材料力学性能简答题

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1、1材料的厚度或截面尺寸对材料的断裂韧性有什么影响？在平 面应变断裂韧性KIC的测试过程中，为了保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态，对试样的尺寸有什么要求?答：材料的断裂韧性随材料厚度或截面尺寸的增加而减小，最终趋于一个稳定的 最低值，即平面应变断裂韧性KIC。（2分）为保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态， 对试样在z向的厚度从在y向的宽度与裂纹长度a之差（即W-a,称 为韧带宽度）和裂纹长度a设计成如下尺寸2解释形变强化的概念，并阐述其工程意义答：拉伸试验中，材料完成屈服应变后，随应变的增加发生的应力增大的现象， 称为形变强化。材料的形变强化规律，可用Hollomon公式S二K n

2、描述。（2分） 形变强化是金属材料最重要的性质之一，其工程意义在于：1）形变强化可使材 料或零件具有抵抗偶然过载的能力，阻止塑性变形的继续发展，保证材料安全。 2）形变强化是工程上强化材料的重要手段，尤其对于不能进行热处理强化的材 料，形变强化成为提高其强度的非常重要的手段。3）形变强化性能可以保证某 些冷成形如冷拔线材和深冲成形等工艺的顺利进行。（2分）3简述布氏硬度试验方法的原理、计算方法和优缺点.答：a）测试原理：用一定的压力P将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入 试样表面，保持规定的时间后卸除压力，于是在试件表面留下压痕（压痕的 直径和深度分别为和丹）。布氏硬度用单位压痕表而积川上所承

3、受的平均压 力表示。（2分）b）计算方法：HB旦旦=A 7rDh2PttD(D _（1分）c）优缺点：（1分）优点：1）分散性小，重复性好，能反映材料的综合平均性能。2）可佔算材料的抗拉强度。 缺点：1）不能测试薄件或表面硬化层的硬度。2）试验过程中，常需要更换压头和实验载荷，耗费人力和时间。4解释平面应力和平面应变状态，并用应力应变参数表述这两种 状态。答：对薄板，由于板材较薄，在厚度方向上可以自由变形， 即zHO。这种只在两个方向上存在应力的状态称为平面 应力。对厚板，山于厚度方向变形的约束作用，使得Z方向不产生应变，即z=O ,这 种 状态称为平面应变。（2分）5什么是低温脆性？并阐述低

4、温脆性的物理本质。答：材料因温度的降低山韧性断裂转变为脆性断裂，冲击吸收功明显下降，断裂 机理山微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征山纤维状变为结晶状的现象，称为低 温脆性或冷脆。低温脆性是材料屈服强度随温度的下降而急剧增加、但材料的断裂强度。f却随 温度变化较小的结果。6.哪些材料易表现出低温脆性？工程上常用哪些方法评定材料 的低温脆性？答：与面心立方金属相比，体心立方金属材料如中低强度钢等，容易表现出低温 脆 性。在工程上，常用能量准则、断口形貌准则、断口变形特征准则等评价材 料的低温脆性墩感性。7与常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些 特点？答：与常温下力学性能相比，金属材料

5、在高温下的力学行为有如下特点：（1）材料在髙温下将发生蠕变现象。即在应力恒定的情况下，材料在应力的持 续作用下不断地发生变形。（2）材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关了。载荷作用的时间越长，引 起一定变形速率或变形量的形变抗力及断裂抗力越低。（3）材料在高温下工作时，不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低， 载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。因而在高温下材料的断裂，常为沿晶断 裂。（4）在恒定应变条件下，在高温下工作的材料还会应力松弛现象，即材料内部 的应力随时间而降低的现象。9. 缺口会引起哪些力学响应？如何评定材料的缺口敏感性？答:材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部产生应力集

6、中、双向或三向应 力、 应力集中和应变集中，并试样的屈服强度升高，塑性降 低。材料的缺口敬感性，可通过缺口静拉伸、偏斜拉伸、静弯曲、冲击等方法加以 评定。10. 高周疲劳与低周疲劳的区别是什么？并从材料的强度和塑 性出发，分析应如何提高材料的抗疲劳性能？答：高周疲劳是指小型试样在变动载荷（应力）试验时，疲劳断裂寿命高于105 周次的疲劳过程。高周疲劳试验是在低载荷、高寿命和控制应力下进行的疲劳。而低周疲劳是在高应力、短寿命、控制应变下进行的疲劳过程。（2分） 对高周疲劳，山于承受的载荷较小、常处于弹性变形范围内，因而材料的疲劳抗 力主要取决于材料强度。于是提高的材料就可改善材料的高周疲劳抗力。

7、而对低 周疲劳，承受的载荷常大于材料的屈服强度、处于塑性变形内，因而材料的疲劳 抗力主要取决于材料的塑性。于是增加材料的塑性，可提高材料的低周疲劳抗力。（2分）11. 推导静载拉伸实验均匀变形阶段材料的延伸率8与断面收缩率的关 系式。1）对静载拉伸实验，试根据体枳不变条件及延伸率、断而收缩率的槪念，推导均匀变形阶 段材料的延伸率6与断面收缩率的关系式。解：假设均匀变形前，材料的长度和截面枳分别为Ao :变形后材料的长度和截而积变 化为/、A.根据延伸率0、断面收缩率卩的定义：牛,肖二如二纟 （1分）在均匀变形阶段，由变形前后体积不变的条件/04）= 得：（1分= /0 + A/ = /0(lo

8、 (1 + C（1分）妇“以一才“分）1 + 5于是，可推出材料的延伸率6与断而收缩率肖间的关系：（2分）（1分）或6亠1_肖&利用Hollomon公式S=Ken,推导应力应变曲线上应力达到值时开始产生颈缩的条件。1 利用Hollomon公式S=K岸,推导应力-应变曲线上应力达到最大值时开始 产生颈缩的条件。解：应力一应变曲线上的应力达到最大值时开始颈缩。在应力一应变曲线的最高点处有：dP = SdA + AdS = 0（ 1 分）其中F和S分别是试样截面枳为A时的载荷和真应力由于颈缩开始前试样的变形是均匀分布的，所以有试样的体积不变，即de = dl I =-dA A（1分）由dP=O可得：dSdA=as（1分）SA所以=s（1分）常数，或Adl+ldA=Q.并考虑到应变的定义d s=dl!l 9可得：ds这就是颈縮刈据。说明颈缩开始于应变强化速率&S/氐与真应力相等的时刻。由Hollomon公式S=Ken 应变强化指数的左义得出：（1分）dS S =n de s将颈缩条件dS花=s代入上式,得:（1分说明在颈缩开始时的貞应变在数值上与应变强化指数相等。