材料力學(xué)性能課后習(xí)題

1、材料力學(xué)性能課后習(xí)題第一章1.解釋下列名詞①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)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。②彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開(kāi)始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。③循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力稱為循環(huán)韌性。④包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)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

2、伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。⑤塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。⑥韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。⑦加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)由于晶粒發(fā)生滑移出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化使金屬的強(qiáng)度和硬度升高塑性和韌性降低的現(xiàn)象。⑧解理斷裂：解理斷裂是在正應(yīng)力達(dá)到一定的數(shù)值后沿一定的晶體學(xué)平面產(chǎn)生的晶體學(xué)斷裂。2.解釋下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義（1）E(彈性模量）；（2）σp（規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力）

3、、σe（彈性極限）、σs（屈服強(qiáng)度）、σ0.2（規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%的應(yīng)力）；（3）σb（抗拉強(qiáng)度）；（4）n（加工硬化指數(shù)）（5）δ（斷后伸長(zhǎng)率）、ψ（斷面收縮率）3.金屬的彈性模量取決于什么？為什么說(shuō)他是一個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)不敏感的力學(xué)性能？取決于金屬原子本性和晶格類型。因?yàn)楹辖鸹崽幚?、冷塑性變形?duì)彈性模量的影響較小。4.常用的標(biāo)準(zhǔn)試樣有5倍和10倍，其延伸率分別用δ5和δ10表示，說(shuō)明為什么δ5δ10。答：對(duì)于韌性金屬材料，它的塑性

4、變形量大于均勻塑性變形量，所以對(duì)于它的式樣的比例，尺寸越短，它的斷后伸長(zhǎng)率越大。5.某汽車彈簧，在未裝滿時(shí)已變形到最大位置，卸載后可完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)；另一汽車彈簧，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來(lái)越小，即產(chǎn)生了塑性變形，而且塑性變形量越來(lái)越大。試分析這兩種故障的本質(zhì)及改變措施。答：（1）未裝滿載時(shí)已變形到最大位置：彈簧彈性極限不夠?qū)е聫椥员裙π?；?）使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來(lái)越小，即產(chǎn)生了塑性變形，這是構(gòu)件材料的彈性比功不足引

5、起的故障，可以通過(guò)熱處理或合金化提高材料的彈性極限（或屈服極限），或者更換屈服強(qiáng)度更高的材料。6.今有45、40Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材料，應(yīng)選擇哪種材料作為機(jī)床機(jī)身？為什么？答：應(yīng)選擇灰鑄鐵。因?yàn)榛诣T鐵循環(huán)韌性大，也是很好的消振材料，所以常用它做機(jī)床和動(dòng)力機(jī)器的底座、支架，以達(dá)到機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。剛性好不容易變形加工工藝朱造型好易成型抗壓性好耐磨損好成本低7.什么是包申格效應(yīng)？如何解釋？它有什么實(shí)際意義？答：（1）金屬材料

6、經(jīng)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)力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。（2）理論解釋：首先，在原先加載變形時(shí)，位錯(cuò)源在滑移面上產(chǎn)生的位錯(cuò)遇到障礙，塞積后便產(chǎn)生了背應(yīng)力，背應(yīng)力反作用于位錯(cuò)源，當(dāng)背應(yīng)力足夠大時(shí)，可使位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)。預(yù)變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向和背應(yīng)力方向相反，而當(dāng)反向加載時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向和背應(yīng)力方向一致，背應(yīng)力幫助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，塑性變形容易了，于是，經(jīng)過(guò)預(yù)變形再反向加載，其屈服強(qiáng)度

7、就降低了。（3）實(shí)際意義：在工程應(yīng)用上，首先，材料加工成型工藝需要考慮包申格效應(yīng)。例如，大型精油輸氣管道管線的UOE制造工藝：U階段是將原始板材沖壓彎曲成U形，O階段是將U形板材徑向壓縮成O形，再進(jìn)行周邊焊接，最后將管子內(nèi)徑進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá)到給定大小，即E階段。按UOE工藝制造的管子，希望材料具有非常小的或者幾乎沒(méi)有包申格效應(yīng)，以免管子成型后強(qiáng)度的損失。其次，包申格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力大。例如，鐵素體馬氏體的雙相鋼對(duì)氫脆就比較敏感，而普通低

8、碳鋼或低合金高強(qiáng)度鋼對(duì)氫脆不敏感，這是因?yàn)殡p相鋼中鐵素體周圍有高密度位錯(cuò)和內(nèi)應(yīng)力，氫原子與長(zhǎng)程內(nèi)應(yīng)力交互作用導(dǎo)致氫脆。包申格效應(yīng)和材料的疲勞強(qiáng)度也有密切關(guān)系。8.產(chǎn)生頸縮的應(yīng)力條件是什么？要抑制頸縮的發(fā)生有哪些方法？答：當(dāng)加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時(shí)就開(kāi)始頸縮。措施：提高加工硬化指數(shù)。6.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。拉伸：特點(diǎn)：溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確定，采用圓柱試樣，試驗(yàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較硬。應(yīng)

