第五章__材料的疲劳性能(1)分析

第一章 单向静拉伸力学性能1、 解释下列名词。

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。

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、 现有45、40Cr 、35 CrMo 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰铸铁可降低成本，提高生产效率。

5、 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。

6、 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。

航空航天领域中的材料力学分析第一章引言航空航天领域是现代工程中最复杂和关键的领域之一。

在航空航天工程中，材料力学分析是重要的组成部分，旨在研究和评估材料在不同工况下的性能和行为。

本文将探讨航空航天领域中的材料力学分析方法和技术。

第二章材料力学基础材料力学是研究材料的力学性能和行为的学科，包括弹性力学、塑性力学、断裂力学等。

在航空航天工程中，材料必须具有高强度、低重量和良好的耐久性，因此材料的弹性、塑性、断裂性等力学性能是必须考虑的要素。

第三章航空航天材料的力学性能测试为了评估航空航天材料在不同工况下的力学性能，需要进行一系列的力学性能测试。

这些测试包括拉伸测试、压缩测试、弯曲测试、冲击测试等。

通过这些测试，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧度等参数，为后续的力学分析提供基础数据。

第四章结构材料力学分析在航空航天工程中，结构材料的力学分析是至关重要的。

结构材料通常用于制造飞机、火箭等载荷承受和传递的部件。

在结构材料力学分析中，需要考虑静力学和动力学等因素，以确定材料在各种工况下的应力分布和变形行为。

第五章航空航天材料的疲劳分析疲劳是航空航天材料中的主要失效机制之一。

由于飞行器在使用过程中会受到复杂的载荷作用，材料会逐渐发生损伤和失效。

为了提高飞行器的寿命和安全性，需要进行疲劳分析，评估材料在不同应力水平下的寿命和疲劳性能。

第六章航空航天材料的断裂力学分析在航空航天工程中，材料的断裂行为是必须考虑的因素之一。

断裂力学分析主要关注材料的断裂韧度和断裂韧性，以评估材料在受到应力集中和裂纹扩展的情况下的断裂性能。

合理的断裂力学分析可以指导工程设计和制造，提高航空航天器的安全性。

第七章材料力学分析的数值模拟方法随着计算机技术的发展，数值模拟方法在航空航天材料力学分析中得到了广泛应用。

有限元方法是最常用的数值模拟方法之一，通过将结构离散为有限数量的单元，可以模拟材料的应力分布和变形行为。

其他常用的数值模拟方法还包括边界元法、网格无关方法等。

材料疲劳实验报告1. 实验目的材料疲劳实验是为了研究材料在长期重复加载下的性能变化规律，探究材料的疲劳寿命及疲劳行为。

本次实验旨在通过不同载荷条件下对金属材料进行疲劳实验，分析其疲劳寿命及疲劳失效模式。

2. 实验原理疲劳材料学认为，在材料受到交变载荷作用时，由于局部应力和变形的聚焦作用，会造成材料内部微小损伤积累，最终导致材料疲劳失效。

实验中常用的参数包括应力幅、载荷周期、载荷频率等。

3. 实验设备及材料本次实验采用了一台电子疲劳试验机，可实现不同载荷条件下的疲劳加载。

实验材料选用了工业中常见的金属材料，如钢、铝等，以进行疲劳实验。

4. 实验方法（1）根据实验要求确定不同载荷条件下的疲劳试验方案，包括载荷幅值、载荷周期等参数；（2）将待测材料制备成标准试样，并在试验机上装夹好；（3）依据设定的疲劳试验方案进行试验，并根据试验机读数记录实验数据；（4）当达到设定的疲劳寿命或发生疲劳失效时停止试验，记录试验结果。

