材料力学性能简答题

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B】/「（ir-a）\人"•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）•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受的平均压力表示。（2分）2P（1分）TTD（D_重复性好，能反映材料的综合平均性能b）计算方法：HB旦旦二A7rDhc）优缺点：（1分）优点：1）分散性小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。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。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。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）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A:变形后材料的长度和截而积变化为/、oA.根据延伸率0、断面收缩率卩的定义："牛,肖二如二纟（1分）TOC\o"1-5"\h\z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/=」（1分）/（l"妇“以一才“分）于是，可推出材料的延伸率6与断而收缩率肖间的关系：1+（2分）1-许1分）或61_肖&利用Hollomon公式S二Ken,推导应力■应变曲线上应力达到］取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，即常数，或Adl+ldA=Q・并考虑到应变的定义ds=dl!l9可得：de=dlI=-dAA1分）由dP=O可得:dSdA=as1分）1分）所以一二s（1分）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:dSS=n——des1分）dS将颈缩条件得:-（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。