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复合材料概论习题集

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一、解释名词与术

1.碳/碳复合材料: C/C复合材料是碳纤维增强炭基复合材料的简称,也是一种高级复合材料。它不仅具有石墨材料的固有本性,而且还具有碳纤维复合材料的优异性能。

2.纤维增强水泥:以水泥为基体与纤维组合得到拥有抗裂性和抗冲击能力更好的新型复合材料。

3.先进复合材料:早期发展出现的复合材料,由于性能相对比较低,生产量大,适用面广,可称之为常用复合材料。后来随着高技术发展的需要,在此基础上又发展出性能高的复合材料成为先进复合材料。

4.片状模塑料:是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡,并在两面用聚乙烯或聚膜包覆起来形成的片状模压成型材料。

5.凯芙拉纤维:凯芙拉纤维属芳族聚酰胺类有机纤维,属于一种液态结晶性棒状分子,它具有非常好的热稳定性,抗火性,抗化学性,绝缘性,以及高强度及模数。

6.环氧树脂:凡是含有二个以上环氧基的高聚物统称为环氧树脂。

7.安全系数:水工建筑物、结构或构件的抗破坏强度与设计荷载效应组合的比值,它是建筑物、结构或构件的安全储备的指标。

8.氧指数:是指在规定的条件下,材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。

9.ABS树脂:ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。

10.团状模塑料:其主要原料由GF(短切玻璃纤维)、UP(不饱和树脂)、MD (填料)以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料。有优良的电气性能,机械性能,耐热性,耐化学腐蚀性,又适应各种成型工艺。

11.缠绕工艺:将浸过树脂胶液的连续纤维或布带,按照一定规律缠绕到芯模上,然后固话脱模成为增强塑料制品的工艺过程。

12.湿法缠绕:是将纤维集束(纱式带)浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。

13.干法缠绕:是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。

14.复合材料:是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

15.酚醛树脂:酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚与甲醛缩聚而得。

16.界面:复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。

17.聚酰胺树脂:聚酰胺是具有许多重复的酰胺基的一类线型聚合物的总称,通常叫做尼龙。

18.拉挤成型:是将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带状织物在牵引装置作用下通过成型模定型,在模中或固化炉中固化,制成具有特定横截面形状和长度不受限制的复合材料型材(如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等)。

19.表面处理:所谓表面处理就是在增强材料表面涂覆上一种称为表面处理剂的物质,这中表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂等物质,以利于增强材料与基体间形成一个良好的粘结界面,从而达到提高复合材料各种性能的目的。

20.碳纤维:是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的纤维状碳材料,其碳含量为90%以上。

二、简答题

1、复合材料通常有几种分类法?

答:四种。(1)按增强材料形态分类

(2)按增强纤维种类分类

(3)按基体材料分类

(4)按材料作用分类

2、与传统材料相比,复合材料有哪些特点和优点?

答:(1)可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。

(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。

(3)可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。

3、热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂的区别?

答:热塑性酚醛树脂即线型酚醛树脂,它不含进一步缩聚的基团,加固化剂并加热才能固化。如以六亚甲基四胺为固化剂,固化温度150 ℃,混以填料制成的模塑粉俗称电木粉。它是线型树脂,在合成过程中不会形成三向网络结构,

在进一步的固化过程中必须加入固化剂,这类树脂又称为二阶树脂。热固型酚醛树脂,能溶于有机溶剂,甲阶段树脂含能进一步缩聚的羟甲基,因此不需加固化剂即能固化:加热下反应得到乙阶段树脂,又称半溶酚醛树脂,不溶不熔但可溶胀和软化。再进一步反应则得到不溶不熔的体型结构丙阶段树脂,也称不溶酚醛树脂。甲阶段树脂长期存放也能自行固化。热固性酚醛树脂的固化形式分为常温固化和热固化两种。它是一种含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂,如果合成瓜不加控制,则会使体型缩聚反应一直进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂,因此这类树脂又称为一阶树脂。

4、RTM的基本原理是什么?它有那些特点?

答:基本原理:将液态热固性树脂(通常为不饱和聚酯)及固化剂,由计量设备分别从储桶内抽出,经静态混合器混合均匀,注入事先铺有玻璃增强材料的密封膜内,经固话、脱模、后加工而成制品。

特点:(1)主要设备(如模具和模压设备等)投资少,即用低吨位压机能生产较大的制品;

(2)生产的制品两面光滑、尺寸稳定、容易组合;

(3)允许制品带有加强筋、镶嵌件和附着物,可将制品制成泡沫夹层结构,设计灵活,从而获得最佳结构;

(4)制造模具时间短(一般仅需几周),可在短期内投产;

(5)对树脂和填料的适用性广泛;

(6)生产周期短,劳动强度低,原材料损耗少;

(7)产品后加工量少;

(8)RTM是闭模成型工艺,因而单体(苯乙烯)挥发少、环境污染小。

5、间苯型不饱和聚酯与邻苯型相比具有那些特性?

