材料力学性能复习资料

一、说明下列力学性能指标的意义 1) P σ 比例极限 2) e σ 弹性极限 3) b σ抗拉强度 4) s τ扭转屈服强度 5) bb σ抗弯强度

6) HBW 压头为硬质合金球时的布氏硬度

7) HK 显微努氏硬度

8) HRC 压头为顶角120?

金刚石圆锥体、总试验力为1500N 的洛氏硬度 9) KV A 冲击韧性 10) K IC 平面应变断裂韧性 11) R σ应力比为R 下的疲劳极限 12) ?K th 疲劳裂纹扩展的门槛值

13) ISCC K 应力腐蚀破裂的临界应力强度因子

14) /T

t εσ给定温度T 下，规定试验时间t 内产生一定的蠕变伸长率δ的蠕变极限 15) T t σ给定温度T 下，规定试验时间t 内发生断裂的持久极限

二、单向选择题

1）在缺口试样的冲击实验中，缺口越尖锐，试样的冲击韧性（ b ）。 a) 越大； b) 越小；c ) 不变；d) 无规律

2）包申格效应是指经过预先加载变形，然后再反向加载变形时材料的弹性极限（ b ）的现象。

a) 升高 ；b) 降低 ；c) 不变；d) 无规律可循

3）为使材料获得较高的韧性，对材料的强度和塑性需要（ c ）的组合。

a) 高强度、低塑性 ；b) 高塑性、低强度 ；c) 中等强度、中等塑性；d) 低强度、低塑性

4）下述断口哪一种是延性断口（d ）。

a) 穿晶断口；b) 沿晶断口；c) 河流花样 ；d) 韧窝断口 5) 5）HRC 是（ d ）的一种表示方法。

a) 维氏硬度；b) 努氏硬度；c) 肖氏硬度；d) 洛氏硬度

6）I 型（张开型）裂纹的外加应力与裂纹面（b ）；而II 型（滑开型）裂纹的外加应力与

裂纹面（ ）。

a) 平行、垂直；b) 垂直、平行；c) 成450

角、垂直；d) 平行、成450

角 7）K ISCC 表示材料的（ c ）。

a) 断裂韧性； b) 冲击韧性；c ) 应力腐蚀破裂门槛值；d) 应力场强度因子 8）蠕变是指材料在（ B ）的长期作用下发生的塑性变形现象。 a) 恒应变；b) 恒应力；c) 恒加载速率；d) 恒定频率 9）T

t σ表示给定温度T 下，恰好使材料经过规定的时间t 发生断裂的（ b ）。 a) 蠕变极限；b) 持久强度；c) 高温强度；d) 抗拉强度 10）th K ?表示材料的（ b ）。

a) 断裂韧性； b) 疲劳裂纹扩展门槛值；c ) 应力腐蚀破裂门槛值；d) 应力场强度因 子

11）在单向拉伸、扭转与单向压缩实验中，应力状态系数的变化规律是（ C ）。

a) 单向拉伸＞扭转＞单向压缩；b) 单向拉伸＞单向压缩＞扭转；c) 单向压缩＞扭转＞ 单向拉伸；d) 扭转＞单向拉伸＞单向压缩

12) 平面应变条件下裂纹尖端的塑性区尺寸（ b ）平面应力下的塑性区。 a) 大于；b) 小于； c) 等于； d) 不一定

13)材料的断裂韧性随板材厚度或构件截面尺寸的增加而（ a ）。 a) 减小；b) 增大；c) 不变；d) 无规律

14）与干摩擦相比，加入润滑剂后摩擦副间的摩擦系数将会（ b ）。 a) 增大；b) 减小；c) 不变；d) 不一定

15) 拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的延伸率会（ B ）。 a) 越大；b) 越小；c) 不变；d) 无规律可循

16）拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断面收缩率会（ C ）。 a) 越高；b) 越低；c) 不变；d) 无规律可循

17)拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的抗拉强度会（ C ）。 a) 越高；b) 越低；c) 不变；d) 无规律可循

材料和直径均相同的低碳钢长短试样各一个，用他们测得的伸长率，断面收缩率，和抗拉强度是否基本相同？

试样所以要规定一个标准要求的长度，是为了检测结果的标准化。 如果试样长度不同，虽然材料完全相同，但结果可能会有所不同。 如果试样长度相差不多，一般没有实质性的差别。

如果试样长度太短，将会出现一些使检测结果不能标准化的情况。 试样检测都是要夹持的，如果太短，这夹持引起的应力会影响到试样的受拉区域，则这种试样肯定是长度太短而影响到了检测结果。 如果试样长度长一些，因为这试样，不管如何说是均质的，其实肯定是不均质的，

只是变化范围大小不同而已。所以试样长度的加长，试样将会在其薄弱处出现破坏的原理，结果长的试样检测结果要比短试样的小一些。小多少？要看材料的不均匀程度与试样长度的差别。

标准检测，应该要按标准规定的要求来进行，才能使结果比较标准化，结果才能有权威性而让人信服。

其实，这种情况你可以做一下一些比对试验的，从而真实牢固地掌握一些基本的概念。

加载速度会对材料力学性能产生什么影响?