5. 实验结果及分析经过一系列的疲劳实验，我们得到了不同载荷条件下金属材料的疲劳寿命数据。

通过对数据进行分析，我们可以发现随着载荷幅值的增加，材料的疲劳寿命逐渐减小，疲劳失效模式也呈现出明显的变化。

此外，不同金属材料在疲劳实验中表现出不同的特性，例如某一种金属在高强度载荷下疲劳寿命更长等。

6. 实验结论通过本次材料疲劳实验，我们深入了解了材料在疲劳加载下的性能表现及疲劳寿命规律。

我们可以通过调整载荷条件来延长材料的疲劳寿命，提高其耐久性。

疲劳实验为材料科学领域的研究提供了重要的参考依据。

7. 结语本次实验不仅增进了我们对材料疲劳行为的认识，同时也对未来的相关研究工作起到了积极的推动作用。

期待通过更多的研究和实验，为材料科学领域的发展做出更大的贡献。

绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示]材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。

包括力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）物理性能（热、光、电、磁）化学性能（老化、腐蚀）。

第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。

塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。

弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。

弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。

包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。

弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。

实质是产生100%弹性变形所需的应力。

滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。

内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。

韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。

2、简答(1)材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E小，反之亦然。

晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。

化学成分，微观组织温度，温度升高，E下降加载条件、负载时间。

对金属、陶瓷类材料的E没有影响。

高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。

《金属工艺学》课程笔记第一章绪论一、金属工艺学概述1. 定义与重要性金属工艺学是研究金属材料的制备、加工、性能、组织与应用的科学。

它对于工程技术的进步和工业发展至关重要，因为金属材料在建筑、机械、交通、电子、航空航天等几乎所有工业领域都有广泛应用。

2. 研究内容（1）金属材料的制备：包括金属的提取、精炼、合金化等过程，以及铸造、粉末冶金等成型技术。

（2）金属材料的加工：涉及金属的冷加工（如轧制、拉伸、切削）、热加工（如锻造、热处理）、特种加工（如激光加工、电化学加工）等。

（3）金属材料的性能：研究金属的物理性能（如导电性、热导性）、化学性能（如耐腐蚀性）、力学性能（如强度、韧性）等。

（4）金属材料的组织与结构：分析金属的晶体结构、相变、微观缺陷、界面行为等。

（5）金属材料的应用：研究金属材料在不同环境下的适用性、可靠性及寿命评估。

3. 学科交叉金属工艺学是一门多学科交叉的领域，它与物理学、化学、材料学、力学、热力学、电化学等学科有着紧密的联系。

二、金属工艺学发展简史1. 古代金属工艺（1）铜器时代：人类最早使用的金属是铜，掌握了简单的铸造技术。

（2）青铜器时代：铜与锡的合金，青铜，使得工具和武器的性能得到提升。

（3）铁器时代：铁的发现和使用，推动了农业和手工业的发展。

2. 中世纪至工业革命（1）炼铁技术的发展：如鼓风炉、熔铁炉的发明，提高了铁的产量。

（2）炼钢技术的进步：如贝塞麦转炉、西门子-马丁炉的出现，实现了钢铁的大规模生产。

3. 近现代金属工艺（1）20世纪初：金属物理和金属学的建立，为金属工艺学提供了理论基础。

（2）第二次世界大战后：金属材料的快速发展，如钛合金、高温合金的出现。

4. 当代金属工艺（1）新材料的开发：如形状记忆合金、超导材料、金属基复合材料等。

（2）新技术的应用：如计算机模拟、3D打印、纳米技术等。

三、金属工艺学在我国的应用与发展1. 古代金属工艺的辉煌（1）商周时期的青铜器：技术水平高超，工艺精美。

《材料性能学》课程教学大纲一、《材料性能学》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Introductions of Materials Properties（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课（五）教学目的：使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。

（六）教学内容：本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。

（七）教学时数:学时数：72 学时分数： 4 学分（八）教学方式:以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。

.二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的单向静拉伸的力学性能教学要点：让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。