答:邻苯二甲酸和间苯二甲酸互为异构体,由它们合成的不饱和聚酯分子链分别为邻苯型和间苯型,虽然它们的分子链化学结构相似,但间苯型不饱和聚酯和邻苯型不饱和聚酯相比,具有下述一些特性:①用间苯型二甲酸可以制得较高分子量的间苯二甲酸不饱和致辞酯,使固化制品有较好的力学性能、坚韧性、耐热性和耐腐蚀性能;②间苯二甲酸聚酯的纯度度,树脂中不残留有间苯二甲酸和低分子量间苯二甲酸酯杂质;③间苯二甲酸聚酯分子链上的酯键受到间苯二甲酸立体位阻效应的保护,邻苯二甲酸聚酯分子链上的酯键更易受到水和其它各种腐蚀介质的侵袭,用间苯二甲酸聚酯树脂制得的玻璃纤维增强塑料在71℃饱和氯化钠溶液中浸泡一年后仍具有相当高的性能。

6、接触低压成型工艺的特点?

答:接触低压成型的工艺特点是以手工铺放增强材料,浸润树脂,或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。成型过程中不需要施加成型压力或者只施加较

低的成型压力。接触成型工艺设备简单,适应性广,投资少,见效快。其最大的缺点是生产效率低、劳动强度大、产品重复性差。

7、简述热塑性树脂的基本性能,复合材料常用热塑性树脂有那些?

答:基本性能:该树脂具备优良的粘度稳定性及流动一致性,其涂层附着力强,硬度高、抗磨性好及抗污染等优点,并对施工环境不造成污染。这类树脂在常温下为高分子量固体,是线型或带少量支链的聚合物,分子间无交联,仅借助范德瓦耳斯力或氢键互相吸引。在成型加工过程中,树脂经加压加热即软化和流动,不发生化学交联,可以在模具内赋形,经冷却定型,制得所需形状的制品。在反复受热过程中,分子结构基本上不发生变化,当温度过高、时间过长时,则会发生降解或分解。

常用的热塑性树脂:聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、聚丙烯、聚苯硫、尼龙。

8、作为先进复合材料基体的高性能树脂有几类?并举例。

答:(1)热固性树脂如:环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等;

(2)热塑性树脂如:聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、聚苯醚等;

9、制造玻璃纤维及其制品时浸润剂的作用是什么?

答:(1)原丝中的纤维不散乱而能相互粘附在一起;

(2)防止纤维间的磨损;

(3)原丝相互间不粘结在一起;

(4)便于纺织加工等。

10、注射成型相对于模压成型的特点

答:注射成型法所得制品的精度高、生产周期短、效率较高、容易实现自动控制,产品尺寸稳定性高,且能够成型形状复杂的制品。

11、制作碳纤维的五个阶段是什么?

答:(1)拉丝:可用湿法、干法或者熔融状态三种方法进行。

(2)牵引:在室温以上,通常是100~300℃范围内进行,W.Watt首先发现结晶定向纤维的拉伸效应,而且这效应控制着最终纤维的模量。

(3)稳定:通过400℃加热氧化的方法。400℃的氧化阶段是A.shindo’s最近在工艺上做出的贡献。这显著的降低所有的热失重,并因此保证高度石墨化和取得更好的性能。

(4)碳化:在1000~2000℃范围内进行。

(5)石墨化:在2000~3000℃范围内进行。

12、简述复合材料界面的机能。

答:界面是符合材料的特征,可将界面的机能归纳为以下几种效应:

(1)传递效应界面能传递力,即将外力传递给增强物,起到基体和增强物之间的桥梁作用。

(2)阻断效应结合适当的界面有组织裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。

(3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等/

(4)散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收,如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击等。

(5)诱导效应一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由此产生一些现象,如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等。

三、论述题

1、写出一种不饱和聚酯合成反应式以及交联固化反应式,指出各步反应的反应机理,为了降低交联密度可采取哪些措施?

答:措施:把线型不饱和聚酯溶于烯类单体中,使聚酯中的双键间发生共聚合反应,得到体型产物,以改善固化后树脂的性能。

2、论述界面的作用机理及界面的表征方法。

答:界面作用机理:

(1)界面浸润理论其主要理论是填充剂被液体树脂良好浸润是极其重要的,因浸润不良会在界面上产生空隙,易使盈利集中而使符合材料发生开裂,如果完全浸润,则基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度。

(2)化学键理论主要论点是处理增强剂表面的偶联剂应既含有能与增强剂起化学作用的官能团,又含有能与树脂基体起化学作用的官能团。

(3)物理吸附理论这种理论认为,增强纤维与树脂基体之间的结合是属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。偶联剂的主要作用是促进基体与增强纤维表面完全浸润。

(4)变形层理论如果纤维与基体的热膨胀系数相差较大,固化成型后在界面会产生残余应力,将损伤界面和影响复合材料性能。另外,在载荷作用下,界面上会出现应力集中,若界面化学键破坏,产生微裂纹,同样也要导致符合材料性能变差。增强纤维经表面处理后,在界面上形成一层塑性层可以松弛并减小界面应力。

(5)拘束层理论该理论认为界面区(包括偶联剂部分)的模量介于树脂基体和增强材料之间时,则可最均匀地传递应力。

(6)扩散层理论按照这一理论,偶联剂形成的界面区应该是带有能与树脂基体相互扩散的聚合链活性硅氧烷层或其他的偶联剂层。它是建立在高分子聚合物材料相互粘结时引起表面扩散层的基础上。

(7)减弱界面局部应力作用理论该理论认为基体与增强纤维之间的处理剂,提供了一种具有“自愈能力”的化学键。在载荷作用下它处于不断形成与断裂的动态平衡状态。低分子物质(主要为水)的应力侵蚀使界面化学键断裂而在应力作用下处理及能沿着增强纤维表面滑移,使已断裂的键重新结合。与此同时,应力得以松弛,减缓了界面处的应力集中。