加载速度的快慢就是生产加工中材料变形速度的快慢。通常情况下，塑性变形速度越快，变形后的材料储能越高，应变硬化率越高。这样造成材料本体硬度提高，力学中的抗拉强度会相对高一些，耐磨性能也好一些。

加工硬化可以使屈服强度增加，但不能改变抗拉强度

金属的抗拉强度其实就是抵御外力、不让内部由于各种原因产生的裂纹发生扩展的能力。这个涉及到了材料的断裂韧性。凡是提高或降低材料断裂韧性的措施或手段会会相应提高或降低材料的抗拉强度。如（1）加入高强的分散均匀、界面结合良好的细长纤维第二相（金属中加入高强陶瓷纤维）；（2）或采取措施诱发产生应力诱导的体积发生膨胀的相变过程使得裂纹前端压应力成分增加（如氧化铝中加入氧化锆）；（3）加入极细的弥散分布硬颗粒，使得裂纹的扩展不沿直线而沿曲线传播（金属中加入碳化钛或氮化钛）；（4）裂纹前端扩展时尽可能地发生较大的塑性变形，不过这与所述的金属的本性有关

二、简答题

1.简述洛氏硬度试验方法的原理、计算方法和优缺点。

答：洛氏硬度试验方法的原理是以一定的压力（600N、1000N、1500N）将顶角为1200的金刚

石圆锥体压头或直径为1/钢球压入试样表面，以残留于表面的压痕深度e来表示材料的硬度。

洛氏硬度的计算方法为：（1）对以金刚石圆锥体为压头、总试验力为1500N的C标尺，有HRC=100-e/0.002；（2）对以钢球为压头、总试验力为600N和1000N的A和B标尺，有HRA(B)=130-e/0.002。

洛氏硬度试验的优点是：（1）因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题。（2）因为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出，故测定洛氏硬度更为简便迅速，工效高。（3）对试件表面造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验。（4）因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。

洛氏硬度的缺点是：（1）洛氏硬度存在人为的定义，使得不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较，不像布氏硬度可以从小到大统一起来。（2）由于压痕小，所以洛氏硬度对材料组织的不均匀性很敏感，测试结果比较分散，重复性差，因而不适用具有粗大组成相(如灰铸铁中的石墨片)或不均匀组织材料的硬度测定。

2）什么是低温脆性？并阐述低温脆性的物理本质。

答：材料因温度的降低由韧性断裂转变为脆性断裂，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征由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σf却随温度变化

较小的结果。

3）切口冲击韧性实验能评定那些材料的低温脆性？哪些材料不能用此方法检验和评定？局限性？

答：切口冲击韧性实验能综合评定缺口、低温和高应变速率对对材料脆化的影响。塑性很好的材料及表面光滑无裂纹的材料不能用此方法检验和评定。

局限性表现在材料的冲击韧性是定性的，无法用理论公式确定，而且，对缺口、材料缺陷敏感，不能定量研究。

4）从宏观和微观分析为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，有些没有？

答：宏观上，体心立方中、低强度结构钢明显的韧脆转变温度，高强度度结构钢在很宽的温度范围内，冲击功都很低，没有明显的韧脆转变温度。面心立方金属及其合金一般没有韧脆转变现象。

微观上，体心立方金属中位错运动的阻力对温度变化非常敏感，位错运动阻力随温度下降而增加，在低温下，该材料处于脆性状态。而面心立方金属因滑移系较多，对温度不敏感，故一般不显示低温脆性。

5）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K

IC

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，因此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B、在y向的宽度W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：

6）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。

对高周疲劳，由于承受的载荷较小、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。

7）叙述区分高强钢发生应力腐蚀破裂与氢致滞后断裂的方法。

答：应力腐蚀与氢致滞后断裂，虽然都是由于应力和化学介质共同作用而产生的延滞断裂现象，但可通过以下的方法进行区分：

（1）利用外加电流对静载下产生裂纹的时间或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀；当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。

（2）应力腐蚀的断裂源在试样的表面；而氢致开裂的断裂源在表面以下的某一深度处。

（3）应力腐蚀断口的颜色灰暗，常有腐蚀产物存在；而氢致断裂断口一般较光亮、没有腐蚀产物或腐蚀产物的量很少。

（4）应力腐蚀的主裂纹有较多的二次裂纹存在；而氢致断裂的主裂纹没有分枝。

8）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）材料在高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）金属材料在高温下的变形机制与断裂机制，和常温比较有何不同?

答：变形机制：高温下晶内变形以位错滑移和攀移方式交替进行，晶界变形以滑动和迁移方式交替进行。常温下，变形机制以晶内位错滑移为主，若滑移受到阻碍，滑移便不能进行，必须在更大切应力作用下才能使位错重新开动和增值。

断裂机制：高温下，主要是沿晶断裂，由于晶界滑动，在晶界的台阶（如经第二相质点或滑移带的交截）处受阻而形成空洞，特别易产生在垂直于拉应力方向的晶界上，空洞连接而发生断裂。

10）控制摩擦磨损的方法有哪些?

（1）润滑剂的使用：在相对运动的摩擦接触面之间加入润滑剂，使两接触面之间形成润滑膜，变干摩擦为润滑剂内部分子之间内摩擦，从而达到减少接触面间的摩擦、降低材料磨损的目的。（2）摩擦材料的选择：根据摩擦的具体工况（载荷、速度、温度、介质），选择合理的摩擦副材料（减摩、摩阻、耐磨），也可达到降低材料磨损的目的。（3）材料的表面改性或强化：利用各种无力的、化学的或机械的工艺手段如机械加工强化处理、表面处理（滚压、喷九和表面化学热处理）都可因为表层产生压应力，能有效地减少材料磨损。11）氢脆可以分为哪些类型？何谓‘第一类氢脆’、‘第二类氢脆’、‘可逆氢脆’、‘不可逆氢脆’，他们有什么特点？

答：氢脆根据氢的来源可分成两大类：第一类为内部氢脆，它是由于金属材料在冶炼、锻造、焊接或电镀、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的；第二类氢脆称为环境氢脆，它是在应力和氢气氛或其它含氢介质的联合作用下引起的一种脆性断裂，如贮氢的压力容器中出现的高压氢脆。氢脆按其与外力作用的关系可分成两大类：第一类氢脆和第二类氢脆。第一类氢脆是在负荷之前材料内部已存在某种氢脆断裂源。在应力作用下裂纹迅速形成与扩展，因而随着加载速度的增加，氢脆的敏感性增大，包括白点、氢蚀、氢化物致脆等。

第二类氢脆是在负荷之前，材料内部并不存在某种氢脆断裂源。加载后由于氢与应力的交互作用才形成裂纹源，裂纹逐渐扩展而导致脆断，因而氢脆的敏感性是随着加载速度的降低而增大，包括可逆氢脆和不可逆氢脆。

