材料力學性能課后作業(yè)

1、材料力學性能課后作業(yè)主編時海芳任鑫副主編胡全文高志玉北京大學出版社第一章1.解釋下列名詞①滯彈性：金屬材料在彈性范圍內快速加載或卸載后，隨時間延長產生附加彈性應變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應變落后于應力的現(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：金屬材料經過預先加載產生少量塑性變形，卸載后再同向

2、加載，規(guī)定殘余伸長應力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低的現(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：金屬材料在再結晶溫度以下塑性變形時由于晶粒發(fā)生滑移出現(xiàn)位錯的纏結使晶粒拉長、破碎和纖維化使金屬的強度和硬度升高塑性和韌性降低的現(xiàn)象。⑧解理斷裂：解理斷裂是在正應力作用產生的一種穿晶斷裂，即斷裂面沿一定的晶面（即解理面）分離。2.解釋下列力學性能指標的意

3、義彈性模量）；（2）σp（規(guī)定非比例伸長應力）、σe（彈性極限）、σs（屈服強度）、σ0.2（屈服強度）；（3）σb（抗拉強度）；（4）n（加工硬化指數）（5）δ（斷后伸長率）、ψ（斷面收縮率）4.常用的標準試樣有5倍和10倍，其延伸率分別用δ5和δ10表示，說明為什么δ5δ10。答：對于韌性金屬材料，它的塑性變形量大于均勻塑性變形量，所以對于它的式樣的比例，尺寸越短，它的斷后伸長率越大。5.某汽車彈簧，在未裝滿時已變形到最大位置，卸載

4、后可完全恢復到原來狀態(tài)；另一汽車彈簧，使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來越小，即產生了塑性變形，而且塑性變形量越來越大。試分析這兩種故障的本質及改變措施。答：（1）未裝滿載時已變形到最大位置：彈簧彈性極限不夠導致彈性比功??；（2）使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來越小，即產生了塑性變形，這是構件材料的彈性比功不足引起的故障，可以通過熱處理或合金化提高材料的彈性極限（或屈服極限），或者更換屈服強度更高的材料。6.今有45、40Cr、35CrM

5、o鋼和灰鑄鐵幾種材料，應選擇哪種材料作為機床機身？為什么？答：應選擇灰鑄鐵。因為灰鑄鐵循環(huán)韌性大，也是很好的消振材料，所以常用它做機床和動力機器的底座、支架，以達到機器穩(wěn)定運轉的目的。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？如何解釋？它有什么實際意義？答：（1）金屬材料經過預先加載產生少量塑性變形，卸載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應。（2

6、）理論解釋：首先，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，背應力反作用于位錯源，當背應力足夠大時，可使位錯源停止開動。預變形時位錯運動的方向和背應力方向相反，而當反向加載時位錯運動方向和背應力方向一致，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。（3）實際意義：在工程應用上，首先，材料加工成型工藝需要考慮包申格效應。例如，大型精油輸氣管道管線的UOE制造工藝：U

7、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，再進行周邊焊接，最后將管子內徑進行擴展，達到給定大小，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有包申格效應，以免管子成型后強度的損失。其次，包申格效應大的材料，內應力大。例如，鐵素體馬氏體的雙相鋼對氫脆就比較敏操作方便；不存在拉伸試驗時試樣軸線與力偏斜問題，沒有附加應力影響試驗結果，可用試樣彎曲撓度顯示材料的塑性；彎曲試樣表面應力最大，可靈敏地反映

8、材料表面缺陷。應用范圍：測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質合金等脆性與低塑性材料的強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熱處理機件的質量和性能。扭轉：特點：應力狀態(tài)軟性系數為0.8，比拉伸時大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整個長度上的塑性變形時均勻，沒有緊縮現(xiàn)象，能實現(xiàn)大塑性變形量下的試驗；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力與最大切應力大體相等。應用范圍：用來研究金屬在熱加工條

9、件下的流變性能和斷裂性能，評定材料的熱壓力加工型，并未確定生產條件下的熱加工工藝參數提供依據；研究或檢驗熱處理工件的表面質量和各種表面強化工藝的效果。第三章1.缺口會引起哪些力學響應？答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產生應力集中、雙向或三向應力、應力集中和應變集中，并試樣的屈服強度升高，塑性降低。2.比較平面應力和平面應變的概念。答：平面應力：只在平面內有應力，與該面垂直方向的應力可忽略，例如薄板拉壓問題。平面應變：只在平面內

10、有應變，與該面垂直方向的應變可忽略，例如水壩側向水壓問題。具體說來：平面應力是指所有的應力都在一個平面內，如果平面是OXY平面，那么只有正應力σx，σy，剪應力τxy(它們都在一個平面內)，沒有σz，τyz，τzx。平面應變是指所有的應變都在一個平面內，同樣如果平面是OXY平面，則只有正應變εx，εy和剪應變γxy，而沒有εz，γyz，γzx。3.如何評定材料的缺口敏感性：答：材料的缺口敏感性，可通過缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎曲、沖擊等

11、方法加以評定。7.何謂低溫脆性？哪些材料易表現(xiàn)出低溫脆性？工程上，有哪些方法評定材料低溫脆性？答：在低溫下，材料由韌性狀態(tài)轉變?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，如中低強度鋼和鋅等。而面心立方金屬，如鋁等，沒有明顯的低溫脆性。工程上常采用低溫脆性通常用脆性轉變溫度，能量準則，斷口形貌準則，斷口變形特征準則評定。8.說明為什么焊接船只比鉚接船只易發(fā)生脆性破壞？答：焊接容易在焊縫處形成粗大金相

12、組織氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、錯邊、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。10.細化晶粒尺寸可以降低脆性轉變溫度或者說改善材料低溫韌性，為什么？答：晶界是裂紋擴展的阻力；晶界增多有利于降低應力集中，降低晶界上雜質度，避免產生沿晶界脆性斷裂。所以可以提高材料的韌性。第四章1.解釋下列名詞：低應力脆斷：高強度、超高強度鋼的機件，中低強度鋼的大型、重型機件在屈服應力以下發(fā)生的斷裂；（2）I型裂紋：拉應力垂直作用于裂紋