借用整体材料的力学性能来表征界面性能。如层间剪切强度(ILSS)、断裂形貌分析等。

3、以玻璃纤维为例说明增强材料进行表面处理的原因及方法。

答:原因:玻璃纤维的表面状态及其与基体之间的界面状况对玻璃纤维符合材料的性能有很大影响。玻璃纤维的主要成分是硅酸盐。通常玻璃纤维与树脂的界面粘结性不好,故常采用偶联剂涂层的方法对纤维表面进行处理。

方法:(1)前处理法:这种方法是将既能满足抽丝和纺织工序要求,又能促进纤维和树脂浸润与粘结的处理剂代替纺织型浸润剂,在玻璃纤维抽丝过程中,涂覆到玻璃纤维上,所以这种处理剂又叫做“增强型浸润剂”。

(2)后处理法:处理过程分两步进行:第一步,先除去抽丝过程涂覆在玻璃纤维表面的纺织浸润剂。第二部,纤维经表面处理剂浸渍、水洗、烘干,使玻璃纤维表面覆上一层处理剂。

(3)迁移法:此法是将化学处理剂加入到树脂胶粘剂中,在纤维浸胶过程中,处理剂与经过热处理后的纤维接触,当树脂固化时产生偶联作用。

4、论述聚合物基复台材料成型工艺的发展概况。

答:(1)手糊成型——湿法铺层成型(9)真空袋压法成型

(2)压力袋成型(10)树脂注射和树脂传递成型

(3)喷射成型(11)真空辅助树脂注射成型

(4)夹层结构成型(12)模压成型

(5)注射成型(13)挤出成型

(6)纤维缠绕成型(14)拉挤成型

(7)连续板材成型(15)层压或卷制成型

(8)热塑性片状模塑料热冲压成型(16)离心浇铸成型

5、影响玻璃纤维化学稳定性的因素是什么?

答:(1)玻璃纤维的化学成分

玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化硅及碱金属氧化物的含量。显然,二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定性,而碱金属氧化物则会使化学稳定性降低。

(2)纤维表面情况对化学稳定性的影响

玻璃纤维直径对化学稳定性关系极大,随着纤维直径的减小,其化学稳定性也跟着降低。

(3)侵蚀介质体积和温度对对玻璃纤维化学稳定性的影响

温度对玻璃纤维的化学稳定性有很大影响,在100℃以下时,温度每升高10℃,纤维在介质侵蚀下的破坏速度增加50%~100%;当温度升高到100℃以上时,破坏作用将更剧烈。

介质的体积越大,对介纤维的侵蚀越严重。

6、简述热塑性树脂的基本性能。

答:该树脂具备优良的粘度稳定性及流动一致性,其涂层附着力强,硬度高、抗磨性好及抗污染等优点,并对施工环境不造成污染。这类树脂在常温下为高分子量固体,是线型或带少量支链的聚合物,分子间无交联,仅借助范德瓦耳斯力或氢键互相吸引。在成型加工过程中,树脂经加压加热即软化和流动,不发生化学交联,可以在模具内赋形,经冷却定型,制得所需形状的制品。在反复受热过程中,分子结构基本上不发生变化,当温度过高、时间过长时,则会发生降解或分解。

四、综合应用题

1、举例说明树脂基复合材料发展迅速且广泛应用的原因。

2、请详细说明要使用复合材料的理由。

从课本第一页复合材料发展概况中总结

3、论述复合材料制品成型的工艺特点和成型工艺的选择原则及方法。

答:成型工艺特点

(1)材料制造与制品成型同时完成一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。

(2)制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此,用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。

4、分别叙述聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和金属基复合材料各自的优点。

答:聚合物基复合材料优点

(1)具有较高的比强度和比模量

(2)抗疲劳性能好

(3)减震性能好

(4)过载时安全性好

(5)具有多种功能型

耐烧烛性好、有良好的摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学特性

金属基复合材料优点

(1)高比强度、高比模量

(2)具有良好的导电导热性

(3)热膨胀系数小、尺寸稳定性好

(4)良好的高温性能

(5)耐磨性好

(6)良好的疲劳性能和断裂韧性

(7)不吸潮、不老化、气密性好

陶瓷基复合材料的优点:强度高、硬度大、耐高温、抗氧化,高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良,热膨胀系数和相对密度较小。