可逆氢脆是指材料经低速形变变脆后，如果卸载并停留一段时间在进行正常速度变形，

原先已脆化材料的塑性可以得到恢复。通常高强度钢的环境氢脆及低含氢量状况下的内部氢脆均属此类。

不可逆氢脆是指已脆化的材料，卸载后再进行正常速度变形时，其塑性不能恢复。氢化物致脆属此类。

12）腐蚀疲劳和应力疲劳相比有何不同？

答：腐蚀疲劳和应力疲劳相比，主要有以下不同点：

（1）应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的，而腐蚀疲劳却没有这个限制，它在任何介质中均会出现。

（2）对应力腐蚀来说，有一临界应力强度因子KISCC ，这是材料固有的性能，当外加应力强度因子KI

（3）应力腐蚀破坏时，只有一两个主裂纹，主裂纹上有分支小裂纹，而腐蚀疲劳裂纹源有多处，裂纹没有分支。

（4）在一定的介质中，应力腐蚀裂纹尖端的溶液酸度是较高的，总是高于整体环境的平均值。

13）试述高温蠕变预应力松弛的异同点。

答：蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。

应力随时间增加不断下降的现象叫做应力松弛。应力松弛可看作是应力不断降低时的“多级”蠕变。

14）什么是低循环疲劳、高循环疲劳？什么是应力疲劳、应变疲劳？

答：在很高的应力下，在很少的循环次数后，试件即发生断裂，并有较明显的塑性变形。一般认为，低循环疲劳发生在循环应力超出弹性极限，疲劳寿命在0.25到104或105 次之间。因此，低循环疲劳又可称为应变疲劳。

在高循环疲劳区，循环应力低于弹性极限，疲劳寿命长，Nf＞105 次循环，且随循环应力降低而大大地延长。试件在最终断裂前，整体上无可测的塑性变形，因而在宏观上表现为脆性断裂。在此区内，试件的疲劳寿命长，故可将高循环疲劳称为应力疲劳。

15）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d和h）。布氏硬度用单位压痕表面积A上所承受的平均压力表示。

b) 计算方法：

c) 优缺点：

优点：1) 分散性小，重复性好，能反映材料的综合平均性能。

2) 可估算材料的抗拉强度。

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。

16）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 z=0。这种只在两个方向上存在应力的状态称为平面应力。（2分）

对厚板，由于厚度方向变形的约束作用，使得ｚ方向不产生应变，即εz=0，这种状态称为平面应变。

推导题

1）在原子平衡间距为的理想晶体中，两原子间的作用力σ与原子相对位置变化x的关系为σ=σm sin(2πx/λ) 。如晶体断裂的表面能为γ，弹性模量为E，试推导晶体发生断裂的理论断裂强度。

答：材料的理论结合强度，应从原子间的结合力入手，只有克服了原子间的结合力，材料才能断裂。两个原子面的作用力如下图所示。克服了原子之间作用力的最大值，即可产生断裂。这一最大值即为理论断裂强度σm。

曲线上的最高点代表晶体的最大结合力，即理论断裂强度。作为一级近似，该曲线可用正弦曲线表示

σ=σm sin(2πx/λ) （1）

式中x为原子间位移, λ为正弦曲线的波长。

如位移很小，则sin(2πx/λ)=(2πx/λ)，于是

σ=σm(2πx/λ) （2）

根据虎克定律，在弹性状态下，

σ=Eε=Ex/a0 (3)

式中E为弹性模量；ε为弹性应变；a。为原子间的平衡距离。合并式（2）和（3），消去x，得

σm=λE/2πa0 (4)

另一方面，晶体脆性断裂时，形成两个新的表面，需要表面形成功2γ，其值应等于释放出的弹性应变能，可用上图中曲线下所包围的面积来计算得，假定sin(2πx/λ)=(2πx/λ) 。

（5）

?由式5和式4得到：

?

?σm=（Eγ/a0）1/2

2） 试用无限大板中心贯穿裂纹（裂纹长度为2a ）延长线上应力场强度分布公式

σy=K I /(2πr ）1/2

，计算平面应力条件下裂纹前端塑性区的真实大小。其中材料的屈服强度为σS 。注意，计算时需考虑应力松弛的影响。

解：按照线弹性断裂力学，σy=K I /(2πr ）1/2

，其应力分布如下图中的曲线DC ；当弹性应力超过材料有的效屈服强度σS 时，便产生塑性变形。原始塑性区的大小r 0。可按下式计算： 由σs=K I /(2πr 0）1/2

，可得：r 0=1/(2π）?(K I /σs)2

在塑性区r 0范围内如不考虑形变强化，其应力可视为恒定的，就等于σs 。但是，在高出σs 的那部分弹性应力，（以阴影线A 区表示）势必要发生应力松驰。应力松驰的结果，使原屈服区外的周围弹性区的应力升高，相当于BC 线向外推移到EF 位置，如图所示。应力松驰的结果使塑性区从r 0扩大到R 0。

从能量角度看，阴影线面积DBA =矩形面积BGHE ，用积分表示为：

计算题

1、已知由某种钢材制作的大型厚板结构（属平面应变），承受的工作应力为σ=560MPa ，

板中心有一穿透裂纹（I K a σ

π=），裂纹的长度为2a=6mm ，钢料的性能指标如下表所示。

试求：a ）该构件在哪个温度点使用时是安全的？

b ）该构件在0℃和50℃时的塑性区大小R 。

c ）用作图法求出

该材料的低温脆性转变温度T K 。

解：已知σ=560MPa

裂纹长度为2a=6mm ，于是a=0.003mm ； 构件为大型厚板结构，属平面应变。 a) 在-50℃下，

=s

σσ

＝560／1000＝0.56<0.6，于是有： I K a π=56.4 MPa*m 1/2

>30.0 MPa*m 1/2

因此在-50℃下是不安全的。 在-30℃下，

=s

σσ

＝560／900＝0.62>0.6，于是有： ()2

/2

411S I a

K σσπσ-

=

＝56.32 MPa*m 1/2>50 MPa*m

1/2

因此在-30℃下是不安全的。 在0℃下，

=s

σσ

560／800＝0.70>0.6，于是有： ()2

/2

411S I a

K σσπσ-

=

＝56.88 MPa*m 1/2<90 MPa*m

1/2

因此在0℃下是安全的。

在50℃下，

=s

σσ

560／700＝0.80>0.6，于是有： ()2

/2

41

1S I a

K σσπσ-

=

＝57.78 MPa*m 1/2<100 MPa*m

1/2

因此在50℃下是安全的。

该构件在0℃、50℃下是安全的。 （5分）

b) 在0℃下，K I ＝56.88 MPa*m1/2，σS =800MPa ，所以有：

2

022I s K R σπ??= ?

