材料的宏微觀力學(xué)性能習(xí)題及答案

第1頁(yè)共14頁(yè)習(xí)題11.1彈塑性力學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容是什么？與材料力學(xué)比較，有何異同？其基本假設(shè)又是什么？1.2如圖1.21所示的三角形截面水壩，材料的比重為丫，承受著比重為丫1液體的壓力，已o=ax+by，試根據(jù)直邊及斜邊上的表面條件確定系數(shù)a,b,c和do=cx+dy-yy求得應(yīng)力解為°，試根據(jù)直邊及斜邊上的表面條件確定系數(shù)a,b,c和d1.3如圖1.22所示的矩形板，AB邊只受垂直于邊界的面力作用，而CD邊為自由表面，設(shè)其°=qx2y-2qy3x 3qT=-qxy

xy

應(yīng)力分量為的面力分布圖。0=3qy3-c1T=-qxy

xy

應(yīng)力分量為的面力分布圖。xAoD圖1.21，若體積力為零，試求常數(shù)c1和c2，并畫(huà)出AB及BC邊上x(chóng)AoD圖1.21y圖1.21證明（1）應(yīng)力的三個(gè)主方向互相垂直；（2）三個(gè)主應(yīng)力01，°2，°3必為實(shí)根。判斷下述命題是否正確，并簡(jiǎn)短說(shuō)明理由：（1）若物體內(nèi)一點(diǎn)的位移U，匕川均為零，則該點(diǎn)必有應(yīng)變￡x=￡y=￡z=0。（2）在x為常數(shù)的直線上，若u=0，則沿該線必有￡x=0。（3）在y為常數(shù)的直線上，若u=0，則沿該線必有￡x=0。（4）滿(mǎn)足平衡微分方程又滿(mǎn)足應(yīng)力邊界條件的應(yīng)力必為正確解（設(shè)該問(wèn)題的邊界條件全部為應(yīng)力邊界條件）。假定物體被加熱至定常溫度場(chǎng)Tkx2,x3）時(shí)，應(yīng)變分量為￡11=￡22=￡33="；答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009

第2頁(yè)共14頁(yè)V12731=V32=0，其中a為線膨脹系數(shù)，試根據(jù)應(yīng)變協(xié)調(diào)方程確定溫度場(chǎng)T的函數(shù)形式。試問(wèn)什么類(lèi)型的曲面在均勻變形后會(huì)變成球面。將某一小的物體放入高壓容器內(nèi)，在靜水壓力P=045N/mm2作用下，測(cè)得體積應(yīng)變e=-3.6x10-■31’21.13設(shè)11、12為應(yīng)力張量第一、第二不變量，試用■31’21.13設(shè)11、12為應(yīng)力張量第一、第二不變量，試用11、12表示Mises屈服條件。Tzez=1 …1.14已知半徑50mm，厚為3mm的薄壁圓官，保持°z ，材料拉伸屈服極限為40kg/mm2,試求此圓管屈服時(shí)軸向載荷P和扭矩Ms的值。1.15續(xù)上題，在如下二種情況下，試求塑性應(yīng)變?cè)隽康谋取４鸢竻⒁?jiàn)我的新浪博客：/cty1009在某點(diǎn)測(cè)得正應(yīng)變的同時(shí)，也測(cè)得與它成 60。和90。方向上的正應(yīng)變，其值分別為e0=-100x10-6，e60=50x10-6，e90=150x10-6，試求該點(diǎn)的主應(yīng)變、最大剪應(yīng)變和主應(yīng)力(E=2.1x105N/mm2v=0.3)。，試推導(dǎo)體積變形應(yīng)變能密度叫及畸變應(yīng)變能密度%的公式分別為:1 1=O￡=ii6iijj18Kiiijij°)ijij4Gijijijij°)ijij4GijijW=-°￡根據(jù)彈性應(yīng)變能理論的應(yīng)變能公式 2jj，導(dǎo)出材料力學(xué)中桿件拉伸、彎曲及圓軸扭轉(zhuǎn)的應(yīng)變能公式分別為：“拉伸1LN2Q),—I dx=2“拉伸1LN2Q),—I dx=20EA20EA(duYIdxJdxU彎曲1lM2Q)7-I dx=20EI1L萬(wàn)/d2①一JEI 201dx2丫dx扭轉(zhuǎn)1\M220萬(wàn)Q)d-dz=設(shè)s1、s2、S3為應(yīng)力偏量，試證明用應(yīng)力偏量表示 Mises屈服條件時(shí)，其形式為