水泥基复合材料的优点

(1)水硬性好,可塑性强

(2)与傻事拌合后仍能使混合物具有必要的和易性

(3)适应性强

(4)硬化后强度高

(5)耐久性好

5、画出手糊工艺的流程,叙述手糊工艺的优缺点。

见课本第103页

复合材料概论考试B.doc

U ! | + 309 2010-2011学年第一学期考试试卷(B ) 课程名称:有机化工工艺学 共]页 考试时间:120 分钟总分:100分 考试方式: 闭卷 适用专业(班级): 应化0801、0802 班级 姓名 学号 一、 填空题(每小题1分,共30分) 1、 有机化工工艺学的定义是- 2、 石油组成非常复杂,其?中所含炷类有、和 三种。 3、 天然气中甲烷的化工利用主要有三个途径:(1) ; (2 ) ; (3 ) - 4、 煤的气化是指 o 5、 K SF 是指,能较合理地反映裂解进程的程度。 6、 管式裂解炉主要由 和 两大部分组成。 7、 炷类热裂解装置中的五大关键设备分别是管式裂解炉、、、 、和 3 8、 深冷分离方法实质是 的过程。 9、 目前工业上分离对、间二甲苯方法主要有、 和。 10、 费-托合成是指。 11、 低压合成甲醇工艺流程的四个工序是、、、 和 3 12、 用于低压合成甲醇:工艺采用 和 两种反应器,其中 反应器是直接冷却的。 13、 乙烯轮盐络合催化氧化一段法生产乙醛的工艺流程由三部分组成,分别是、 和 O 14、 在乙醛液相催化日氧化生产醋酸的工艺流程中,采用的反应器是具有外循环冷 却器的 ____ 反应器。 1 5、甲醇低压洗化制醋酸所用的催化剂是由 和 两部分组成。 16、乙烯氧氯化制取1, 2-二氯乙烷,工业上普遍采用的催化剂是 o 二、 简答题(每小题5分,共20分) 1、 烯炷液相环氧化是使烯烷直接转化为环氧化合物的重要方法,工业上此合成方法通称哈康 (Halcon )法,请用化学反应式表示哈康法的生产原理。 2、 乙烯与氯液相加成合成1, 2-二氯乙烷的工艺有低温氛化法和高温氯化法两种,简述高温 氯化法采用的反应器结构特点,以及采用这种型式反应器进行高温氯化的优点。 3、 乙烯杷盐络合催化氧化可得到乙醛,请简述这一转化过程包括的三个基本反应。 4、 低级烷炷的取代氯化以甲烷氯化最为重要,常用的方法是热疑化法,反应在气相中进行。以 甲烷热氯化为举例,写出其反应机理。 + 3H 2O

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摘要 本文简述了碳纤维复合材料的性能、特点、成型工艺及应用领域现状、碳纤维复合材料的主流加工工艺,阐述了碳纤维复合材料在航空航天、汽车、风电、体育休闲等领域的应用现状,研究了该产业的发展趋势,并且提出了相关建议。 关键字:碳纤维;复合材料;成型工艺;应用;趋势 Abstract In this paper, the performance, characteristics, molding technology and application field status of carbon fiber composite materials, the mainstream processing technology of carbon fiber composite materials are briefly described. The application of carbon fiber composite materials in aerospace, automobile, wind power, sports and leisure fields is described. The development trend of the industry is studied, and relevant suggestions are put forward. Keywords:carbon fiber;composite material;molding process;applicaton; tren 1

复合材料总思考题及参考答案

复合材料概论总思考题 一.复合材料总论 1.什么是复合材料?复合材料的主要特点是什么? ①复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 ②1)组元之间存在着明显的界面;2)优良特殊性能;3)可设计性;4)材料和结构的统一 2.复合材料的基本性能(优点)是什么?——请简答6个要点 (1)比强度,比模量高(2)良好的高温性能(3)良好的尺寸稳定性(4)良好的化学稳定性(5)良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性(6)良好的功能性能 3.复合材料是如何命名的?如何表述?举例说明。4种命名途径 ①根据增强材料和基体材料的名称来命名,如碳纤维环氧树脂复合材料 ②(1) 强调基体:酚醛树脂基复合材料(2)强调增强体:碳纤维复合材料 (3)基体与增强体并用:碳纤维增强环氧树脂复合材料(4)俗称:玻璃钢 4.常用不同种类的复合材料(PMC,MMC,CMC)各有何主要性能特点? PMC MMC CMC(陶瓷基) 使用温度60~250℃400~600℃1000~1500℃ 材料硬度低高最高 强度较高较高较高 耐老化性能差中优 导热性能差好一般 耐化学腐蚀性能好差好 生产工艺难易程度成熟居中最复杂 生产成本最低居中最高 5.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类,各表示什么?在结构设计过程中的设计层次如何,各包括哪些内容?3个层次 答:1、一次结构:由集体和增强材料复合而成的单层材料,其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能; 二次结构:由单层材料层复合而成的层合体,其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何三次结构:指通常所说的工程结构或产品结构,其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 2、①单层材料设计:包括正确选择增强材料、基体材料及其配比,该层次决定单层板的性能; ②铺层设计:包括对铺层材料的铺层方案作出合理安排,该层次决定层合板的性能; ③结构设计:最后确定产品结构的形状和尺寸。 6.试分析复合材料的应用及发展。 答:①20世纪40年代,玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后,纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。至60年代,在技术上臻于成熟,在许多领域开始取代金属材料。 ②随着航空航天技术发展,对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求,出现了高性能树脂基先进复合材料,标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。 ③经过60年代末期使用,树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构,今年来又逐步进入其他工业领域。

钢结构基本原理课后习题与答案完全版

2.1 如图2-34所示钢材在单向拉伸状态下的应力-应变曲线,请写出弹性阶段和非弹性阶段的-关系式。 tgα'=E' f 0f 0 tgα=E 图2-34 σε-图 (a )理想弹性-塑性 (b )理想弹性强化 解: (1)弹性阶段:tan E σεαε==? 非弹性阶段:y f σ=(应力不随应变的增大而变化) (2)弹性阶段:tan E σεαε==? 非弹性阶段:'()tan '()tan y y y y f f f E f E σεαεα =+-=+- 2.2如图2-35所示的钢材在单向拉伸状态下的σε-曲线,试验时分别在A 、B 、C 卸载至零,则在三种情况下,卸载前应变ε、卸载后残余应变c ε及可恢复的弹性应变y ε各是多少? 2235/y f N mm = 2270/c N mm σ= 0.025F ε= 522.0610/E N mm =?2'1000/E N mm = f 0 σF 图2-35 理想化的σε-图 解: (1)A 点: 卸载前应变:5 2350.001142.0610y f E ε= = =? 卸载后残余应变:0c ε= 可恢复弹性应变:0.00114y c εεε=-= (2)B 点: 卸载前应变:0.025F εε==