??=5.69*10-4m=0.569mm

在50℃下，K I ＝57.78 MPa*m1/2，σS =700MPa ，所以有：

2

022I s K R σπ

??=

???=7.65*10-4m=0.765mm （5分）

c) 由()

2

11/42

C IC C S a K σπσσ=

-

，可求出断裂应力为()

2

1/42

IC

C IC S a K σπσ=

+。

将裂纹长度、不同温度下的屈服强度和断裂韧性代入上式得： -50℃，C σ＝306.5MPa -30℃，C σ＝497MPa 0℃，C σ＝886MPa 50℃，C σ＝1455MPa

利用不同的屈服强度S σ和断裂强度C σ与温度作图，如下图：

由图可见C T σ:和S T σ:两条曲线相交于-7℃，于是该材料的低温脆性转变温度为

-7℃。 （3分）

2. 某单位拟设计一种大型的厚板构件（属平面应变），构件的工作应力为σ=800MPa ，板中心有一穿透裂纹（a K I πσ=），裂纹长度为2a =4mm 。现有以下的五种钢材可供选择，各钢材的断裂韧性K IC 和屈服强度σS 如下表： 钢 材

1 2 3 4 5 σS （MPa ）

1100 1200 1300 1400 1500 K IC （MPa*m 1/2

）

108.5

85.5

69.8

54.3

46.5

a ）若按屈服强度计算的安全系数为n =1.4，试找出既能保证材料强度储备又不发生脆性断裂的钢材。

b) 若n =1.7时，上述哪种材料能满足该构件的设计要求? 如果

0.6s

σ

σ≥ 则采用如下公式： 2

21???? ??=

s

I y K r σπ

（平面应力）； 2

241???

?

??=s

I y K r σπ（平面应变） ()2/2

1

1S I a

K σσπσ-

=

（平面应力）；()2

/2

411S I a

K σσπσ-

=

（平面应变）

解: a) 设计的构件为大型厚板，属平面应变状态。

因n =1.4，根据材料力学的设计依据n

s

σσ≤

，于是对给定的构件工作应力σ

=800Mpa ，材料的屈服强度应为MPa n s 1120=≥σσ。

因此, 1号钢材不合适。

对２号钢材，σS ＝1200MPa ＞1120 MPa ，而

=s

σσ

800／1200＝0.67>0.6，于是有： ()2

/2

411S I a

K σσπσ-

=

＝66.07 MPa*m 1/2

<85.5 MPa*m 1/2

因此选用2号钢材是安全的.

对3号钢材, σS ＝1300MPa ＞1120 MPa ，而

=s

σσ

800／1300＝0.61>0.6，于是有： ()2

/2

411S I a

K σσπσ-

=

=65.6 MPa*m 1/2

<69.8 MPa*m 1/2

因此选用3号钢材是安全的.

对4号钢材, σS ＝1400MPa ＞1120 MPa ，而

=s

σσ

800／1400＝0.57<0.6，于是有： a K I πσ=＝63.4 MPa*m 1/2

>54.3 MPa*m 1/2

因此选4号钢材是不安全的.

对5号钢材, σS ＝1500MPa ＞1120 MPa ，而

=s

σσ

800／1500＝0.53<0.6，于是有： a K I πσ=＝63.4 MPa*m 1/2

>46.5 MPa*m 1/2

因此选5号钢材是不安全的.

所以设计构件时,可选择2、3号钢材。 b) 因n=1.7，根据材料力学的设计依据n

s

σσ≤

，于是对给定的构件工作应力σ=800MPa ，

材料的屈服强度应为σσn s ≤＝1360MPa 。

因此,1、２、３号钢材不合适。 对4号钢材, σS ＝1400MPa ＞1360 MPa ，而

=s

σσ

800／1400＝0.57<0.6，于是有： a K I πσ=＝63.4 MPa*m 1/2

>54.3 MPa*m 1/2

因此选4号钢材是不安全的.

对5号钢材, σS ＝1500MPa ＞1360 MPa ，而

=s

σσ

800／1500＝0.53<0.6，于是有： a K I πσ=＝63.4 MPa*m 1/2

>46.5 MPa*m 1/2

因此选5号钢材是不安全的.

所以设计构件时，给定的五种钢材都不合适。

材料力学性能

第一章 1.退火低碳钢在拉伸作用下的变形过程可分为弹性变形，不均匀屈服塑性变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形和断裂 2.弹性表征材料发生弹性变形的能力 3.应力应变硬化指数表征金属材料应变硬化行为的性能指标，反应金属抵抗均匀苏醒变形的能力 4.金属材料在拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观塑性变形的一种标志 5. σs 呈现屈服现象的金属材料拉伸时试样在外力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs 6. σ0.2 屈服强度 7.断裂类型：韧性断裂和脆性断裂；穿晶断裂和沿晶断裂；解理断裂、纯剪切断裂和微孔聚集型断裂 8.塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力 9.韧性断裂和脆性断裂的断口形貌：①韧性断裂断口呈纤维状，灰暗色；中低碳钢断口形貌呈杯锥状，有纤维区，放射区和剪切唇三个区域②脆性断裂断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状，有人字纹花样 10.沿晶断裂断口形貌：沿晶断裂冰糖状 11.常见力学行为：弹性变形，塑性变形和断裂 第二章 1.应力状态软性系数Tmax与σmax的比值 2.相对关系压缩试验α=2，扭转试验α=0.8 3（1）渗碳层的硬度分布---- HK或-显微HV （2）淬火钢-----HRC （3）灰铸铁-----HB （4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV （6）龙门刨床导轨-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度) （7）渗氮层-----HV （8）高速钢刀具-----HRC （9）退火态低碳钢-----HB （10）硬质合金----- HRA 第三章 1.冲击韧性指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用Ak表示 2.冲击吸收功摆锤冲击试样前后的势能差 3.低温脆性实验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降。原因：材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果 4. 韧脆转变温度转变温度tk称为韧脆转变温度 第四章 1.断裂韧度（K IC ）在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力（与组织有关） 2.应力场强度因子（K I）受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量（与本身有关） 3.断裂韧度（G IC）表示材料阻止裂纹失稳扩展是单位面积所消耗的能量 4.K IC的测量标准三点弯曲试样，紧凑拉伸试样，F形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样