2 、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标3、非理想弹性与内耗的概念4、非理想弹性的几种类型及工程应用5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法6、了解断裂的机理教学时数： 8 学时教学内容：第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线第二节弹性形变及其性能指标一、弹性形变本质二、弹性模数三、影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）四、比例极限与弹性极限五、弹性比功第三节非理想弹性与内耗一、滞弹性二、粘弹性三、伪弹性四、包申格效应五、内耗第四节塑性变形及其性能指标一、塑性变形机理（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）二、屈服观象与屈服强度三、影响金属材料屈服强度的因素（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）四、应变硬化（机理、指数、意义）五、抗拉强度与缩颈条件六、塑性与塑性指标七、超塑性第五节断裂一、断裂的类型及断口特征（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）二、裂纹形裂的位错模型（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）三、断裂强度四、真实断裂强度与静力韧度考核要求：1、力—伸长曲线和应力——应变曲线1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）(识记)1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式(识记)2、弹性形变及其性能指标2.1弹性形变本质（领会）2.2弹性模数(识记)2.3影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）（领会）2.4比例极限与弹性极限（领会）2.5弹性比功（领会）3、非理想弹性与内耗3.1滞弹性（领会）3.2粘弹性（领会）3.3伪弹性（领会）3.4包申格效应(识记)3.5内耗(识记)4、塑性变形及其性能指标4.1塑性变形机理(识记)4.2屈服观象与屈服强度（领会）4.3影响金属材料屈服强度的因素(识记)4.4应变硬化（领会）4.5抗拉强度与缩颈条件(识记)4.6塑性与塑性指标(识记)4.7超塑性(识记)第五节断裂5.1断裂的类型及断口特征(识记)5.2裂纹形裂的位错模型（领会）5.3断裂强度（领会）5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）第二章材料在其他静载下的力学性能教学要点：让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。

混凝土结构的疲劳性能及其应用分析一、引言混凝土是一种广泛使用的建筑材料，具有许多优点，例如强度高、耐久性好、施工简单等。

然而，在实际使用中，混凝土结构常常遭受到疲劳荷载的作用，导致材料的疲劳损伤和结构的疲劳破坏，引起重大的安全事故。

因此，研究混凝土结构的疲劳性能及其应用具有重要意义。

二、混凝土结构的疲劳性能1. 疲劳荷载的作用疲劳荷载是指重复加载、卸载或反向加载等引起材料和结构内部应力变化的荷载。

在混凝土结构中，疲劳荷载主要来自以下几方面：（1）交通荷载：公路、桥梁、机场等交通工程中的车辆荷载和飞机荷载。

（2）风荷载：高层建筑、大型桥梁、烟囱等结构在大风作用下的荷载。

（3）地震荷载：地震引起的地表振动和结构变形。

2. 疲劳损伤的形成疲劳荷载作用下，混凝土结构内部将产生应力循环，进而导致材料的疲劳损伤。

主要表现为以下几种形式：（1）表面龟裂：混凝土表面出现细小的龟裂，呈放射状或网状分布。

（2）内部裂缝：混凝土内部出现微小裂缝，逐渐扩展并相互联通。

（3）材料变形：混凝土材料的弹性模量逐渐下降，变形能力降低。

3. 疲劳寿命的评估疲劳寿命是指混凝土结构在疲劳荷载作用下能够承受的循环荷载次数，是评估混凝土结构疲劳性能的重要指标。

常用的评估方法有以下几种：（1）S-N曲线法：采用不同频率和幅值的循环荷载进行试验，绘制出应力振幅与循环次数的对数双对数曲线，即S-N曲线，通过曲线的斜率和截距来评估疲劳寿命。

（2）双向荷载法：采用正向和反向荷载进行试验，通过测量裂缝长度和宽度来评估疲劳寿命。

（3）应力范围法：采用不同幅值的循环荷载进行试验，通过测量应力幅值和峰值应力来评估疲劳寿命。

三、混凝土结构疲劳性能的应用1. 疲劳寿命的设计在混凝土结构的设计中，应该考虑到结构所处环境的疲劳荷载情况，合理设计结构的几何形状和截面尺寸，选择合适的材料和施工工艺，以提高结构的疲劳寿命。