第第3頁(yè)共14頁(yè)⑴單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，。1=。,o工=-士（2）純剪應(yīng)力狀態(tài)，<3oo-o已知材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線為*-E+ E1'；，用此材料制成的薄壁圓筒受拉力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)o再增加剪應(yīng)力直至8、：3。再增加軸向應(yīng)力。o再增加剪應(yīng)力直至8、：3。再增加軸向應(yīng)力。N，使其達(dá)到（1）開(kāi)始時(shí)沿Z軸方向加載至。［=?！副３执藨?yīng)力值，o（2）開(kāi)始時(shí)使剪應(yīng)力達(dá)到Q-3，保持”的值不變，o_ T——s"（3）軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力按、,3:1的比例增加直至o「os，a %'3。習(xí)題2裂紋有那些類(lèi)型？它們的各自特征是什么？試說(shuō)明迭加原理求應(yīng)力強(qiáng)度因子的原理及方法。試說(shuō)明應(yīng)力狀態(tài)與塑性區(qū)的相互關(guān)系。試說(shuō)明斷裂韌性和臨界斷裂應(yīng)力之間的關(guān)系。Kachanov在1958年是如何定義連續(xù)性缺陷變量的？它與現(xiàn)在的損傷變量定義有什么區(qū)別？損傷有哪些類(lèi)型？各類(lèi)損傷的主要表現(xiàn)形式是什么？如何選擇合適的損傷變量？選擇損傷變量的主要原則是什么？什么是有效應(yīng)力？什么是應(yīng)變等效原理？如考慮裂紋閉合效應(yīng)，有效應(yīng)力應(yīng)如何修正？損傷的各向異性特征主要是什么？在各種類(lèi)型的損傷問(wèn)題中最大損傷面（裂紋面、空洞面）的方位有何共性？什么是“虛擬無(wú)損構(gòu)形”？它的作用是什么？Murakami是如何定義二階對(duì)稱(chēng) 損傷張量的？其物理意義是什么？答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009第4頁(yè)共14頁(yè)圖2.21習(xí)題12的圖如圖2.21所示的平面裂紋體，若b遠(yuǎn)小于a，而且在端部的相對(duì)位移為v，試求此情形下的應(yīng)變能量釋放率Gi。如圖2.4所示的I型平面裂紋問(wèn)題，設(shè)在平面應(yīng)變狀態(tài)下，如果2a=2.5cm，對(duì)于v=0.3.=0.1%和=0.5%，E個(gè)E 兩種情形，分別計(jì)算裂紋中心處的張開(kāi)位移2v*的大小，并說(shuō)明這么大的位移是否容易觀察得到。某壓力容器壁厚為h，半徑為幾所用材料的屈服極限為。.，=1000N/mm2，斷裂韌性3為Kic=1200N.mm2，設(shè)容器含有長(zhǎng)度方向?yàn)槿萜鬏S線方向的穿透型裂紋，其長(zhǎng)度為2a=3.8mm，試求容器發(fā)生脆斷的臨界壓力PK的大小。試說(shuō)明宏微觀破壞力學(xué)的發(fā)展歷史，由此你對(duì)科學(xué)的發(fā)展有什么理解？習(xí)題3拉伸試驗(yàn)可以測(cè)定哪些力學(xué)性能？對(duì)拉伸試件有什么基本要求？拉伸圖與應(yīng)力一應(yīng)變曲線有什么區(qū)別？應(yīng)力一應(yīng)變曲線與真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線又有什么區(qū)別？如何根據(jù)應(yīng)力一應(yīng)變曲線確定拉伸性能？如何測(cè)定斷面收縮率？怎樣提高材料的屈服強(qiáng)度？直徑10mm的正火態(tài)60Mn鋼拉伸試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下(d=9.9mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑)F'kN：39.5，43.5，47.6，52.9，55.4，54.0，52.4，48.0，43.1dmm：9.91，9.87，9.81，9.65，9.21，8.61，8.21，7.41，6.78(1)試?yán)L制應(yīng)力一應(yīng)變曲線；(2)試?yán)L制未修正的和修正的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線；(3)求。