材料力学期末考试复习题及答案

二、计算题： 1.梁结构尺寸、受力如图所示，不计梁重，已知q=10kN/m，M=10kN·m，求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示，C为截面形心。已知I z=60125000mm4，y C=157.5mm，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。 3.传动轴如图所示。已知F r=2KN，F t=5KN，M=1KN·m，l=600mm，齿轮直径D=400mm，轴的[σ]=100MPa。试求：①力偶M的大小；②作AB轴各基本变形的力图。③用第三强度理论设计轴AB 的直径d。 4.图示外伸梁由铸铁制成，截面形状如图示。已知I z=4500cm4，y1=7.14cm，y2=12.86cm，材料许用压应力[σc]=120MPa，许用拉应力[σt]=35MPa，a=1m。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件确定梁截荷P。 5.如图6所示，钢制直角拐轴，已知铅垂力F1，水平力F2，实心轴AB的直径d，长度l，拐臂的长度a。试求：①作AB轴各基本变形的力图。②计算AB轴危险点的第三强度理论相当应力。

6.图所示结构，载荷P=50KkN，AB杆的直径d=40mm，长度l=1000mm，两端铰支。已知材料E=200GPa，σp=200MPa，σs=235MPa，a=304MPa，b=1.12MPa，稳定安全系数n st=2.0，[σ]=140MPa。试校核AB杆是否安全。 7.铸铁梁如图5，单位为mm，已知I z=10180cm4，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa，试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件确定梁截荷P。 8.图所示直径d=100mm的圆轴受轴向力F=700kN与力偶M=6kN·m的作用。已知M=200GPa，μ=0.3，[σ]=140MPa。试求：①作图示圆轴表面点的应力状态图。②求圆轴表面点图示方向的正应变。③按第四强度理论校核圆轴强度。 9.图所示结构中，q=20kN/m，柱的截面为圆形d=80mm，材料为Q235钢。已知材料E=200GPa，σp=200MPa，σs=235MPa，a=304MPa，b=1.12MPa，稳定安全系数n st=3.0，[σ]=140MPa。试校核柱BC是否安全。

材料力学性能重点总结

名词解释： 1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。 2弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。 4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1%-4%），而后再同向加载，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塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。常见塑性变形方式：滑移和孪生 6弹性极限：以规定某一少量的残留变形为标准，对应此残留变形的应力。 7比例极限：应力与应变保持正比关系的应力最高限。 8屈服强度：以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈 服强度。 9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的断裂 过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主 应力成45度角。 10脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑形变形，没有明显征兆，危害性很大。断裂面一般与主应力垂直，端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。 11剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿着滑移面分离而造成的断裂，又分滑断和微孔聚集性断裂。 12解理断裂：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，总是脆性断裂。 13缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓缺口效应“ ①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。 ②缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。 8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度Z bm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度Zb的比值. NSR=Z bn / Z S NSR越大缺口敏感度越小 9冲击韧性：Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商 10冲击吸收功：式样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功以Ak表示，单位J 11低温脆性：一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属，当温度降低到、某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解 理，断口特征由纤维状变为结晶状，这种现象称为低温脆性 12脆性转变温度：当温度降低时，材料屈服强度急剧增加，而塑形和冲击吸收功急剧减小。材料屈服强度急剧升高的温度，或断后延伸率，断后收缩率，冲击吸收功急剧减小的温度就是韧脆转变温度tk，tk是一个温度区间 16应力场强度因子KI :表示应力场的强弱程度，对于某一确定的点的大小直接影响应力场的大小，KI越大，则应力场各应力分量也越大 17应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后产生的低应力脆断现象第一章 3?金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指 标？ 答：由于弹性变形时原子间距在外力作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子

金属材料力学性能最常用的几项指标

金属材料力学性能最常用的几项指标 硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。 对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。 1.布氏硬度计原理 对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验

材料力学性能-第2版课后习题答案

第一章单向静拉伸力学性能 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：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 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 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。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 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，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。 7、 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？【P23】 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。 8、 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。 9、 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。【P32】 答： 2 12?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。

