完整版材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案整理

千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦完整版材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案整理材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案

第一章單向靜拉伸力學(xué)性能

I、解釋下列名詞。

1彈性比功：金屬材料汲取彈性變形功的能力，普通用金屬開(kāi)始塑性變形前單位體積汲取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)刻延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也算是應(yīng)變降后于應(yīng)力的現(xiàn)象。

3?循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下汲取別可逆變形功的能力稱為循環(huán)韌性。

4.包申格效應(yīng)：金屬材料通過(guò)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(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力落低的現(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：金屬材料斷裂前發(fā)生別可逆永遠(yuǎn)（塑性）變形的能力。

脆性：指金屬材料受力時(shí)沒(méi)有發(fā)生塑性變形而直截了當(dāng)斷裂的能力

韌性：指金屬材料斷裂前汲取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)，便形成一具高度為b的臺(tái)階。

8.河流花樣：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互匯集，同號(hào)臺(tái)階相互匯集長(zhǎng)大，當(dāng)匯集臺(tái)階高度腳夠大時(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(guò)晶內(nèi)，能夠是韌性斷裂，也能夠是脆性斷裂。

沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，多數(shù)是脆性斷裂。

II.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)，沖擊汲取功明顯下落，斷裂方式由原來(lái)的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變

2、講明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。

答：E彈性模量G切變模量二r規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力C0.2屈服強(qiáng)度P金屬材料拉伸時(shí)最大應(yīng)力下的總伸長(zhǎng)率n應(yīng)變硬化指數(shù)P15

3、金屬的彈性模量要緊取決于啥因素？為啥講它是一具對(duì)組織別敏感的力學(xué)性能指

標(biāo)？

答：要緊決定于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等可以改變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，然而別改變金屬原子的本性和晶格類型。組織盡管改變了，原子的本性和晶格類型未發(fā)生改變，故彈性模量對(duì)組織別敏感。【P4】

5、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金屬及其合金屈服行為別同的緣故。

答：多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件：1）材料變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度小，或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎住，如鋼中的位錯(cuò)為間隙原子、雜質(zhì)原子或第二相質(zhì)點(diǎn)所釘扎。

2）隨塑性變形的發(fā)生，位錯(cuò)能快速增殖；3）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力之間有強(qiáng)烈依存關(guān)系。

金屬材料塑性變形的應(yīng)變速率與位錯(cuò)密度、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率和柏氏矢量成正比，而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率又決定于外加應(yīng)力的滑移分切應(yīng)力。（?=bP，V=（—）m'）

塑性變形初始時(shí)期，由于可動(dòng)位錯(cuò)密度少，為了維持高的應(yīng)變速率，必須增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率。而要提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率必須要有高的應(yīng)力，這對(duì)應(yīng)著上屈服點(diǎn)。一

旦塑性變形產(chǎn)生，位錯(cuò)大量增殖，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率下落，相應(yīng)的應(yīng)力隨之下落，從而產(chǎn)生了屈服現(xiàn)象。

關(guān)于bee金屬及其合金，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)力敏感指數(shù)m低，即位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率變化所需應(yīng)力變化大，屈服現(xiàn)象明顯。而fcc金屬及其合金，其位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)力敏感指數(shù)高，屈服現(xiàn)象別明顯。

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-伸長(zhǎng)曲線圖上的區(qū)

不？為啥？答：隨含碳量的增加，屈服現(xiàn)象越來(lái)越別明顯。這是由于隨含碳量高，其組織中滲碳體含量增多，對(duì)基體起強(qiáng)化作用，使得材料屈服強(qiáng)度非常高，塑性落低。

7、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)。

晶粒、晶界、第二相等外界妨礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素要緊從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面思考

（一）妨礙屈服強(qiáng)度的內(nèi)因素

1.金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)）單晶的屈服強(qiáng)度從理論上講是使位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的臨界切應(yīng)力，其值與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力（晶格阻力一一派拉力、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)交互作用產(chǎn)生的阻力）決定派拉力：

位錯(cuò)交互作用力aGb

T=Ir

（a是與晶體本性、位錯(cuò)結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù)，2.晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒小→晶界多（阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）

→位錯(cuò)塞積→提供應(yīng)力

→位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)→產(chǎn)生宏觀塑性變形。晶粒減小將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使屈服強(qiáng)度落低（細(xì)晶強(qiáng)化）。屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系：霍爾一派奇（Hall-PetCh）σS=σi+kyd-1/2

3.溶質(zhì)元素加入溶質(zhì)原子→（間隙或置換型）固溶體→（溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑別一樣）產(chǎn)生晶格畸變→產(chǎn)生畸變應(yīng)力場(chǎng)→與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)交互運(yùn)動(dòng)

→使位錯(cuò)受阻→提高屈服強(qiáng)度（固溶強(qiáng)化）。

4.第二相（彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化）別可變形第二相提高位錯(cuò)線張力→繞過(guò)第二相→留下位錯(cuò)環(huán)→兩質(zhì)點(diǎn)間距變小→流變應(yīng)力增大。別可變形第二相位錯(cuò)切過(guò)（產(chǎn)生界面能），使之與機(jī)體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強(qiáng)度。

彌散強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)彌散分布在基體中起到的強(qiáng)化作用。

沉淀強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)通過(guò)固溶后沉淀析出起到的強(qiáng)化作用

（二）妨礙屈服強(qiáng)度的外因素

1.溫度普通的規(guī)律是溫度升高，屈服強(qiáng)度落低。緣故：派拉力屬于短程力，對(duì)溫度十分敏感

2.應(yīng)變速率應(yīng)變速率大，強(qiáng)度增加。σε,t=C1（ε）m

3.應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力重量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低缺口效應(yīng)：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而妨礙材料的力學(xué)性能的現(xiàn)象。（IJ3）