卸载后残余应变:0.02386y c f E εε=- = 可恢复弹性应变:0.00114y c εεε=-= (3)C 点: 卸载前应变:0.0250.0350.06' c y F f E σεε-=- =+= 卸载后残余应变:0.05869c c E σεε=- = 可恢复弹性应变:0.00131y c εεε=-= 2.3试述钢材在单轴反复应力作用下,钢材的σε-曲线、钢材疲劳强度与反复应力大小和作用时间之间的关系。 答:钢材σε-曲线与反复应力大小和作用时间关系:当构件反复力y f σ≤时,即材料处于弹性阶段时,反复应力作用下钢材材性无变化,不存在残余变形,钢材σε-曲线基本无变化;当y f σ>时,即材料处于弹塑性阶段,反复应力会引起残余变形,但若加载-卸载连续进行,钢材σε-曲线也基本无变化;若加载-卸载具有一定时间间隔,会使钢材屈服点、极限强度提高,而塑性韧性降低(时效现象)。钢材σε-曲线会相对更高而更短。另外,载一定作用力下,作用时间越快,钢材强度会提高、而变形能力减弱,钢材σε-曲线也会更高而更短。 钢材疲劳强度与反复力大小和作用时间关系:反复应力大小对钢材疲劳强度的影响以应力比或应力幅(焊接结构)来量度。一般来说,应力比或应力幅越大,疲劳强度越低;而作用时间越长(指次数多),疲劳强度也越低。 2.4试述导致钢材发生脆性破坏的各种原因。 答:(1)钢材的化学成分,如碳、硫、磷等有害元素成分过多;(2)钢材生成过程中造成的缺陷,如夹层、偏析等;(3)钢材在加工、使用过程中的各种影响,如时效、冷作硬化以及焊接应力等影响;(4)钢材工作温度影响,可能会引起蓝脆或冷脆;(5)不合理的结构细部设计影响,如应力集中等;(6)结构或构件受力性质,如双向或三向同号应力场;(7)结构或构件所受荷载性质,如受反复动力荷载作用。 2.5 解释下列名词: (1)延性破坏 延性破坏,也叫塑性破坏,破坏前有明显变形,并有较长持续时间,应力超过屈服点fy 、并达到抗拉极限强度fu 的破坏。 (2)损伤累积破坏 指随时间增长,由荷载与温度变化,化学和环境作用以及灾害因素等使结构或构件产生损伤并不断积累而导致的破坏。 (3)脆性破坏 脆性破坏,也叫脆性断裂,指破坏前无明显变形、无预兆,而平均应力较小(一般小于屈服点fy )的破坏。 (4)疲劳破坏 指钢材在连续反复荷载作用下,应力水平低于极限强度,甚至低于屈服点的突然破坏。 (5)应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏,也叫延迟断裂,在腐蚀性介质中,裂纹尖端应力低于正常脆性断裂应力临界值的情况下所造成的破坏。 (6)疲劳寿命 指结构或构件中在一定恢复荷载作用下所能承受的应力循环次数。 2.6 一两跨连续梁,在外荷载作用下,截面上A 点正应力为21120/N mm σ=,2280/N mm σ=-,B 点的正应力

材料力学性能课后习题答案

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.xx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。 1、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?

钢结构习题测验集(含答案)

《钢结构》 一、单选题 1.钢结构最大的优点在于()。 A.塑性和韧性好 B.接近匀质等向体 C.钢材具有可焊性 D.钢材强度高自重轻 2.钢结构的最大缺点是()。 A.造价高,不经济 B.防火性能差 C.耐腐蚀性能差 D.脆性断裂 3.在其他条件(如荷载、跨度等)相同的情况下,自重最轻的是()。 A.木结构 B.钢筋混凝土结构 C.钢结构 D.砖石结构 4.钢材的性能因温度而变化,在负温范围内钢材的塑性和韧性()。 A.不变 B.降低 C.升高 D.稍有提高,但变化不大 5.钢结构表面长期承受某一温度下的辐射热时,需加隔热保护层。该温度是()。 A.150°C B.250°C C.320°C D.600°C 6.大跨度结构应优先选用钢材,其主要原因是()。 A.钢结构具有良好的装配性 B.钢材的韧性好 C.钢材接近各项均质体,力学计算结果与实际结果最符合 D.钢材的重量与强度之比小于混凝土等其他材料 7.钢中主要的有害元素是()。 A.硫、磷、碳、锰 B.硫、磷、硅、锰 C.硫、磷、氮、氧 D.硫、磷、硅、碳 8.钢中硫和氧的含量超过限值时,会使钢材()。 A.变软 B.热脆 C.冷脆 D.变硬 9.在常温和静载作用下,焊接残余应力对下列哪一项无影响()。 A.强度B.刚度 C.低温冷脆D.疲劳强度 10.在钢构件中产生应力集中的因素是()。 A.构件环境温度的变化B.荷载的不均匀分布 C.加载的时间长短D.构件截面的突变 11.目前结构工程中钢材的塑性指标,最主要用()表示。 A.流幅 B.冲击韧性 C.可焊性 D.伸长率 12.进行疲劳验算时,计算部分的设计应力幅应按()计算。 A.荷载标准值 B.荷载设计值 C.考虑动力系数的标准荷载 D.考虑动力系数的设计荷载 13.对于承受静荷常温工作环境下的钢屋架,下列说法不正确的是()。 A.可选择Q235钢 B.可选择Q345钢 C.钢材应有负温冲击韧性的保证 D.钢材应有三项基本保证 14.在构件发生断裂破坏前,无明显先兆的情况是()的典型特征。 A.脆性破坏 B.塑性破坏

