工程材料力學性能 第二版課的后習題答案
第一章 材料單向靜拉伸載荷下的力學性能
一、 解釋下列名詞
滯彈性：在外加載荷作用下，應變落后于應力現象。
靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材科從變形到斷裂所消耗的功。
彈性極限：試樣加載后再卸裁，以不出現殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。
比例極限：應力—應變曲線上符合線性關系的最高應力。
包申格效應：指原先經過少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限(ζP)或屈服強度(ζS)增加；反向加載時彈性極限(ζP)或屈服
強度(ζS)降低的現象。
解理斷裂：沿一定的晶體學平面產生的快速穿晶斷裂。晶體學平面－－解理面，一般是低指數，表面能低的晶面。
解理面：在解理斷裂中具有低指數，表面能低的晶體學平面。
韌脆轉變：材料力學性能從韌性狀態轉變到脆性狀態的現象（沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉變為結晶狀）。
靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個強度與塑性的綜合指標，是表示靜載下材料強度與塑性的最佳配合。
二、金屬的彈性模量主要取決于什么為什么說它是一個對結構不敏感的力學姓能
答案：金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵的本性和原子間的結合力，而材料的成分和組織對它的影響不大，所以說它是一個對組織不敏感的性能指標，這是彈性模量在性能上的主要特點。改變材料的成分和組織會對材料的強度(如屈服強度、抗拉強度)有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。
三、什么是包辛格效應，如何解釋，它有什么實際意義
答案：包辛格效應就是指原先經過變形，然后在反向加載時彈性極限或屈服強度降低的現象。特別是彈性極限在反向加載時幾乎下降到零，這說明在反向加載時塑性變形立即開始了。
包辛格效應可以用位錯理論解釋。第一，在原先加載變形時，位錯源在滑移面上產生的位錯遇到障礙，塞積后便產生了背應力，這背應力反作用于位錯源，當背應力(取決于塞積時產生的應力集中)足夠大時，可使位錯源停止開動。背應力是一種長程(晶粒或位錯胞尺寸范圍)內應力，是金屬基體平均內應力的度量。因為預變形時位錯運動的方向和背應力的方向相反，而當反向加載時位錯運動的方向與原來的方向相反了，和背應力方向一致，背應力幫助位錯運動，塑性變形容易了，于是，經過預變形再反向加載，其屈服強度就降低了。這一般被認為是產生包辛格效應的主要原因。其次，在反向加載時，在滑移面上產生的位錯與預變形的位錯異號，要引起異號位錯消毀，這也會引起材料的軟化，屈服強度的降低。 實際意義：在工程應用上，首先是材料加工成型工藝需要考慮包辛格效應。其次，包辛格效應大的材料，內應力較大。另外包辛格效應和材料的疲勞強度也有密切關系，在高周疲勞中，包辛格效應小的疲勞壽命高，而包辛格效應大的，由于疲勞軟化也較嚴重，對高周疲勞壽命不利。
可以從河流花樣的反“河流”方向去尋找裂紋源。
解理斷裂是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。
5.影響屈服強度的因素
與以下三個方面相聯系的因素都會影響到屈服強度
位錯增值和運動
晶粒、晶界、第二相等
外界影響位錯運動的因素
主要從內因和外因兩個方面考慮
（一） 影響屈服強度的'內因素
1．金屬本性和晶格類型（結合鍵、晶體結構）
單晶的屈服強度從理論上說是使位錯開始運動的臨界切應力，其值與位錯運動所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位錯運動交互作用產生的阻力）決定。
派拉力：
位錯交互作用力
（a是與晶體本性、位錯結構分布相關的比例系數，L是位錯間距。）
2．晶粒大小和亞結構
晶粒小→晶界多（阻礙位錯運動）→位錯塞積→提供應力→位錯開動 →產生宏觀塑性變形 。 晶粒減小將增加位錯運動阻礙的數目，減小晶粒內位錯塞積群的長度，使屈服強度降低（細晶強化）。
屈服強度與晶粒大小的關系：
霍爾－派奇（Hall-Petch) ζs= ζi+kyd-1/2
3．溶質元素
加入溶質原子→（間隙或置換型）固溶體→（溶質原子與溶劑原子半徑不一樣）產生晶格畸變→產生畸變應力場→與位錯應力場交互運動 →使位錯受阻→提高屈服強度 （固溶強化） 。
4．第二相（彌散強化，沉淀強化）
不可變形第二相
提高位錯線張力→繞過第二相→留下位錯環 →兩質點間距變小 → 流變應力增大。 不可變形第二相
位錯切過（產生界面能），使之與機體一起產生變形，提高了屈服強度。
彌散強化：
第二相質點彌散分布在基體中起到的強化作用。
沉淀強化：
第二相質點經過固溶后沉淀析出起到的強化作用。
（二） 影響屈服強度的外因素
1.溫度
一般的規律是溫度升高，屈服強度降低。