材料力学期末考试习题集

材料力学期末复习题 判断题 1、强度是构件抵抗破坏的能力。（√ ） 2、刚度是构件抵抗变形的能力。（√ ） 3、均匀性假设认为，材料内部各点的应变相同。（×） 4、稳定性是构件抵抗变形的能力。（×） 5、对于拉伸曲线上没有屈服平台的合金塑性材料，工程上规定2.0σ作为名义屈服极限，此时相对应的应变为2.0%=ε。（×） 6、工程上将延伸率δ≥10％的材料称为塑性材料。（×） 7、任何温度改变都会在结构中引起应变与应力。（×） 8、理论应力集中因数只与构件外形有关。（√ ） 9、任何情况下材料的弹性模量E都等于应力和应变的比值。（×） 10、求解超静定问题,需要综合考察结构的平衡、变形协调和物理三个方面。（√ ） 11、未知力个数多于独立的平衡方程数目,则仅由平衡方程无法确定全部未知力,这类问题称为超静定问题。（√ ） 12、矩形截面杆扭转变形时横截面上凸角处切应力为零。（√ ） 13、由切应力互等定理可知：相互垂直平面上的切应力总是大小相等。（×） 14、矩形截面梁横截面上最大切应力maxτ出现在中性轴各点。（√ ） 15、两梁的材料、长度、截面形状和尺寸完全相同，若它们的挠曲线相同，则受力相同。（√ ） 16、材料、长度、截面形状和尺寸完全相同的两根梁，当载荷相同，其变形和位移也相同。（×） 17、主应力是过一点处不同方向截面上正应力的极值。（√ ） 18、第四强度理论用于塑性材料的强度计算。（×） 19、第一强度理论只用于脆性材料的强度计算。（×） 20、有效应力集中因数只与构件外形有关。（×） 绪论 1.各向同性假设认为，材料内部各点的（）是相同的。 （A）力学性质；（B）外力；（C）变形；（D）位移。 2.根据小变形条件，可以认为( )。 （A）构件不变形；（B）构件不变形； （C）构件仅发生弹性变形；（D）构件的变形远小于其原始尺寸。 3.在一截面的任意点处，正应力σ与切应力τ的夹角( )。 (A)α＝900；（B）α＝450；（C）α＝00；（D）α为任意角。 4.根据材料的主要性能作如下三个基本假设___________、___________、___________。 5.材料在使用过程中提出三个方面的性能要求，即___________、___________、___________。 6.构件的强度、刚度和稳定性（）。 （A）只与材料的力学性质有关；（B）只与构件的形状尺寸关 （C）与二者都有关；（D）与二者都无关。 7.用截面法求一水平杆某截面的内力时，是对( )建立平衡方程求解的。 (A) 该截面左段; (B) 该截面右段; (C) 该截面左段或右段; (D) 整个杆。 8.如图所示，设虚线表示单元体变形后的形状，则该单元体

2017材料力学性能复习提纲

1.第一章是重中之重。可以说没有什么需要忽略的。还要尤其注意其中跟工程实践密切相关的内容，如:弹性极限、屈服强度、抗拉强度、断裂强度等重要力学性能指标的工程实践意义怎样？ 2.如何提高材料的强度？相变强化的本质是什么？其中固溶强化效果与溶质原子的关系如何？材料的刚度如何影响材料的使用性能？脆性断裂和韧性断裂主要易发生在哪些材料上？断口特征怎样。 3. 弹性比功、包申格现象等等的概念和影响因素，这些因素是如何影响材料相关性能的？ 4.断裂强度的裂纹理论。特别是重要力学参数的计算。 5.材料中的非金属夹杂物，在构件受到扭转、压缩或者拉伸时，如何影响最后断口形貌的。扭转、压缩、弯曲实验各自最适合测量材料的哪些性能？在做这些实验时，操作过程应注意哪些因素？缺口效应是怎样的？为何要在试样上加工缺口？ 6.冲击实验的步骤，对试样的要求怎样？为何有这些要求？ 7.各种硬度实验的原理，硬度值的表示方式，其中各个参数的含义。各种硬度测试方法的适用范围和彼此的优劣。 8.材料的低温脆性含义，具体衡量指标，以及如何判断材料的低温使用性能？ 9.针对常用的金属、陶瓷和高分子材料，怎样提高其断裂韧性。测定KⅠc的实验中试样有什么要求？裂纹体的开裂、扩展方式有哪几种，其中哪种最危险？断裂韧性的影响因素，以及断裂韧度在金属材料中的具体应用举例。

10.材料的疲劳强度，以及影响因素。何为过载锻炼？如何估计材料的疲劳寿命（Pair公式的应用）？疲劳断口的特征有？ 11.应力腐蚀断裂的概念和力学性能指标有哪些？如何改善材料应对SCC的能力？环境氢脆的特点和影响因素。SCC和环境氢脆的区别在哪些方面？ 12.材料的高温力学性能指标有哪些？表示方法和符号中各个参数的含义。材料发生高温蠕变断裂具体的影响因素。 13.材料磨损过程，从耐磨的角度考虑为提高器件的使用寿命，应遵循什么样的设计原则？磨损的详细分类。

常用材料力学性能.

常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800

7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢

高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT

MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃

材料力学性能

《材料力学性能[焊]》课程简介 课程编号：02044014 课程名称：材料力学性能[焊] / The mechanical property of materials 学分: 2.5 学时：40（实验: 8 上机: ） 适用专业：焊接技术与工程 建议修读学期：5 开课单位：材料科学与工程学院，材料加工工程系 课程负责人：陈汪林 先修课程：工程力学、材料科学基础、材料热处理 考核方式与成绩评定标准：闭卷考试，期末考试成绩70%，平时（包括实验）成绩30%。 教材与主要参考书目： 主要教材： 1.工程材料力学性能. 束德林. 机械工业出版社, 2007 参考书目： 1．材料力学性能. 郑修麟. 西北工业大学出版社, 1991 2．金属力学性能. 黄明志. 西安交通大学出版社, 1986 3. 材料力学性能. 刘春廷. 化学工业出版社, 2009 内容概述： 《材料力学性能》是焊接技术与工程专业学生必修的专业学位课程。通过学习本课程，使学生掌握金属变形和断裂的规律，掌握各种力学性能指标的本质、意义、相互关系及变化规律，以及测试技术。了解提高力学性能的方向和途径，并为时效分析提供一定基础。强调课堂讲授与实践教学紧密结合，将最新科研成果用于课程教学和人才培养的各个环节，最终使学生能够独立地进行材料的分析和研究工作。 The mechanical property of materials is a core and basic course for the students of specialty of welding. By the study on this course, the studies should be master the deformation and fracture mechanisms of metals, and understand the essence and significance of each mechanical property of metal materials, as well as their correlations, the laws of variation and corresponding test methods of each mechanical property of materials. In addition, the studies should understand how to improve the mechanical properties of materials, and provide relevant basis for the failure analysis of materials. This course emphasizes the close combination of classroom teaching and practice teaching, and the latest research results will be applied in the course of teaching and personnel training in all aspects. Finally, this course will make the students acquired the capability on conducting research by adopting reasonable technologies by oneself.

