工程材料力學(xué)性能三四章習(xí)題

第三章沖擊韌度：沖擊載荷下，材料斷裂前單位截面積吸收的能量（外力做的功）沖擊吸收功:沖擊載荷下，材料斷裂前吸收的能量（外力做的功）低溫脆性：溫度低于某一溫度時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料有韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度。韌性溫度儲(chǔ)備:材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值。1AK：沖擊吸收功

AKV(U)：V(U)型缺口試樣的沖擊吸收功FATT50：結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積50%時(shí)的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度NDT,FTE,TFPPlasticElastic24試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)：影響因素有：

1)．晶體結(jié)構(gòu)：BCC容易出現(xiàn)低溫脆性

2)．化學(xué)成分：固溶強(qiáng)化降低塑性（Mn,Ni）

3)．顯微組織：①晶粒大?、诮鹣嘟M織位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)隨溫度降低而困難35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（落錘試驗(yàn)試樣）。6下列三組試驗(yàn)方法中，請(qǐng)舉出每一組中哪種試驗(yàn)方法測(cè)得的冷脆溫度較高？為什么？冷脆溫度的高低與試驗(yàn)中試樣受力方式有關(guān)，容易發(fā)生塑性變形的就能夠提高冷脆溫度。（1）拉伸和扭轉(zhuǎn)：靜載荷下拉伸的軟性狀態(tài)系數(shù)大于彎曲大于扭轉(zhuǎn)，因此拉伸和扭轉(zhuǎn)比較時(shí)，在拉伸條件下的塑性比扭轉(zhuǎn)低，因此扭轉(zhuǎn)的冷脆溫度高。（2）缺口靜彎曲和缺口沖擊彎曲：應(yīng)變速率增加可以提高材料的強(qiáng)度同時(shí)降低材料的塑性，因此應(yīng)變速率的增加有增加材料脆性的傾向，缺口靜彎曲的冷脆溫度相對(duì)較高。（3）光滑試樣拉伸和缺口試樣拉伸：缺口試樣會(huì)導(dǎo)致材料的受力狀態(tài)改變成兩向或者三向，而多向拉伸的軟性系數(shù)更小，因此缺口試樣會(huì)使材料變脆的傾向，從而降低冷脆溫度47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？宏觀上：微觀上：派—納力的主導(dǎo)作用及其對(duì)溫度的敏感性58根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn)。

缺點(diǎn)：脆性斷裂一般斷裂時(shí)間較短，突發(fā)性的斷裂，因此在使用時(shí)一旦超過屈服強(qiáng)度就會(huì)很快斷裂

優(yōu)點(diǎn)：脆性斷裂在常溫下表現(xiàn)為脆性，因此材料的變形隨溫度降低時(shí)變化不大，這樣在交變溫度的使用環(huán)境下，就不需要考慮材料的冷脆溫度6第四章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(chǎng)：應(yīng)力作用范圍應(yīng)變場(chǎng)：發(fā)生應(yīng)變的試樣區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KⅠ：

與位置無關(guān)，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量有很大影響，能夠表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度的因子?！癐”表示I型裂紋。7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塑性區(qū)：發(fā)生塑性變形的區(qū)域有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力。與材料屈服應(yīng)力的區(qū)別，在平面應(yīng)力狀態(tài)下就是屈服應(yīng)力，而在平面應(yīng)變狀態(tài)下為2.5倍的材料屈服強(qiáng)度有效裂紋長度：塑性變形導(dǎo)致應(yīng)力松弛，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(chǎng)的影響，經(jīng)修正后的裂紋長度即為有效裂紋長度:a+ry。8裂紋擴(kuò)展K（G,J）判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足K（G,J）≥KIC（GIC,JIC）

，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂.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(shì)能的數(shù)值。Ｊ積分：有兩種定義或表達(dá)式：一是線積分：二是形變功率差。ＣＯＤ：裂紋張開位移δＣＯＤ判據(jù)：當(dāng)δ≥δC時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展。韌帶：裂紋擴(kuò)展方向試樣沒有裂紋的區(qū)域92、說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系KIC和KC：KIC為平面應(yīng)變下裂紋臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，稱斷裂K韌度。KC為平面應(yīng)力斷裂韌度。KC≥

KICGIC：材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量JIC：是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。δC：張開型裂紋失穩(wěn)的臨界張開位移平面應(yīng)力平面應(yīng)變103、試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。低應(yīng)力脆斷的原因：機(jī)件存在宏觀裂紋，從而使其在低于屈服應(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)？r=>0時(shí)

=>∞與實(shí)際不符很小的應(yīng)力就會(huì)失穩(wěn)115、試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋的KI表達(dá)式平面應(yīng)變下裂紋臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，K判據(jù)。典型裂紋的KI表達(dá)式:P69(略)6、試述K判據(jù)的意義及用途。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。

127、試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素。

原因：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)σy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：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處于平面應(yīng)變狀態(tài)，塑性區(qū)較??；板表面處于平面應(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)寬度總是與（KIC/σs)2成正比。138、試述塑性區(qū)對(duì)KI的影響及KI的修正方法和結(jié)果。影響：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(chǎng)和及KI的計(jì)算，所以要對(duì)KI進(jìn)行修正。修正方法：“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。結(jié)果：1412、試述KIC的測(cè)試原理和對(duì)試樣的要求原理：先用一定的試樣測(cè)試出FQ和裂紋長度a值得到一個(gè)KQ,如果KQ符合條件就說明測(cè)試使用的試樣符合條件，如果不符合就換成較大試樣重新測(cè)試。試樣要求：1513、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。14、試述KIC和AKV的異同及其相互之間的關(guān)系。相同點(diǎn)：都可以表示材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力不同點(diǎn)：KIC是裂紋失穩(wěn)而導(dǎo)致材料斷裂的臨界強(qiáng)度因子。而AKV是V型試樣的沖擊吸收功。試樣的速率不同。相互關(guān)系：一般KIC大的材料其AKV較大1615、試述影響ＫＩＣ的冶金因素內(nèi)因：1、化學(xué)成分的影響；2、基體相結(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。16、已講1717、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φ=1，測(cè)試材料的σ0.2=720MPa，試估算材料的斷裂韌度KIC為多少？解：第一步：是否需要K值修訂

σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7（不用修訂）

第二步：材料服役條件和裂紋類型表面半橢圓裂紋（平面應(yīng)變）：第三步：求KI,材料是否能夠安全服役150MPa材料斷裂，因此

c=150MPa，a=25mm代入可求:KIC=1.1×150×（3.14×25/1000）1/2=46.229（MPa*m1/2）1818、有一構(gòu)件制造時(shí)，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋，若a=1mm，在工作應(yīng)力

=1000MPa下工作，應(yīng)該選個(gè)什么材料的0.2和KIC配合比較合適？構(gòu)件材料參數(shù)如表解：1000/0.7≈1429,即材料的屈服強(qiáng)度在1429MPa以下時(shí)KI需要修正表面半橢圓裂紋（平面應(yīng)變）：19從題中可知，只有1500MPa時(shí)不需要修正，但是此時(shí)KI=61.6值大于KIC=55，