原因：派拉力屬于短程力，對溫度十分敏感。
2.應變速率
應變速率大，強度增加。
ζε,t= C1(ε)m
3．應力狀態
切應力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。
缺口效應：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應力狀態發生變化，從而影響材料的力學性
能的現象。
9.細晶強化能強化金屬又不降低塑性。
10.韌性斷裂與脆性斷裂的區別。為什么脆性斷裂更加危險？
韌性斷裂：是斷裂前產生明顯宏觀塑性變形的斷裂
特征：
斷裂面一般平行于最大切應力與主應力成45度角。
斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴展和連接），灰暗色（反光能力弱）。
斷口三要素：
纖維區、放射區、剪切唇這三個區域的比例關系與材料韌斷性能有關。
塑性好，放射線粗大
塑性差，放射線變細乃至消失。
脆性斷裂：斷裂前基本不發生塑性變形的，突發的斷裂。
特征：
斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結晶狀。
注意：脆性斷裂也產生微量塑性變形。
斷面收縮率小于5％為脆性斷裂，大于5％為韌性斷裂。
23.斷裂發生的必要和充分條件之間的聯系和區別。
格雷菲斯裂紋理論是根據熱力學原理，用能量平衡（彈性能的降低與表面能的增加相平衡）的方法推到出了裂紋失穩擴展的臨界條件。該條件是是斷裂發生的必要條件，但并不意味著一定會斷裂。
該斷裂判據為：
裂紋擴展的充分條件是其尖端應力要大于等于理論斷裂強度。（是通過力學方法推到的斷裂判據）
該應力斷裂判據為：
對比這兩個判據可知：
當ρ＝3a0時，必要條件和充分條件相當
ρ<3a0時，滿足必要條件就可行（同時也滿足充分條件）
ρ> 3a0時，滿足充分條件就可行（同時也滿足必要條件）
25.
材料成分：
rs—有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數目和可動位錯有關
具有fcc結構的金屬有效滑移系和可動位錯的數目都比較多，易于塑性變形，不易脆斷。 凡加入合金元素引起滑移系減少、孿生、位錯釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。
雜質：
聚集在晶界上的雜質會降低材料的塑性，發生脆斷。
溫度：
ζi---位錯運動摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。
bcc金屬具有低溫脆斷現象，因為ζi隨著溫度的減低而急劇增加，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產生裂紋。故低溫脆性大。
晶粒大小：
d值小位錯塞積的數目少，而且晶界多。故裂紋不易產生，也不易擴展。所以細晶組織有抗脆斷性能。
應力狀態：
減小切應力與正應力比值的應力狀態都將增加金屬的脆性
加載速度
加載速度大，金屬會發生韌脆轉變。
第二章 金屬在其他靜載荷下的力學性能
一、解釋下列名詞：
（1）應力狀態軟性系數—材料最大切應力與最大正應力的比值，記為α。
（2）缺口效應——缺口材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應力狀態發生的變化。
（3）缺口敏感度——金屬材料的缺口敏感性指標，用缺口試樣的抗拉強度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度的比值表示。
（4）布氏硬度——用鋼球或硬質合金球作為壓頭，采用單位面積所承受的試驗力計算而得的硬度。
（5）洛氏硬度——采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度。
（6）維氏硬度——以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位面積所承受的試驗力計算而得的硬度。
（7）努氏硬度——采用兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗力除以壓痕投影面積得到的硬度。
（8）肖氏硬度——采動載荷試驗法，根據重錘回跳高度表證的金屬硬度。
（9）里氏硬度——采動載荷試驗法，根據重錘回跳速度表證的金屬硬度。
二、說明下列力學性能指標的意義
（1）ζｂｃ——材料的抗壓強度
（2）ζｂｂ——材料的抗彎強度
（3）ηｓ——材料的扭轉屈服點
（4）ηｂ——材料的抗扭強度
（5）ζｂｎ——材料的抗拉強度
（6）NSR——材料的缺口敏感度
（7）HBS——壓頭為淬火鋼球的材料的布氏硬度
（8）HBW——壓頭為硬質合金球的材料的布氏硬度
（9）HRA——材料的洛氏硬度
（１０）HRB——材料的洛氏硬度
（１１）HRC——材料的洛氏硬度
（１２）HV——材料的維氏硬度
（１３）HK——材料的努氏硬度
（１４）HS——材料的肖氏硬度
（１５）HL——材料的里氏硬度
【工程材料力學性能 第二版課的后習題答案】相關文章：