材料力学期末考试复习题及答案#(精选.)

材料力学期末考试复习题及答案 配高等教育出版社第五版 一、填空题： 1.受力后几何形状和尺寸均保持不变的物体称为刚体。 2.构件抵抗破坏的能力称为强度。 3.圆轴扭转时，横截面上各点的切应力与其到圆心的距离成正比。 4.梁上作用着均布载荷，该段梁上的弯矩图为二次抛物线。 5.偏心压缩为轴向压缩与弯曲的组合变形。 6.柔索的约束反力沿柔索轴线离开物体。 7.构件保持原有平衡状态的能力称为稳定性。 8.力对轴之矩在力与轴相交或平行情况下为零。 9.梁的中性层与横截面的交线称为中性轴。 10.图所示点的应力状态，其最大切应力是 100Mpa 。 11.物体在外力作用下产生两种效应分别是变形效应运动效应。 12.外力解除后可消失的变形，称为弹性变形。 13.力偶对任意点之矩都相等。 14.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则杆中最大正应力 为 5F/2A 。 15.梁上作用集中力处，其剪力图在该位置有突变。 16.光滑接触面约束的约束力沿接触面的公法线指向物体。 17.外力解除后不能消失的变形，称为塑性变形。 18.平面任意力系平衡方程的三矩式，只有满足三个矩心不共线的条件时，才能成为力系 平衡的充要条件。 19.图所示，梁最大拉应力的位置在 C 点处。

20.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是 2τ《=【σ】 。 21.物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态，称为平衡。 22.在截面突变的位置存在应力集中现象。 23.梁上作用集中力偶位置处，其弯矩图在该位置有突变。 24.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是。 25.临界应力的欧拉公式只适用于细长杆。 26.只受两个力作用而处于平衡状态的构件，称为而力构件。 27.作用力与反作用力的关系是。 28.平面任意力系向一点简化的结果的三种情形是力，力偶，平衡。 29.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则截面C的位移为 7Fa/2EA 。 30.若一段梁上作用着均布载荷，则这段梁上的剪力图为斜直线。 二、计算题： 1.梁结构尺寸、受力如图所示，不计梁重，已知q=10kN/m，M=10kN·m，求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示，C为截面形心。已知I z=60125000mm4，y C=157.5mm，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。

西安工业大学材料力学性能复习重点资料

弹性模量：产生100%弹性变形所需要的应力 弹性比功（弹性比能/应变比能）：表示金属材料吸收弹性变形功的能力 滞弹性：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 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 塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性) 变形的能力. 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的弹性形变，卸载后，再同向加载（拉伸）时，屈服强度或弹性极限增加；反向加载（压缩）时，屈服强度或弹性极限降低的 现象。 *消除包申格效应的方法：预先进行较大的塑形变形；在第二次反向受力前先使金属材料于 回复或再结晶温度下退火 金属韧性：金属材料断裂前吸收塑形变形功和断裂功的能力;或材料抵抗裂纹扩展的能力 缩颈：韧性金属在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象 韧性断裂：断裂前发生明显塑性变形的断裂 脆性断裂：突然发生的断裂，且断裂前基本不产生塑性变形。 穿晶断裂：裂纹扩展的路径穿过晶内 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，大多为脆性断裂。断口形貌：冰糖状 剪切断裂：金属材料在切应力作用下沿滑面分离造成的滑移面分离的断裂 解理断裂：金属材料在一定条件下，外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体平面产生的穿晶断裂。 .解理面：由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面 解理刻面：以晶粒大小为单位的解理面 解理台阶：解理裂纹与螺型位错相遇，形成具有一定高度的台阶 河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动，同号台阶汇合并长大，足够大时汇集成河流花样。微孔聚集断裂：由于杂质与基体界面脱离形成微孔形核并长大形成微孔，在外力作用下产生缩颈而断裂，导致各个微孔连接形成微裂纹，微裂纹在三向拉应力区和集中 塑形变形区，在该区形成新微孔。新微孔连通使裂纹向前推进，不断如此下 去产生断裂。 应力状态软性系数：τmax和σmax的比值，用α表示 各种加载状态下的应力状态软性系数： 三向不等拉伸：α=0.1 单向静拉伸α=0.5 扭转：α=0.8 单向压缩：α=2 三向不等压缩：α=4 缺口效应：由于缺口的存在，缺口截面上的应力状态将发生变化缺口，缺口根部应力集中缺口敏感度（NSR）：缺口试样的抗拉强度σbn与截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值 冲击韧性：是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用Ak表示 冲击吸收功：试样变形和断裂所消耗的功 低温脆性：在试验温度低于某一温度t k时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，。t k称为韧脆转变温度，也称冷脆转变温度 低应力脆断：在应力水平低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象。 张开型（Ⅰ型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹 应力场：物件受力时，其内部所受到的有方向有大小且连续的应力所构成的场 塑性区：金属材料裂纹扩展前，尖端附近出现的塑性变形区 有效屈服应力：在某个方向上发生屈服时对应的应力

工程材料力学性能-第 版答案 束德林

《工程材料力学性能》束德林课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 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：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 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指 数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对 组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格