9、用范圍：塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度較低的塑性材料。壓縮：特點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能產(chǎn)生塑性變形，試樣常沿與軸線呈45方向產(chǎn)生斷裂，具有切斷特征。用范圍：脆性材料，以觀察脆性材料在韌性狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。彎曲：特點(diǎn)：彎曲試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣軸線與力偏斜問(wèn)題，沒(méi)有附加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可用試樣彎曲撓度顯示材料的塑性；彎曲試樣表面應(yīng)力最大，可靈敏地反映材料表面缺陷。應(yīng)用范圍：測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與

10、低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。也常用于比較和鑒別滲碳和表面淬火等化學(xué)熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。扭轉(zhuǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為0.8，比拉伸時(shí)大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整個(gè)長(zhǎng)度上的塑性變形時(shí)均勻，沒(méi)有緊縮現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；較能敏感地反映出金屬表面缺陷和及表面硬化層的性能；試樣所承受的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相等。應(yīng)用范圍：用來(lái)研究金屬在熱加工條件下的流變性能和斷裂性能，評(píng)定材料的熱壓力加工型，并未確定生產(chǎn)條件下

11、的熱加工工藝參數(shù)提供依據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱處理工件的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。第三章1.缺口會(huì)引起哪些力學(xué)響應(yīng)？答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產(chǎn)生應(yīng)力集中、雙向或三向應(yīng)力、應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，并試樣的屈服強(qiáng)度升高，塑性降低。2.比較平面應(yīng)力和平面應(yīng)變的概念。答：平面應(yīng)力：只在平面內(nèi)有應(yīng)力，與該面垂直方向的應(yīng)力可忽略，例如薄板拉壓?jiǎn)栴}。平面應(yīng)變：只在平面內(nèi)有應(yīng)變，與該面垂直方向的應(yīng)變可忽略，例如水壩側(cè)向水壓?jiǎn)栴}。具體說(shuō)來(lái)：

12、平面應(yīng)力是指所有的應(yīng)力都在一個(gè)平面內(nèi)，如果平面是OXY平面，那么只有正應(yīng)力σx，σy，剪應(yīng)力τxy(它們都在一個(gè)平面內(nèi))，沒(méi)有σz，τyz，τzx。平面應(yīng)變是指所有的應(yīng)變都在一個(gè)平面內(nèi)，同樣如果平面是OXY平面，則只有正應(yīng)變?chǔ)舩，εy和剪應(yīng)變?chǔ)脁y，而沒(méi)有εz，γyz，γzx。3.如何評(píng)定材料的缺口敏感性：答：材料的缺口敏感性，可通過(guò)缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎曲、沖擊等方法加以評(píng)定。5、由靜拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)到落錘試驗(yàn)的發(fā)展過(guò)程，如何理

13、解試驗(yàn)條件在評(píng)定材料方面的局限性？7.何謂低溫脆性？哪些材料易表現(xiàn)出低溫脆性？工程上，有哪些方法評(píng)定材料低溫脆性？答：在低溫下，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象稱為低溫脆性。只有以體心立方金屬為基的冷脆金屬才具有明顯的低溫脆性，如中低強(qiáng)度鋼和鋅等。而面心立方金屬，如鋁等，沒(méi)有明顯的低溫脆性。工程上常采用低溫脆性通常用脆性轉(zhuǎn)變溫度，能量準(zhǔn)則，斷口形貌準(zhǔn)則，斷口變形特征準(zhǔn)則評(píng)定。8.說(shuō)明為什么焊接船只比鉚接船只易發(fā)生脆性破壞？答：焊接容易

14、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。9說(shuō)明幾何強(qiáng)化現(xiàn)象的成因，并說(shuō)明其本質(zhì)與形變強(qiáng)化有何不同？10.細(xì)化晶粒尺寸可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度或者說(shuō)改善材料低溫韌性，為什么？答：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界增多有利于降低應(yīng)力集中，降低晶界上雜質(zhì)度，避免產(chǎn)生沿晶界脆性斷裂。所以可以提高材料的韌性。第四章1.解釋下列名詞：（1）低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低

15、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；（2）I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(kāi)，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。（3）應(yīng)力強(qiáng)度因子KI：在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由確定，尚與強(qiáng)度因子越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子?！癐”表示I型裂紋。（4）裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂.反之，即使存在