18、速形變變脆后，如果卸載并停留一段時(shí)間在進(jìn)行正常速度變形，原先已脆化材料的塑性可以得到恢復(fù)。通常高強(qiáng)度鋼的環(huán)境氫脆及低含氫量狀況下的內(nèi)部氫脆均屬此類。不可逆氫脆是指已脆化的材料，卸載后再進(jìn)行正常速度變形時(shí)，其塑性不能恢復(fù)。氫化物致脆屬此類。12) 腐蝕疲勞和應(yīng)力疲勞相比有何不同？答：腐蝕疲勞和應(yīng)力疲勞相比，主要有以下不同點(diǎn)：(1)應(yīng)力腐蝕是在特定的材料與介質(zhì)組合下才發(fā)生的，而腐蝕疲勞卻沒(méi)有這個(gè)限制，它在任何介質(zhì)中均會(huì)出現(xiàn)。(2) 對(duì)應(yīng)力腐蝕來(lái)說(shuō)，有一臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISCC，這是材料固有的性能，當(dāng)外加應(yīng)力強(qiáng)度因子KIKISCC，材料不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。但對(duì)腐蝕疲勞，即使KIKISCC，疲

19、勞裂紋仍舊會(huì)擴(kuò)展。(3) 應(yīng)力腐蝕破壞時(shí)，只有一兩個(gè)主裂紋，主裂紋上有分支小裂紋，而腐蝕疲勞裂紋源有多處，裂紋沒(méi)有分支。(4) 在一定的介質(zhì)中，應(yīng)力腐蝕裂紋尖端的溶液酸度是較高的，總是高于整體環(huán)境的平均值。13) 試述高溫蠕變預(yù)應(yīng)力松弛的異同點(diǎn)。答：蠕變是指在一定的溫度和較小的恒定外力作用下，材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。應(yīng)力隨時(shí)間增加不斷下降的現(xiàn)象叫做應(yīng)力松弛。應(yīng)力松弛可看作是應(yīng)力不斷降低時(shí)的“多級(jí)”蠕變。14) 什么是低循環(huán)疲勞、高循環(huán)疲勞？什么是應(yīng)力疲勞、應(yīng)變疲勞？答：在很高的應(yīng)力下，在很少的循環(huán)次數(shù)后，試件即發(fā)生斷裂，并有較明顯的塑性變形。一般認(rèn)為，低循環(huán)疲勞發(fā)生在循環(huán)應(yīng)力超

20、出彈性極限，疲勞壽命在0.25到104或105次之間。因此，低循環(huán)疲勞又可稱為應(yīng)變疲勞。在高循環(huán)疲勞區(qū)，循環(huán)應(yīng)力低于彈性極限，疲勞壽命長(zhǎng)，Nf105次循環(huán)，且隨循環(huán)應(yīng)力降低而大大地延長(zhǎng)。試件在最終斷裂前，整體上無(wú)可測(cè)的塑性變形，因而在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂。在此區(qū)內(nèi)，試件的疲勞壽命長(zhǎng)，故可將高循環(huán)疲勞稱為應(yīng)力疲勞。15) 簡(jiǎn)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(cè)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(shí)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h)。布氏硬度用單位壓痕表面積A上所承受的平均壓力表示。b)計(jì)算方法：c)優(yōu)缺點(diǎn)

21、：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)可估算材料的抗拉強(qiáng)度。缺點(diǎn)：1)不能測(cè)試薄件或表面硬化層的硬度。2)試驗(yàn)過(guò)程中，常需要更換壓頭和實(shí)驗(yàn)載荷，耗費(fèi)人力和時(shí)間。16) 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(duì)薄板，由于板材較薄，在厚度方向上可以自由變形，即z=0。這種只在兩個(gè)方向上存在應(yīng)力的狀態(tài)稱為平面應(yīng)力。(2分)對(duì)厚板，由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=0，這種狀態(tài)稱為平面應(yīng)變。推導(dǎo)題1）在原子平衡間距為的理想晶體中，兩原子間的作用力與原子相對(duì)位置變化X的關(guān)系為o=omsin（2nx/九）。如晶體斷裂的表面

22、能為y,彈性模量為E，試推導(dǎo)晶體發(fā)生斷裂的理論斷裂強(qiáng)度。答：材料的理論結(jié)合強(qiáng)度，應(yīng)從原子間的結(jié)合力入手，只有克服了原子間的結(jié)合力，材料才能斷裂。兩個(gè)原子面的作用力如下圖所示?？朔嗽又g作用力的最大值，即可產(chǎn)生斷裂。這一最大值即為理論斷裂強(qiáng)度om。曲線上的最高點(diǎn)代表晶體的最大結(jié)合力，即理論斷裂強(qiáng)度。作為一級(jí)近似，該曲線可用正弦曲線表示o=osin（2nx/九）（1）m式中x為原子間位移，九為正弦曲線的波長(zhǎng)。如位移很小，貝ijsin（2nx/X）=（2nx/九），于是o=om（2nx/九）（2）根據(jù)虎克定律，在彈性狀態(tài)下，o=Es二Ex/aO（3）式中E為彈性模量；£為彈性應(yīng)變；a。