复合材料

《复合材料概论》课程论文 论文题目:玻璃纤维增强材料 姓名:郑显波 学院:材料科学与工程学院 班级:材料121班 学号:2012141010

玻璃纤维增强材料 郑显波 (齐齐哈尔大学材料科学与工程学院) 摘要:本文从玻璃纤维增强材料的特点用途开篇,通过介绍玻璃纤维国内外的发展现状,与玻璃纤维增强材料生产中所体现出的问题,进而对玻璃纤维增强材料的发展前景做出预测。 Glass fiber reinforced materials Xianbo Zheng (Qiqihar University of Science and Technolog) Abstract:this article from the characteristics of glass fiber reinforced materials use, through the introduction of the current situation of the development of glass fiber at home and abroad, and in the production of glass fiber reinforced materials reflects the problems, and make prediction on the development of glass fiber reinforced materials 关键词:玻璃纤维增强材料发展现状发展前景特点 引言:玻璃纤维增强材料简称(GFRP)俗名玻璃钢。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料,以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起.组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。单一种玻璃纤维,虽然强度很高,但纤维间是松散的,只能承受拉力.不能承受弯曲、剪切和压应力,还不做成固定的几何形状.是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,就可以做成各种具有固定形状的坚硬制品.既能承受拉应力,又可承受弯曲、压缩和剪切应力这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。根据合成树脂的不同玻璃钢主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、聚酯玻璃钢。 1.玻璃纤维增强材料的特点、用途 玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻,具有减震性、抗疲劳性、耐化学品腐蚀性等优点,并且具有优异的抗弹、降噪性能,而且是价格低廉[1]。在汽车中应用玻璃纤维增强材料,可以提高汽车用材料的力学性能,降低汽车零部件的制造成本,加快汽车的装配速度,减轻汽车的重量,节省燃料. 随着汽车工业的迅速发展,对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量将与日俱增,因此对玻璃纤维增强材料研究有很大的现实意义。 2.玻璃纤维增强材料成型工艺 喷射成型技术是手糊成型的改进,半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大,如美国占9.1%,西欧占11.3%,日本占21%。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。

材料力学性能大连理工大学课后思考题答案.

第一章 单向静拉伸力学性能 一、 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.弹性极限:试样加载后再卸裁,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。 13.比例极限:应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 14.解理断裂:沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面--解理面,一般是低指数、表面能低的晶面。 15.解理面:在解理断裂中具有低指数,表面能低的晶体学平面。 16.静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标,是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、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】 三、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】 四、 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。 五、 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

复合材料概论

复合材料概论 王荣国武卫莉谷万里主编 复习 第一章总论 复合材料定义:复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料;在复合材料中通常有一个相为连续相,称为基体,另一相为分散相,陈伟增强材料。 生产量较大,适用面广,性能相对较低的为常用复合材料,高精尖的为先进复合材料。 复合材料的命名:玻璃纤维环氧树脂复合材料、玻璃/环氧复合材料,玻璃纤维复合材料,环氧树脂复合材料,玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。 常用的分类方法: 1.按增强材料形态分类(连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合) 2.按增强材料纤维种类分类(玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合)3.按基体材料分类(聚合物基、金属基、无机非金属基) 4.按材料作用分类(结构复合材料、功能复合材料) 复合材料的共同特点: 1.可综合发挥各组成材料的优点 2.可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造(最大特点!!) 3.可制成所需的任意形状的产品 聚合物基复合材料的主要性能: 1.比强度、比模量大 2.耐疲劳性能好

3.减震性能好 4.过载时安全性能好 5.具有多种功能性 6.良好的加工工艺性 金属基复合材料的主要性能 1.高比强度、比模量 2.导热导电性能优良 3.热膨胀系数小、尺寸稳定 4.良好的高温性能 5.耐磨性好 6.良好的疲劳性能 7.不吸潮、不老化、气密性好 陶瓷基复合材料的主要性能:强度高、硬度大、耐高温、抗氧化、高温下抗磨损性能好、耐化学腐蚀性优良、热膨胀系数和相对密度较小;断裂韧性低,限制其为结构材料使用。 复合材料力学性能取决于增强材料的性能、含量和分布,取决于基体材料的性能和含量 第二章复合材料的基体材料 1 基体材料是金属基复合材料的主要组成,起着固结增强物、传递和承受各种载荷(力热电)的作用。 2 金属基:铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等 3 在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用是以充分发挥增强纤维的性能为主,基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性,而并不要求基体本身有很高的强度。

钢结构计算题(含答案)

1、某6m 跨度简支梁的截面和荷栽(含梁自重在内的设计值)如图所示。在距支座2.4m 处有翼缘和腹板的拼接连接,实验算其拼接的对接焊缝。已知钢材为Q235,采用E43型焊条,手工焊,三级质量标准,施焊时采用引弧板。 解: ①计算焊缝截面处的内力 m kN m kN qab M ?=?-???== 8.1036)]4.20.6(4.22402 1 [21 ()[]kN kN a l q V 1444.2324021=-?=?? ? ??-= ② 计算焊缝截面几何特征值: () 464331028981000240103225012 1 mm mm I W ?=?-??= () 363610616.5516102898mm mm W W ?=÷?= ()363110032.250816250mm mm S W ?=??= ()363110282.325010500mm mm S S W W ?=??+= ③ 计算焊缝强度 查附表得2/185mm N f w t = 2/125mm N f w v = 2 266max /185/6.18410616.5108.1036mm N f mm N W M w t W =<=??? ? ????==σ