材料力学期末考试试题库

材料力学复习题(答案在最后面） 绪论 1.各向同性假设认为，材料内部各点的（）是相同的。 （A）力学性质；（B）外力；（C）变形；（D）位移。 2.根据小变形条件，可以认为()。 （A）构件不变形；（B）构件不变形； （C）构件仅发生弹性变形；（D）构件的变形远小于其原始尺寸。 3.在一截面的任意点处，正应力σ与切应力τ的夹角()。 (A)α＝900；（B）α＝450；（C）α＝00；（D）α为任意角。 4.根据材料的主要性能作如下三个基本假设___________、___________、___________。 5.材料在使用过程中提出三个方面的性能要求，即___________、___________、___________。 6.构件的强度、刚度和稳定性（）。 （A）只与材料的力学性质有关；（B）只与构件的形状尺寸关 （C）与二者都有关；（D）与二者都无关。 7.用截面法求一水平杆某截面的内力时，是对()建立平衡方程求解的。 (A)该截面左段;(B)该截面右段; (C)该截面左段或右段;(D)整个杆。 8.如图所示，设虚线表示单元体变形后的形状，则该单元体 的剪应变为()。 α (A)α;(B)π/2-α;(C)2α;(D)π/2-2α。 答案 1（A）2（D）3（A）4均匀性假设，连续性假设及各向同性假设。5强度、刚度和稳定性。6（A）7（C）8（C） 拉压 1.轴向拉伸杆，正应力最大的截面和切应力最大的截面（）。 (A）分别是横截面、45°斜截面；（B）都是横截面， （C）分别是45°斜截面、横截面；（D）都是45°斜截面。 2.轴向拉压杆，在与其轴线平行的纵向截面上（）。 （A）正应力为零，切应力不为零； （B）正应力不为零，切应力为零； （C）正应力和切应力均不为零； （D）正应力和切应力均为零。 3.应力－应变曲线的纵、横坐标分别为σ＝F /A，△ε＝L/L，其中（）。 N （A）A和L均为初始值；（B）A和L均为瞬时值； （C）A为初始值，L为瞬时值；（D）A为瞬时值，L均为初始值。 4.进入屈服阶段以后，材料发生（）变形。 （A）弹性；（B）线弹性；（C）塑性；（D）弹塑性。 5.钢材经过冷作硬化处理后，其（）基本不变。 (A)弹性模量；（B）比例极限；（C）延伸率；（D）截面收缩率。 6.设一阶梯形杆的轴力沿杆轴是变化的，则发生破坏的截面上（）。

第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化

金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面: 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能,主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等）,物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等),化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围,使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造,焊接，热处理，压力加工,切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．１强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测 出。把一定尺寸和形状的金属试样（图1~２)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图１—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—３所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量ＡL(也可换算为应变ｅ)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线,分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段:

(完整版)材料力学性能-机械工业出版社2008第2版习题答案

《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 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：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 2、说明下列力学性能指标的意义。 答：E弹性模量 G切变模量 σ规定残余伸长应力2.0σ屈服 r 强度 δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬gt 化指数【P15】 3、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一 个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷 塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是

(完整版)材料力学期末复习试题库(你值得看看)

第一章 一、选择题 1、均匀性假设认为.材料内部各点的是相同的。 A：应力 B：应变 C：位移 D：力学性质 2、各向同性认为.材料沿各个方向具有相同的。 A：力学性质 B：外力 C：变形 D：位移 3、在下列四种材料中. 不可以应用各向同性假设。 A：铸钢 B：玻璃 C：松木 D：铸铁 4、根据小变形条件.可以认为： A：构件不变形 B：构件不破坏 C：构件仅发生弹性变形 D：构件的变形远小于原始尺寸 5、外力包括: A:集中力和均布力 B:静载荷和动载荷 C:所有作用在物体外部的力 D:载荷与支反力 6、在下列说法中.正确的是。 A：内力随外力的增大而增大； B：内力与外力无关； C：内力的单位是N或KN； D：内力沿杆轴是不变的； 7、静定杆件的内力与其所在的截面的有关。 A：形状；B：大小；C：材料；D：位置 8、在任意截面的任意点处.正应力σ与切应力τ的夹角α＝。 A：α＝90O； B：α＝45O； C：α＝0O；D：α为任意角。 9、图示中的杆件在力偶M的作用下.BC段上。 A：有变形、无位移； B：有位移、无变形； C：既有位移、又有变形；D：既无变形、也无位移； 10、用截面法求内力时.是对建立平衡方程而求解的。 A：截面左段 B：截面右段 C：左段或右段 D：整个杆件 11、构件的强度是指.刚度是指.稳定性是指。 A：在外力作用下抵抗变形的能力； B：在外力作用下保持其原有平衡态的能力； C：在外力的作用下构件抵抗破坏的能力； 答案：1、D 2、A 3、C 4、D 5、D 6、A 7、D 8、A 9、B 10、C 11、C、B、A 二、填空 1、在材料力学中.对变形固体作了 . . 三个基本假设.并且是在 . 范围内研究的。 答案：均匀、连续、各向同性；线弹性、小变形 2、材料力学课程主要研究内容是：。 答案：构件的强度、刚度、稳定性；

材料力学性能》复习资料

《材料力学性能》复习资料 第一章 1塑性--材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力 2穿晶断裂和沿晶断裂---穿晶断裂，裂纹穿过晶界。沿晶断裂，裂纹沿晶扩展。 3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。 4E---应变为一个单位时，E即等于弹性应力，即E是产生100％弹性变形所需的应力 5ζs----屈服强度，一般将ζ0.2定为屈服强度 6n—应变硬化指数 Hollomon关系式： S=ken （真应力S与真应变e之间的关系） n—应变硬化指数；k—硬化系数 应变硬化指数n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力。分析：n=1，理想弹性体;n=0材料无硬化能力。大多数金属材料的n值在0.1～0.5之间。 7δ10---长比例试样断后延伸率 L0=5d0 或 L0=10d0 L0标注长度 d0名义截面直径） 8静力韧度：静拉伸时，单位体积材料断裂所吸收的功（是强度和塑性的综合指标）。J/m3 9脆性断裂（1）断裂特点断裂前基本不发生塑性变形，无明显前兆；断口与正应力垂直。（2）断口特征平齐光亮，常呈放射状或结晶状；人字纹花样的放射方向与裂纹扩展方向平行。通常，脆断前也产生微量的塑性变形，一般规定Ψ<5%为脆性断裂；大于5％时为韧性断裂。 11屈服在金属塑性变形的开始阶段，外力不增加、甚至下降的情况下，变形继续进行的现象，称为屈服。 12低碳钢在室温条件下单向拉伸应力—应变曲线的特点p1-2 13解理断裂以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。 解理面一般是指低指数晶面或表面能量低的晶面。 14韧性是金属材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现，因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。 15弹性比功αe(弹性比能、应变比能) 物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。αe = (1/2) ζe*ε e