（1-14）

8.試述Ψδ兩種塑性指標(biāo)評(píng)定金屬材料屬性的優(yōu)缺點(diǎn)

答：斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。

斷面收縮率是試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。

關(guān)于在單一拉伸條件下工作的長(zhǎng)形零件，不管其是否產(chǎn)生縮頸，都用δ和δgt

評(píng)定材料的塑性，因?yàn)楫a(chǎn)生縮頸時(shí)局部區(qū)域的塑性變形量對(duì)總伸長(zhǎng)實(shí)際上沒(méi)有啥妨礙。若金屬機(jī)件非長(zhǎng)形，在拉伸時(shí)形成縮頸，則用ψ作為塑性指標(biāo)。因?yàn)棣追从沉瞬牧蠑嗔亚暗淖畲笏苄宰冃瘟?，而此刻δ別能顯示材料的最大塑性。ψ是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下形成的，冶金因素的變化對(duì)性能的妨礙在ψ上更為突出，所以ψ比δ對(duì)組織變化更為敏感。

10、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)不。為啥脆性斷裂最驚險(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，這種斷裂有一具緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中別斷地消耗能量；而脆性斷裂是忽然發(fā)生的斷裂，斷裂前都是別發(fā)生塑性變形，沒(méi)有明顯征兆，因而危害性非常大。

11、剪切斷裂與解理斷裂基本上穿晶斷裂，為啥斷裂性質(zhì)徹底別同？【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，普通是韌性

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、在啥條件下易浮現(xiàn)沿晶斷裂，怎么樣減小沿晶斷裂的傾向？

答：當(dāng)晶界分布有延續(xù)或別延續(xù)的脆性第二相、夾雜物，或者有害元素如砷、銻、錫等偏聚于晶界時(shí)，容易造成沿晶斷裂。

減輕措施：提高冶金質(zhì)量，落低有害雜質(zhì)元素的含量；細(xì)化晶粒；操縱第二相的形成，幸免其沿晶分布。

13、何謂拉伸斷口三要素？妨礙宏觀拉伸斷口性態(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)別同而變化。

妨礙因素：斷口三要素的形態(tài)、大小和相對(duì)位置與試樣形狀、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)別同而變化。普通，材料強(qiáng)度提高，塑性落低，放射區(qū)的比例增大；試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯，而纖維區(qū)變化別大。

14.

17、論述格雷菲斯裂紋理論分析咨詢題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出該理論的局限性?！綪32】

1

答：<ΓC=IWE仝I，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<JlaJ

能夠忽略的事情。

21、答：鐵素體鋼在斷裂時(shí)有明顯屈服現(xiàn)象

25.材料成分.：rs—有效表面能，要緊是塑性變形功，與有效滑移系數(shù)目和可動(dòng)位錯(cuò)有關(guān)具有fee結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)目都比較多，易于塑性變形，別易脆斷。凡加入合金元素引起滑移系減少、孿生、位錯(cuò)釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。雜質(zhì)：聚攏在晶界上的雜質(zhì)會(huì)

落低材料的塑性，發(fā)生脆斷。溫度：σi位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。bee金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，因?yàn)棣襥隨著溫度的減低而急劇增加，并且在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產(chǎn)生裂紋。故低溫脆性大。晶粒大?。篸值小位錯(cuò)塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋別易產(chǎn)生，也別易擴(kuò)展。因此細(xì)晶組織有抗脆斷性能。應(yīng)力狀態(tài)：減小切應(yīng)力與正應(yīng)力比值的應(yīng)力狀態(tài)都將增加金屬的脆性

加載速度加載速度大，金屬會(huì)發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。

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)軟性系數(shù)——材料或工件所承受的最大切應(yīng)力Tmax和最大正應(yīng)力σmax比值，即：maxIL

牛一0.5?十6)

σmax2

(2)缺口效應(yīng)——絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都別是均勻而無(wú)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)?！綪44P53】

(3)缺口敏感度一一缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbn的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σb的比值，稱為缺口敏感度，即：-；G

(4)布氏硬度一一用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采納單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。【P49P58】

(5)洛氏硬度一一采納金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度所表示的硬度【P51P60】。

(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，采納單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度?！綪53P62】

(7)努氏硬度一一采納兩個(gè)對(duì)面角別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硬度。

(8)肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，依照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，依照重錘回跳速度表證的金屬硬度。

2、講明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義

(1)(TbC――材料的抗壓強(qiáng)度【P41P48】

(2)σbb――材料的抗彎強(qiáng)度【P42P50】

(3)TS――材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P52】

(4)Tb――材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52】

(5)σbn——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55】

(6)NSR材料的缺口敏感度【P47P55】

(7)HBWA—壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49P58】

(8)HRA材料的洛氏硬度【P52P61】

(9)HRB材料的洛氏硬度【P52P61】

(10)HRC材料的洛氏硬度【P52P61】

(11)HV材料的維氏硬度【P53P62】

3、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

1）單向靜拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)較硬（=0.5）,適用于塑變抗力與切斷強(qiáng)度較低的塑性材料。

2）單向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α=2,要緊用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)

性能測(cè)定。拉伸時(shí)塑性非常好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不可能斷裂。脆性材

料拉伸時(shí)產(chǎn)生垂直于載荷軸線的正斷，塑變量幾乎為零；壓縮時(shí)能產(chǎn)生一定量的變形，沿與軸線呈45°方向斷裂，具有切斷特性。

3）彎曲：

金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部應(yīng)力要緊為正應(yīng)力，桿件截面上的應(yīng)力分布別均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化。

彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，常用于測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差不。彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣表面應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷。所以，常用來(lái)比較和鑒不滲碳層和表面淬火層等表面熱處