2 26 63max /125/3.1610 10289810282.310144mm N f mm N t I VS w v w W W =<=?????==τ 2max 01/9.1786.1841032 1000mm N h h =?==σσ 26 6 311/1.1010 10289810032.210144mm N t I VS w W W =?????==τ 折算应力: 22222121/5.2031851.11.1/8.1791.1039.1783mm N f mm N w t =?=<=?+=+τσ 2、设计图示双盖板对接连接。已知钢板宽a =240mm ,厚度 t =10mm ,钢材为Q235钢,焊条为E43,手工焊,轴力设计值N =550kN 。 解: (1)确定盖板尺寸 为了保证施焊,盖板b 取为b=240mm-40mm=200mm 按盖板与构件板等强度原则计算盖板厚度 mm t 6200210 2401=??≥ 取 t1=6mm (2) 计算焊缝

材料力学性能总思考题(1)

第一章 1什么是材料力学性能?有何意义? 材料在一定温度条件和外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。 2金属拉伸试验经历哪几个阶段?拉伸试验可以测定哪些力学性能? 三个阶段:弹性变形阶段;塑性变形阶段;断裂 可测定的性能:屈服强度,抗拉强度,断后伸长率,断面收缩率 3拉伸曲线有何作用?拉伸曲线各段图形分别意味着什么? 拉伸曲线可测定材料的屈服强度,抗拉强度,断后伸长率,断面收缩率等力学性能指标; 4不同材料的拉伸曲线相同吗?为什么? 不同; 材料的组织结构不同,成分不同,所处温度、应力状态不同,拉伸曲线也不同。5材料的拉伸应力应变曲线发现了哪几个关键点?这几个关键点分别有何意 义? 真实应力应变曲线关键点是颈缩点工程应力应变是屈服强度 7 弹性变形的实质是什么? 金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。 8弹性模量E的物理意义?E是一个特殊的力性指标,表现在哪里? 材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。 E=ζ/ε。

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。 弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。 特殊表现:金属材料的E是一个对组织不敏感的力学性能指标,温度、加载速率等外在因素对其影响不大,E主要决定于金属原子本性和晶格类型。9比例极限、弹性极限、屈服极限有何异同? 比例极限:应力应变曲线符合线性关系的最高应力(应力与应变成正比关系的最大应力); 弹性极限:试样由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力; 屈服极限:开始发生均匀塑性变形时的应力。 10你学习了哪几个弹性指标? 弹性极限、比例极限、弹性模量、弹性比功 11弹性不完整性包括哪些方面? 金属在弹性变形阶段存在微小的塑性变形,即弹塑性变形之间无绝对的分界点,包括弹性滞弹性及内耗、包辛格效应等。 12 什么是滞弹性?举例说明滞弹性的应用? 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。 应用:精密传感元件选择滞弹性低的材料。 13内耗、循环韧性、包申格效应?

钢结构习题附答案

钢结构的材料 1. 在构件发生断裂破坏前,有明显先兆的情况是______的典型特征。 脆性破坏塑性破坏强度破坏失稳破坏 2. 建筑钢材的伸长率与______标准拉伸试件标距间长度的伸长值有关。 到达屈服应力时到达极限应力时试件断裂瞬间试件断裂后 3. 钢材的设计强度是根据______确定的。 比例极限弹性极限屈服点极限强度 4. 结构工程中使用钢材的塑性指标,目前最主要用______表示。 流幅冲击韧性可焊性伸长率 5. 在钢结构房屋中,选择结构用钢材时,下列因素中的______不是主要考虑的因素。 建造地点的气温荷载性质钢材造价建筑的防火等级 6. 热轧型钢冷却后产生的残余应力______。 以拉应力为主以压应力为主包括拉、压应力拉、压应力都很小 7. 型钢中的钢和工字钢相比,______。 两者所用的钢材不同前者的翼缘相对较宽前者的强度相对较高两者的翼缘都有较大的斜度 8. 钢材内部除含有Fe、C外,还含有害元素______。 N,O,S,P N,O,Si Mn,O,P Mn,Ti 9. 有二个材料分别为3号钢和16Mn钢的构件需焊接,采用手工电弧焊,焊条应选用______型。

E43E50 E55 T50 10. 在低温工作的钢结构选择钢材除强度、塑性、冷弯性能指标外,还需______指标。 低温屈服强度低温抗拉强度低温冲击韧性疲劳强度 11. 钢材脆性破坏同构件______无关。 应力集中低温影响残余应力弹性模量 12.普通碳素钢标号C3表示______。 甲类平炉3号沸腾钢乙类氧气顶吹3号沸腾钢特类平炉3号沸腾钢丙类平炉3号镇静钢 13. 3号镇静钢设计强度可以提高5%,是因为镇静钢比沸腾钢______好。 脱氧炉种屈服强度浇注质量 14. 钢材的理想σ-ε曲线(包括考虑焊接应力和不考虑焊接应力)是______。 A B C D 15. 普通碳素钢强化阶段的变形是______。 完全弹性变形完全塑性变形弹性成分为主的弹塑性变形塑性成分为主的弹塑性变形 16. 下列因素中,______与钢构件发生脆性破坏无直接关系。 钢材屈服点的大小钢材含碳量负温环境应力集中