2. 疲劳性能的检测和评估在混凝土结构的使用过程中，应定期对结构的疲劳性能进行检测和评估。

结构力学第三版答案《结构力学第三版答案》第一章：引言结构力学是研究结构在作用力下的变形和内力分布规律的科学。

本章主要介绍了结构力学的基本概念和基本原理，以及学习本书的基本内容和要求。

第二章：平衡力学本章介绍了结构力学中的平衡条件。

通过平衡条件的分析，可以确定结构体系受力状态下的平衡问题。

同时，结构体系中不平衡力的计算和分析也是本章的重点内容。

第三章：结构的静力学分析本章主要介绍了结构的静力学分析方法。

通过应力和应变的计算，可以确定结构结构在作用力下的变形和内力分布规律。

本章还介绍了结构中杆件和梁的静力学分析方法。

第四章：结构的变形分析本章介绍了结构的变形分析方法。

通过位移和变形的计算，可以确定结构在加载过程中的变形程度和变形规律。

本章还介绍了结构中梁和柱的变形分析方法，并且给出了相关的计算例题。

第五章：结构材料力学性能本章介绍了结构材料的力学性能。

通过结构材料的力学性能的分析和计算，可以确定结构材料的可用性和适用性。

本章还介绍了结构材料的疲劳性能和塑性性能，并给出了相关的计算例题。

第六章：结构稳定性分析本章介绍了结构的稳定性分析方法。

通过结构的稳定性分析可以确定结构体系在受到外界扰动时的稳定性，以及判断结构体系发生失稳的条件。

本章还介绍了常见的结构失稳形式和相应的分析方法。

第七章：结构动力学分析本章介绍了结构的动力学分析方法。

通过结构的动力学分析可以确定结构体系在受到外界振动和激励时的响应规律，以及判断结构体系的振动特性。

本章还介绍了结构动力学中的共振和阻尼问题，并给出了相关的计算例题。

第八章：结构设计原理本章介绍了结构设计的基本原理和设计方法。

通过结构设计的原则和方法，可以确定结构体系的结构形式和尺寸，以满足结构的强度、刚度和稳定性等要求。

本章还介绍了常见的结构构件的设计原则和设计方法。

第九章：结构施工与检验本章介绍了结构施工和检验的基本要点。

通过结构施工的过程中的测量和检验，可以确保结构施工的质量和安全性。

讲解—材料的疲劳性能材料的疲劳性能⼀.本章的教学⽬的与要求本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学⽣掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断⼝的宏观特征，⾦属以及⾮⾦属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗⼒指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺⼝敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，⽬的是为疲劳强度设计和选⽤材料建⽴基本思路。

⼆．教学重点与难点1. 疲劳破坏的⼀般规律（重点）2．⾦属材料疲劳破坏机理（难点）3. 疲劳抗⼒指标（重点）4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点）5热疲劳（难点）三．主要外语词汇疲劳强度：fatigue strength 断⼝：fracture 过载持久值：overload of lasting value疲劳缺⼝敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue四. 参考⽂献1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通⼤学出版社，20092.束德林.⾦属⼒学性能.北京：机械⼯业出版社，19953.⽯德珂，⾦志浩等.材料⼒学性能.西安：西安交通⼤学出版社，19964.郑修麟.材料的⼒学性能.西安：西北⼯业⼤学出版社，19945.姜伟之，赵时熙等.⼯程材料⼒学性能.北京：北京航空航天⼤学出版社，19916.朱有利等.某型车辆扭⼒轴疲劳断裂失效分析[J]. 装甲兵⼯程学院学报，2010,24（5）：78-81五．授课内容第五章材料的疲劳性能第⼀节疲劳破坏的⼀般规律1、疲劳的定义材料在变动载荷和应变的长期作⽤下，因累积损伤⽽引起的断裂现象，称为疲劳。

2、变动载荷指⼤⼩或⽅向随着时间变化的载荷。

变动应⼒：变动载荷在单位⾯积上的平均值分为：规则周期变动应⼒和⽆规则随机变动应⼒3、循环载荷（应⼒）的表征①最⼤循环应⼒：σmax②最⼩循环应⼒：σmin③平均应⼒：σm=（σmax+σmin）/2④应⼒幅σa或应⼒范围Δσ：Δσ=σmax-σminσa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2 ⑤应⼒⽐（或称循环应⼒特征系数）：r=σmin/σmax5、循环应⼒分类按平均应⼒、应⼒幅、应⼒⽐的不同，循环应⼒分为①对称循环σm=（σmax+ σmin）/2=0 r=-1属于此类的有：⼤多数旋转轴类零件。