材料力学性能课后习题答案.docx

1、材料力学性能课后习题答案材料力学性能课后答案 （整理版 ）1、解释下列名词。1弹性比功 ：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位 体积吸收的最大弹性变形功表示。2滞弹性 ：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹 性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。3循环韧性 ：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4包申格效应 ：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形， 卸载后再同向加载， 规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。5解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6塑性：金属材料断裂前发生不可

2、逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为 b 的台阶。8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合 ,同号台阶相互汇合长大 , 当汇 合台阶高度足够大时 , 便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。9.解理面：是金属材料在一定条件下， 当外加正应力达到一定数值后， 以极快速 率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂， 因与大理石断裂类似， 故称此种晶体学平 面为解理面。10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内， 可以是韧性断裂， 也可以是脆性断裂。 沿晶断裂 ：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。11.韧脆转变

3、 ：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显 下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能 出现加载线与卸载线不重合、 应变滞后于应力变化等现象 , 称之为弹性不完整性。 弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二 相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，

4、这种断裂 有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是 突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害 性很大。3、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？ 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是 韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生 的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。4、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓 的断口特征三要素。 上述断口三区域的形态、 大小和相对位置， 因试样形状、 尺寸和金

5、属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。5、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论 的局限性。1 f 2F Y V答：be =I2E上i ,只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性0.7 ,所以裂纹断裂韧度 KIC需要修正 对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的 KI为：168.131 0.177( 0.75)2匕 *0004417937(m)= 2.21(mm)22兀IGS丿因为 K1= 168.13( MPa*m12KIc=115(MPa*m12所以：K1KIc ,裂纹会失稳扩展,所以该件不安全。17.有一轴件平行轴向工作应力150MPa使用

6、中发现横向疲劳脆性正断，断口分 析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹 a/c可以确定=1,测试材料的 0.2=720MPa ,试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解： 因为 / 0.2=150720=0.208 Kth时，dadN0,疲劳裂纹才开始扩展。因此， Kth是疲劳裂纹 不扩展的K临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值。4.试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程 (新书P9698及PPT旧书P10911D 答：典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域一疲劳源、疲劳区及瞬断区。(1)疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，疲劳源区的光亮度最大，因为这里在整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压， 故显示光亮

7、平滑，另疲劳源的贝纹线细小。(2) 疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域， 是判断疲劳断裂的重要特征证据。特征是：断口比较光滑并分布有贝纹线。 断口光滑是疲劳源区域的延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是由载荷变动引起的， 如机器运转时的开动与停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留 下了弧状台阶痕迹。(3)瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口比疲劳区粗 糙，脆性材料为结晶状断口，韧性材料为纤维状断口。6试述疲劳图的意义、建立及用途。(新书P101102旧书P115117)答：定义：疲劳图是各种循环疲劳极限的集合图， 也是疲劳曲线的另一种表达形式。意义：很多机件

8、或构件是在不对称循环载荷下工作的，因此还需知道材料的不对 称循环疲劳极限，以适应这类机件的设计和选材的需要。通常是用工程作图法， 由疲劳图求得各种不对称循环的疲劳极限。建立：这种图的纵坐标以二a表示，横坐标以C m表示。然后，以不同应力比r条件下将二max表示的疲劳极限-r分解为二a和二m，并在该坐标系中作ABC曲线，即（J IgmaX - Jn）为匚a - ；m疲劳图。其几何关系为：tan a = 1 Dm Sax +Jin）rB ,二 rB =二 aB mB。（用途）：我们知道应力比r ,将其代入试中，即可求得tan和，而后从坐标 原点O引直线，令其与横坐标的夹角等于:值，该直线与曲线ABC相交的交点B 便是所求的点，其纵、横坐标之和，即为相应r的疲劳极限2 二max（6in） Ym 疲劳图建立：这种图的纵坐标以 二max或二min表示，横坐标以匚m表示。然后将不同应力比r下的疲劳极限，分别以二maximin）和二m表示于上述坐标系中，就形成这种疲（用途）：我们只要知道应力比r,就可代入上试求得tan和，而后从坐标原 点O引一直线OH令其与横坐标的夹角等于：，该直线与曲线AHC相交的交点H 的纵坐标即为疲劳极限。8.试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素。 （新书P107109,旧书P123