/*，^b，Vb，Vk。答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009第5頁(yè)共14頁(yè)在測(cè)試扭轉(zhuǎn)的屈服強(qiáng)度時(shí)為什么采用％.3,而不是像測(cè)拉伸屈服強(qiáng)度。0.2那樣去測(cè)T0.2?為什么說(shuō)用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以大致判斷出材料的，與鼠的相對(duì)大小?能否根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中試樣的斷口特征分析引起開(kāi)裂的應(yīng)力的特征？用do=0-9mm，lo=75mm的GCrl5鋼（淬火+200C回火）試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：M：N-m）： 139.7, 186.3,217.7, 254.0, 269.7,283.4, 293.0,305.0①： 11.5, 15.7,26.3, 34.3, 46.0,59.6, 78.7,98.1, 117.5其中Mp=139.7N-m,M03=217.7N-m,Mk=305.0N-m（1）繪制工-Y曲線；（2）求Tp,T0.3,Tk,G。哪些材料適合進(jìn)行抗彎試驗(yàn)？抗彎試驗(yàn)的加載形式有哪兩種？其最大彎矩在哪個(gè)位置？試用圖表示。有一飛輪殼體，材料為灰鑄鐵，其零件技術(shù)要求抗彎強(qiáng)度應(yīng)大于400N/mm2,現(xiàn)用力30mmx340mm的試棒進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)試結(jié)果如下，問(wèn)是否滿(mǎn)足技術(shù)要求？第一組：d=30.2mm,L=300mm,Pb=14.2kN第二組：d=32.2mm,L=300mm,Pb=18.3kN試綜合比較單向拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮和剪切試驗(yàn)的特點(diǎn)。如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法衡量材料的力學(xué)性能？材料為灰鑄鐵，其試樣直徑d=30mm，原標(biāo)距長(zhǎng)度h°=45mm。在壓縮試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)試樣承受到485kN壓力時(shí)發(fā)生破壞，試驗(yàn)后長(zhǎng)度h=40mm。試求其抗壓強(qiáng)度和相對(duì)收縮率。雙剪試樣尺寸為#2.3mm,當(dāng)受到載荷為21.45kN時(shí)試樣發(fā)生斷裂，試求其抗剪強(qiáng)度。今要用沖床從某種薄鋼板上沖出一定直徑的孔，在確定需多大沖剪力時(shí)應(yīng)知材料的哪種力學(xué)性能指標(biāo)，采用何種試驗(yàn)方法測(cè)定它？今有以下各種材料，欲評(píng)定材料在靜載條件下的力學(xué)行為，給定測(cè)試方法有單向拉伸、單向壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和硬度五種，試對(duì)給定的材料選定一種或兩種最佳的測(cè)試方法。材料：低碳鋼、灰鑄鐵、高碳工具鋼（經(jīng)淬火低溫回火）、結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃、熱塑性材料。習(xí)題4答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009 第6頁(yè)共14頁(yè)硬度的定義是什么，硬度試驗(yàn)有什么特點(diǎn)？常見(jiàn)的硬度試驗(yàn)方法有哪些?試說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義HB；HRA；HV100；HS；試比較布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)原理的異同，并說(shuō)明他們的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。