材料科学与工程专业培养计划(080401)

材料科学与工程专业培养计划() () 一、培养目标 按照“厚基础、宽口径、复合型、高素质”的人才培养模式,培养德、智、体、美全面发展,了解现代材料学 科发展,适应社会经济和科学技术发展要求,具有坚实的自然科学基础、材料科学与工程专业基础和人文社会科 学基础,具有较强的工程意识、工程素质、实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、国际视野、 沟通和组织管理能力的高素质专门人才。材料类专业毕业的学生,既可从事材料科学与工程基础理论研究,新材 料、新工艺和新技术研发,生产技术开发和过程控制、材料应用等材料科学与工程领域的科技工作,也可承担相 关专业的教案、科技管理和经营工作。 本科生毕业后经过年左右的实际工作,能够达成如下目标: 培养目标:能够运用数理、材料专业基础知识和理论,对复杂的材料科学问题进行有效探索和系统性分析, 并提供解决方案; 培养目标:熟悉材料工程技术的发展现状及相关领域的发展动态,具备一定的工程创新意识与能力,能够运 用现代工具及材料专业知识,从事本领域相关工艺技术及产品的设计、研发与生产管理; 培养目标:具备卓越工程师的职业道德规范、强烈的爱国敬业精神和社会责任感,综合考虑法律、环境与可 持续发展等因素影响,在工程实践中能坚持公众利益优先; 培养目标:具备健康的身心和良好的人文科学素养,拥有团队精神、有效的沟通表达能力和工程项目管理能 力; 培养目标:拥有职业发展中的终生学习与自我完善能力,具有一定的全球化意识和国际视野,能够积极主动适应不断变化的自然环境和社会环境,持续提高专业素养和自身素质。 二、毕业要求 本专业的毕业要求如下: .工程知识:掌握工程领域所需的数学、自然科学、工程基础和材料科学与工程学科专业知识,并能够用于 解决材料工程领域复杂工程问题。 掌握相关数学知识,并能运用于实际工程问题进行数学建模、求解与数据处理; 掌握相关自然科学的基础原理和思维方法,并能将其应用于解决工程科学和技术问题; 掌握相关工程知识,能将其用于解决工程装备设计等工程问题; 掌握材料科学与工程专业基础知识,并能用于解决热处理、材料组织性能分析及控制等材料科学和工程技术

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】。

钢结构试题含规范标准答案

一、选择题(每题2分) 1.大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构(B) A.密封性好 B.自重轻 C.制造工厂化 D.便于拆装 2、钢材的设计强度是根据 C 确定的。 A、比例极限; B、弹性极限; C、屈服强度; D、极限强度。 3.钢结构的承载能力极限状态是指( C ) A.结构发生剧烈振动 B.结构的变形已不能满足使用要求 C.结构达到最大承载力产生破坏 D.使用已达五十年 4、某构件发生了脆性破坏,不经检查可以肯定下列问题中 A 对该破坏无直接影响。 A、钢材的屈服点过低; B、构件的荷载增加速度过快; C、存在冷加工硬化; D、构件有构造原因引起的应力集中。 5.钢材的抗拉强度fu与屈服点fy之比fu/fy反映的是钢材的 A ) A.强度储备 B.弹塑性阶段的承载能力 C.塑性变形能力 D.强化阶段的承载能力 6、Q235钢按照质量等级分为A、B、C、D四级,由A到D表示质量由低到高,其分类依据是 C 。 A、冲击韧性; B、冷弯试验; C、化学成分; D、伸长率。 7. 钢号Q345A中的345表示钢材的( C ) A.fp值 B.fu值 C.fy值 D.fvy值 8.钢材所含化学成分中,需严格控制含量的有害元素为( C ) A.碳、锰 B.钒、锰 C.硫、氮、氧 D.铁、硅

9、同类钢种的钢板,厚度越大, A 。 A、强度越低; B、塑性越好; C、韧性越好; D、内部构造缺陷越少。 10.对于普通螺栓连接,限制端距e≥2d0的目的是为了避免( D ) A.螺栓杆受剪破坏 B.螺栓杆受弯破坏 C.板件受挤压破坏 D.板件端部冲剪破坏 11、以下关于应力集中的说法中正确的是 B 。 A、应力集中降低了钢材的屈服强度 B、应力集中产生同号应力场,使塑性变形受到限制 C、应力集中产生异号应力场,使钢材变脆 D、应力集中可以提高构件的疲劳强度 12.Q235与Q345两种不同强度的钢材进行手工焊接时,焊条应采用( C ) A.E55型 B.E50型 C.E43型 D.H10MnSi 13.在搭接连接中,为了减小焊接残余应力,其搭接长度不得小于较薄焊件厚度的( A ) A.5倍 B.10倍 C.15倍 D.20倍 14、图示连接中高强度螺栓群受弯后的旋转中心为。 A、a点; B、b点; C、c点; D、d点。 15.如图所示两端铰支理想轴心受压构件Ix/Iy≥4,其临界压力Ncr为( D ) A.π2EIx/(2b2) B.π2EIx/b2 C.π2EIy/(4b2) D.π2EIy/b2 16. 承压型高强度螺栓连接比摩擦型高强度螺栓连接( B )

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