23、為原子間的平衡距離。合并式（2）和（3）,消去x，得om二入E/2na（4）O另一方面，晶體脆性斷裂時(shí)，形成兩個(gè)新的表面，需要表面形成功Y，其值應(yīng)等于釋放出的彈性應(yīng)變能，可用上圖中曲線下所包圍的面積來(lái)計(jì)算得，假定sin（2nx/九）=（2nx/X）。_W22洱x/la2y/I（2由式5和式4得到：om=（EY/ao）1/22）試用無(wú)限大板中心貫穿裂紋（裂紋長(zhǎng)度為2a）延長(zhǎng)線上應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度分布公式Oy=K/（2冗r）1/2，計(jì)算平面應(yīng)力條件下裂紋前端塑性區(qū)的真實(shí)大小。其中材料的屈服強(qiáng)度為。注意，計(jì)算時(shí)需考慮應(yīng)力松弛的影響。S解：按照線彈性斷裂力學(xué)，Oy=K/（2冗r）1/2,其應(yīng)力分布如下圖中的曲

24、線DC；當(dāng)彈性應(yīng)力超過(guò)材料有的效屈服強(qiáng)度。時(shí)，便產(chǎn)生塑性變形。原始塑性區(qū)的大小r?？砂聪率接?jì)算：S0由Os=K/（2冗r）1/2，可得：r=1/（2冗）x（K/os）2I00I在塑性區(qū)r范圍內(nèi)如不考慮形變強(qiáng)化，其應(yīng)力可視為恒定的，就等于Os。但是，在高0出Os的那部分彈性應(yīng)力，（以陰影線A區(qū)表示）勢(shì)必要發(fā)生應(yīng)力松馳。應(yīng)力松馳的結(jié)果，使原屈服區(qū)外的周圍彈性區(qū)的應(yīng)力升高，相當(dāng)于BC線向外推移到EF位置，如圖所示。應(yīng)力松馳的結(jié)果使塑性區(qū)從r擴(kuò)大到R。00從能量角度看，陰影線面積。3人=矩形面積BGHE，用積分表示為:1、已知由某種鋼材制作的大型厚板結(jié)構(gòu)（屬平面應(yīng)變），承受的工作應(yīng)力為&=56

25、0MPa,板中心有一穿透裂紋（KP而），裂紋的長(zhǎng)度為2a=6mm,鋼料的性能指標(biāo)如下表所示。I試求：a）該構(gòu)件在哪個(gè)溫度點(diǎn)使用時(shí)是安全的？b）該構(gòu)件在0°C和50°C時(shí)的塑性區(qū)大小R。c該材料的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度T。K解：已知o=560MPa裂紋長(zhǎng)度為2a=6mm,于是a=0.003mm；構(gòu)件為大型厚板結(jié)構(gòu)，屬平面應(yīng)變。Qa）在-50°C下，一二=560/1000=0.56v0.6，于是有:QsK=QJ兀a=56.4MPa*m1/2>30.0MPa*m1/2I因此在-50C下是不安全的。Q在-30C下，一=560/900=0.62>0.6，于是有:Qs1

26、/21/2=56.32MPa*m1/2>50MPa*m1/2因此在-30C下是不安全的。Q在0C下，一=560/800=0.70>0.6，于是有:Qs1/21/2=56.88MPa*m1/2<90MPa*m1/2因此在0C下是安全的。G在50°C下,560/700=0.80>0.6，于是有:K-_X云'廠占G化'=57.78MPa*m1/2<100MPa*m1/2因此在50C下是安全的。該構(gòu)件在0°C、50C下是安全的。（5分）b）在0C下,KI=56.88MPa*m1/2,os=800MPa，所以有:R0KiGs=5.69*1

27、0-4m=0.569mm在50C下，KI=57.78MPa*m1/2,os=700MPa,所以有:R-0KiGs=7.65*10-4m=0.765mm5分）c）由KiC可求出斷裂應(yīng)力為GCKIC-兀a+（K/G）24邁ICS將裂紋長(zhǎng)度、不同溫度下的屈服強(qiáng)度和斷裂韌性代入上式得：-50C,GC=306.5MPa-30C,GC=497MPa0C,GC=886MPa50C,G=1455MPaC利用不同的屈服強(qiáng)度G和斷裂強(qiáng)度G與溫度作圖，如下圖：SC由圖可見GT和GT兩條曲線相交于-7C,于是該材料的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度為csU-7C。（3分）T一屈服強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度160014001200呂1000總800

28、點(diǎn)500400-60-50-40-30-20-100L02030405060Tetnperatui'e（DC'?2002.某單位擬設(shè)計(jì)一種大型的厚板構(gòu)件（屬平面應(yīng)變），構(gòu)件的工作應(yīng)力為”=800MPa,板中心有一穿透裂紋（K=阪），裂紋長(zhǎng)度為2a=4mm。現(xiàn)有以下的五種鋼材可供選擇，各鋼材的斷裂韌性K和屈服強(qiáng)度/如下表：ICS鋼材12345o(MPa)S11001200130014001500K(MPa*m1/2)IC108.585.569.854.346.5a）若按屈服強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為2=1.4，試找出既能保證材料強(qiáng)度儲(chǔ)備又不發(fā)生脆性斷裂的鋼材。b）若n=1.7時(shí)，上述哪種材料能滿足該構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求?如果>0.6則采用如下公式：os2（