肖氏硬度和捶擊式布氏硬度都是動(dòng)力法測(cè)材料的硬度，試問(wèn)這兩種方法的試驗(yàn)原理一樣嗎？為什么？同一材料用不同的硬度測(cè)定方法所測(cè)得的硬度值有無(wú)確定的關(guān)系？為什么？有兩種材料的硬度分別為200HBS10/1000和45HRC，問(wèn)哪一種材料硬？顯微硬度有何用途。何謂幾何相似原理？若材料為黑色金屬H<140)，當(dāng)鋼球直徑為2.5mm時(shí)，則其試驗(yàn)力應(yīng)是多少？布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試樣最小厚度不應(yīng)小于壓痕深度的10倍，試推導(dǎo)出試樣最小厚度的公式。若某棒料的布氏硬度值為280HBS10/3000，問(wèn)試驗(yàn)用棒料的允許最小厚度是多少？一個(gè)巾10mm的圓柱試樣在端面及圓周側(cè)面上所測(cè)得的洛氏硬度值是否相等？以哪個(gè)為準(zhǔn)？現(xiàn)有如下工作需測(cè)定硬度，選用何種硬度試驗(yàn)方法為宜？⑴陶瓷涂層(2)灰鑄鐵(3)大齒輪(4)淬火后的高硬度制件(5)退火狀態(tài)下的軟鋼(7)滲碳鋼；(8)硬質(zhì)合金(9)大型機(jī)架下列的硬度要求或?qū)懛ㄊ欠裢桩?dāng)？為什么：100HBS10/3000；(2)150HBS10/3000/10；(3)15HRC；(4)100HBW0.05；(5)500HRS5/750；(6)640HV30/20；(7)45HRCkgf/mm24.12某一鋼件毛坯測(cè)布氏硬度時(shí)，壓頭用。1。mm鋼球、載荷為3000kg，測(cè)得壓坑直徑為3.34mm，問(wèn)HBS、HRC、。b各為多少？習(xí)題5試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。工程構(gòu)件中，為什么脆性斷裂最危險(xiǎn)？試述微孔聚集型斷裂的全過(guò)程，若材料的基體塑性相同，第二相質(zhì)點(diǎn)密度大小對(duì)斷口中韌窩的大小和深淺有何影響？巳知淬火后200℃回火的CrMnSi鋼的宏觀正斷抗力Sk=3236MPa,屈服抗力s=745MPa。試問(wèn)它在三向拉伸(S1=S2=+S,S3=0.75S),單向拉伸，扭轉(zhuǎn)，三向壓縮(S1=S2=-0.3S,S3=-S)狀態(tài)下各發(fā)生何種形式破壞？(=0.25)退火純鐵的=2J/m2,E=2x105MPa,d=2.5x10-8cm,試求其理論斷裂強(qiáng)度Kth答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009 第7頁(yè)共14頁(yè)若一簿板內(nèi)部存在一條長(zhǎng)3mm的裂紋，且d=3x10-8cm,試求其脆性斷裂時(shí)的斷裂應(yīng)力。(設(shè)th=0.1E=2x104MPa)有一材料E=2x1011N/m2, =8N/m,試計(jì)算在7x107N/m2的拉應(yīng)力作用下，該材料能擴(kuò)展的裂紋的最小長(zhǎng)度。(KI=6：方)在什么條件下易出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣才能減小沿晶斷裂傾向？何謂應(yīng)力強(qiáng)度因子，其表達(dá)式的一般形式如何？線彈性斷裂力學(xué)建立了新的斷裂判據(jù)，試舉例說(shuō)明它在工程中的應(yīng)用：例1：一塊含有長(zhǎng)為16mm中心穿透裂紋的鋼板，受到350MPa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。(1)如果材料的屈服強(qiáng)度是1400MPa,求塑性區(qū)尺寸和裂紋尖端有效應(yīng)力強(qiáng)度因子值。(2)如果材料的屈服強(qiáng)度為385MPa,求塑性區(qū)尺寸和裂紋尖端有效應(yīng)力強(qiáng)度因子值。(3)試比較和討論上述二種情況下，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子進(jìn)行塑性修正的意義。例2：設(shè)有屈服強(qiáng)度為415MPa,斷裂韌性K1c為132^MPa"m),厚度分別為100mm和260mm的兩塊很寬的合金鋼板。如果板都受300MPa的拉應(yīng)力作用，并設(shè)板內(nèi)有長(zhǎng)為46mm的中心穿透裂紋，試問(wèn)此兩板內(nèi)裂紋是否都擴(kuò)展？例3：已知一構(gòu)件的工作應(yīng)力=800MPa,裂紋長(zhǎng)2a=4mm,應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子義K==6益，鋼材KIC隨 增加而下降，其變化如下表所示：(MPa)1100 1200 1300 1400 1500/\MPa-vm)KIC m108.5 85.5 69.8 54.3 46.5若按屈服強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為n=1.4,試找出既保證材料強(qiáng)度儲(chǔ)備又不發(fā)生脆性斷裂的鋼材。若n=1.7時(shí)，上述材料是否能滿(mǎn)足要求？測(cè)定平面應(yīng)變斷裂韌性K1c的試件有哪些基本要求？如何測(cè)得有效的K1c值?在用三點(diǎn)彎曲試件測(cè)定尺K1c時(shí)，所用試件的尺寸為B=30mm,W=60mm,S=240mm,預(yù)制疲勞裂紋(包括機(jī)械缺口)的深度a=32mm,P5=56kN,Pmax=60.5kN,試計(jì)算條件斷裂韌性KQ,可采用怎樣的技術(shù)措施提高材料的斷裂韌^性K1c值？試述COD的意義。試述J的意義。在導(dǎo)出估算切口強(qiáng)度的公式時(shí)作了哪些假設(shè)和近似?據(jù)此說(shuō)明上述公式的適用范圍。為什么低強(qiáng)度高塑性材料的切口敏感度小，高強(qiáng)度塑性材料的大，而脆性材料是完全切口敏感的？什么是沖擊韌性?用于測(cè)定沖擊韌性的試件有哪兩種主要形式？測(cè)定的沖擊韌性如何表示?沖擊韌性值在工程中有什么實(shí)用價(jià)值？何謂低溫脆性?在哪些材料中發(fā)生低溫脆性？何謂韌一脆轉(zhuǎn)變?如何確定韌一脆轉(zhuǎn)變溫度？有哪些因素影響韌一脆轉(zhuǎn)變溫度？對(duì)于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的界面斷裂韌性，目前還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)及理論結(jié)果。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)個(gè)實(shí)驗(yàn)方法直接確定顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的界面斷裂韌性，并具體給出理論模型。答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009第8頁(yè)共14頁(yè)習(xí)題6殘余應(yīng)力對(duì)材料的力學(xué)性能有重要影響，試總結(jié)一下殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響。殘余應(yīng)力的概念殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是不可避免的，試說(shuō)出幾種工件常見(jiàn)的殘余應(yīng)力，說(shuō)明其產(chǎn)生原因，并說(shuō)出其按其影響范圍屬于哪種分類(lèi)。試說(shuō)出三種日常生活中去除、調(diào)整殘余應(yīng)力的工藝，并說(shuō)明其屬于什么方法。試?yán)e出幾種你所知道或用過(guò)的殘余應(yīng)力的測(cè)試方法，并說(shuō)出其屬于哪一類(lèi)測(cè)試方法。欲測(cè)7-3黃銅試樣的應(yīng)力，用CoK/照射400面，當(dāng)W=°時(shí)，20=150.4。，當(dāng)9=45。時(shí)，26=150.9。，試計(jì)算試樣表面宏觀應(yīng)力。(a=0.3695nm,E=8.83x104MPa,v=0.35)習(xí)題7名詞解釋高周疲勞，低周疲勞，應(yīng)力幅一超靜定架由三根等截面桿構(gòu)成，如下圖所示，該架在500oC環(huán)境下承受集中載荷P，試按陳化理論公式分析蠕變應(yīng)力。已知其材料參數(shù)為E=2*105MPa，A=5*10-13，n=2，m=0.7及P=20kN，截面面積為F=1cm2，桿長(zhǎng)為11=10cm。P.在上題中，設(shè)桿1和桿2夾角為0，試用時(shí)間硬化理論￡c=G"B。，分析其蠕變應(yīng)力。試述疲勞破壞與靜力破壞的本質(zhì)區(qū)別。一半徑為a的圓截面桿僅承受扭轉(zhuǎn)力矩M，試用Kaqa準(zhǔn)則分析其壽命。一等溫場(chǎng)厚壁筒，內(nèi)外半徑各為a及b，承受不變的內(nèi)壓P，請(qǐng)用連續(xù)損傷計(jì)算方法分析蠕變破壞。疲勞行為經(jīng)驗(yàn)規(guī)律有哪些？試述低周疲勞循環(huán)中的壽命一載荷曲線的含義。答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009 第9頁(yè)共14頁(yè)解釋蠕變累積損傷的內(nèi)涵。習(xí)題8解釋下列名詞（1）應(yīng)力腐蝕；（2）氫蝕；（3）白點(diǎn)；（4）氫化物致脆；（5）氫致延滯斷裂；（6）腐蝕疲勞；（7）聲發(fā)射；（8）動(dòng)極化掃描技術(shù)；（9）交流阻抗譜測(cè)試技術(shù)。說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義（1）K"；（2）da/dt；⑶K［口；（4）C；（5）°scc；（6）°c；⑺Kic試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件。材料的應(yīng)力腐蝕具有什么特點(diǎn)？對(duì)一開(kāi)有單邊缺口的大試樣，在持久載荷作用下的裂紋擴(kuò)展率進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)材料在腐蝕介質(zhì)加速下呈I階段和H階段而無(wú)0階段。當(dāng)預(yù)制裂紋深度a為3mm時(shí)，在50MPa載荷作用下裂紋剛好擴(kuò)展，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至5mm時(shí)，進(jìn)入11第階段，其中da/dt=2x10-6mm/s,試問(wèn)材料Kiscc是多少？裂紋在第H階段能經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間？材料的Kic=20Mpa<m某高強(qiáng)度鋼的°0,2=1400MPa,KiC=77.5MPa<m在水介質(zhì)中的Kiscc=21-3MPaqm，裂紋擴(kuò)展到第H階段的da/dt=2x10-6mm/s，第H階段結(jié)束時(shí)的Ki=62MPa-m1/2。該材料制成的機(jī)件在水介質(zhì)中工作，工作拉應(yīng)力°=400MPa。探傷發(fā)現(xiàn)該機(jī)件表面有半徑a。=4mm的半圓形裂紋。試粗略估算其剩余壽命。何謂氫致延滯斷裂？為什么高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是出現(xiàn)在一定的應(yīng)變速率和溫度范圍內(nèi)？試述區(qū)別高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的方法。有一M24栓焊橋梁用高強(qiáng)度螺栓，采用40B鋼調(diào)質(zhì)制成，抗拉強(qiáng)度為1200MPa承受拉應(yīng)力650MPa。在使用中，由于潮濕空氣及雨淋的影響發(fā)生斷裂事故。觀察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開(kāi)始，有明顯的沿晶斷裂特征，隨后是快速脆斷部分。斷口上有較多腐蝕產(chǎn)物，且有較多的二次裂紋。試分析該螺栓產(chǎn)生斷裂的原因，并考慮防止這種斷裂的措施。有一導(dǎo)彈緊固件用超高強(qiáng)度鋼制成，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，封存在山洞之中，幾年后發(fā)現(xiàn)緊固部位有明顯裂紋，試解釋產(chǎn)生原因。有一高強(qiáng)度鋼°s=1000MPa,在T=300K時(shí)探傷發(fā)現(xiàn)鋼中有一裂紋a=4mm,一般認(rèn)為裂尖前方有一塑性區(qū)，從而裂紋可以鈍化成一個(gè)曲率為p的尖端口，最大°h=°.N+兀>2，如果氫的應(yīng)變場(chǎng)是球?qū)ΨQ(chēng)，即￡1=￡2=￡3，已知鋼的Vh=2.0cm3/mol，試求裂紋處塑性區(qū)中的最大氫富集度。試說(shuō)明環(huán)境介質(zhì)對(duì)金屬材料的疲勞性能有何重要影響及其原因。答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009 第10頁(yè)共14頁(yè) .金屬材料的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展曲線有哪些形式？試解釋埋在潮濕地區(qū)的鐵桿，其腐蝕最嚴(yán)重的部位常在剛露出地面的一段，為什么？海水中行走的船舶，試分析其螺旋槳有可能出現(xiàn)的斷裂形式？你如何在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬它的工作條件，并對(duì)其損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)。有人想用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)黃銅在沸騰的MSCI2(溫度約100℃)，但他所用聲發(fā)射儀器配用的換能器只能在常溫下使用，你能設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)裝置幫助他完成該實(shí)驗(yàn)嗎？習(xí)題9材料系統(tǒng)包含那些要素，這些要素之間的關(guān)系是怎樣的？材料的結(jié)構(gòu)層次有那些劃分方法，具體又分為那些層次？有限元方法是在什么情況下產(chǎn)生的？有限元方法的理論基礎(chǔ)是什么？如何通過(guò)最小位能原理建立有限元求解方程？有限元法的分析過(guò)程是怎樣的？多晶體均勻化處理方法采用了那些假說(shuō)？有那些多晶體模型？原子間作用勢(shì)是怎樣描述的，經(jīng)驗(yàn)性對(duì)勢(shì)有那幾種類(lèi)型？在分子動(dòng)力學(xué)模擬中為什么要使用恒壓系統(tǒng)或者恒溫系統(tǒng)？傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法模擬裂紋尖端有什么困難？用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬裂紋尖端的基本方案是怎樣的？虛功原理有哪兩種不同形式？各和彈性力學(xué)的什么方程相等效？你能準(zhǔn)確地表述它們嗎？什么是最小位能原理？它是如何導(dǎo)出的？什么是位移插值函數(shù)？選擇位移模式的原則是什么？由本章的學(xué)習(xí)，你對(duì)多尺度模擬有什么認(rèn)識(shí)？一長(zhǎng)方形波板如圖9.12所示，其兩端受均勻拉伸P。板長(zhǎng)12cm，寬4cm，厚1cm。材料E=2.0x105MPa，v=0.3。均勻拉力P=5MPa。試用有限元法求解板內(nèi)應(yīng)力，并和精確解比較。圖9.12習(xí)題15圖習(xí)題10應(yīng)力對(duì)鐵磁材料性能的影響？考慮一個(gè)具有大的正磁晶各向異性(K1>0)的立方鐵磁性晶體，在退磁態(tài)下，僅含［100］和答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009

第11頁(yè)共14頁(yè)［111］疇，現(xiàn)使其沿皿。］方向磁化。計(jì)算在［010］方向的伸長(zhǎng)量與該方向的磁化強(qiáng)度間的函數(shù)關(guān)系。試證：沿不同晶軸方向?qū)⒁昏F磁立方晶體磁化到飽和時(shí)的磁化功為T(mén)OC\o"1-5"\h\zW—W =-1[100] 4… …K1KW—W= +2[100] 3 27什么樣的電疇結(jié)構(gòu)有利于提高BaTiO3單晶的壓電性?習(xí)題11試述薄膜的定義及分類(lèi)。查閱相關(guān)書(shū)籍，了解薄膜有哪些特殊用途。壓痕法能測(cè)量薄膜的哪些力學(xué)性能，試分別簡(jiǎn)要說(shuō)明其原理。已知薄膜中存在殘余應(yīng)力，作壓痕實(shí)驗(yàn)的深度為200nm，A=2x106nm2,A。=1x106nm2,H=3GPa，求oR。若A=1x106nm2,A0=2x106nm2,求oR。(Berkovich壓頭)殘余應(yīng)力對(duì)薄膜性能會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？膜與基體界面間結(jié)合類(lèi)型有哪些？閱讀文獻(xiàn)17,詳細(xì)了解劃痕法測(cè)量薄膜斷裂韌性的具體過(guò)程。氣泡法測(cè)量界面斷裂韌性時(shí)，試樣是怎樣準(zhǔn)備的？壓痕法測(cè)量薄膜的硬度與傳統(tǒng)硬度測(cè)試的根本區(qū)別是什么？影響薄膜摩擦學(xué)特性的因素有哪些？習(xí)題12名詞解釋黏彈性，蠕變，應(yīng)力松弛，高彈性，時(shí)間-溫度等效，Boltzmann疊加原理推導(dǎo)三參量固體的本構(gòu)關(guān)系式(12-15)高分子材料高彈性的特點(diǎn)有哪些？￡k(10 (1 2( (設(shè)某高分子材料的松弛模量函數(shù)為E(()=Eee—T1+￡k(10 (1 2( (用下2(1時(shí)刻后的應(yīng)力。答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009第12頁(yè)共14頁(yè)已知某縣黏彈性材料的松弛模量函數(shù)為E(t)=E0etT，試寫(xiě)出其蠕變?nèi)崃亢瘮?shù)J⑺。在WLF方程中，選取不同的溫度作為參考溫度T0時(shí)，方程形式不變，只是方程中的參數(shù)C1和C取值不同。取T0—，則有普適參數(shù)C1=C：=17.44，C2=C2^51-6。試求T0=T+500c時(shí)的材料參數(shù)C1和C2。聚苯乙烯在同樣的應(yīng)力作用下進(jìn)行蠕變,已知材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為358K.試問(wèn):溫度為423K時(shí)的蠕變比溫度為393K時(shí)的蠕變大約快多少？保持伸長(zhǎng)量不變的橡膠帶,273K時(shí)的作用力為45kg.試求323K時(shí)的作用力為多少？已知Mooney-Rivilin應(yīng)變能函數(shù)為W=^10(11~3)+001a2-3)，試推導(dǎo)單軸拉伸條件下橡膠的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，即Mooney-Rivilin方程。影響高分子材料脆韌轉(zhuǎn)變的因素有哪些？銀紋引發(fā)判據(jù)主要有哪些？簡(jiǎn)述銀紋的擴(kuò)展機(jī)理。習(xí)題13名詞解釋陶瓷，熱沖擊，熱震斷裂，熱震損傷試述陶瓷材料與金屬材料在彈性變形、塑性變形和斷裂方面的區(qū)別。試述陶瓷材料蠕變機(jī)理與金屬材料蠕變機(jī)理異同點(diǎn)。目前測(cè)試陶瓷材料斷裂韌性的方法有哪些？含有一條貫穿厚度的表面裂紋的氧化釔穩(wěn)定ZZO的切口梁在四點(diǎn)彎曲方式(1型)下破壞。梁的高度是10mm，斷裂應(yīng)力為100MP明臨界斷裂尺寸(c)為1mm,ZZO2的楊氏模量和泊松比分別為200GPa和0.30。請(qǐng)求出該材料的斷裂表面能、斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展阻力。一塊帶切口的AI2O3厚板，含有一條貫穿厚度的內(nèi)部裂紋，在均勻拉伸條件(1型)下破壞，斷裂應(yīng)力為12MPa，臨界裂紋尺寸(2c)為60mm,A2O3的楊氏模量和泊松比分別為400GPa和0.30,請(qǐng)求出該材料的斷裂表面能、斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展阻力。試述影響陶瓷材料強(qiáng)度的因素有哪些？試述陶瓷材料疲勞類(lèi)型及特點(diǎn)。對(duì)多晶UO2獲得了下面的穩(wěn)態(tài)蠕變數(shù)據(jù)：答案參見(jiàn)我的新浪博客：/cty1009

第13頁(yè)共14頁(yè)溫度/°C應(yīng)力/MPa應(yīng)變速率/10-3-h-11666142.0