湖南大学材料性能学作业+习题标准答案
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第二章作业题
1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按“相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。
2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的
力学性能。
3 布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试
验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留
压痕。HBW通过压痕平均直径求得。
4 洛氏硬度：洛氏硬度以测量压痕深度标识材料的硬度。HR＝
(k-h)/0.002.
二、脆性材料的抗压强度
扭转屈服点
缺口试样的抗拉强度
NSR：缺口敏感度，为缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值。
HBS:用钢球材料的球压头表示洛氏硬度。
HRC:用金刚石圆锥压头表示的洛氏硬度。
三、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围
1单向拉伸
特点：温度、应力状态和加载速率是确定的，且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。
应用范围：一般是用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。
2压缩试验
特点：单向压缩试验的应力状态系数＝2，比拉伸，弯曲，扭转的应力状态都软，拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。
应用范围：拉伸时呈脆性的金属材料的力学性能测定。如果产生明显屈服，还可以测定压缩屈服点。
3弯曲试验
特点：试样形状简单，操作方便，弯曲试样应力分布不均匀，表面最大，中心为零。可较灵敏的反映材料表面缺陷。
应用范围：对于承受弯曲载荷的机件，测定其力学性能。
4扭转试验
特点：1扭转的应力状态软性系数＝0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为。2圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有颈缩现象，所以能实现大塑性变形量下的试验。3能较敏感的反映出金属表面缺陷及硬化层的性能。4扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度，所以，扭转试验是测定这些材料切断最可靠的办法。
应用范围：研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性；研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。
四、缺口拉伸时应力分布有何特点
缺口截面上的应力分布是不均匀的，轴向应力在缺口根部最大，随着离开根部的距离增大，应力不断减小，即在根部产生应力集中。
第三章作业题
冲击韧性:材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力
低温脆性：在试验温度低于某一温度时，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型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状
韧脆转变温度：导致低温脆性的转变温度
断裂分析图：表示许用应力、缺陷和温度之间关系的综合图
2、Ak 冲击韧度
NDT 无塑性或零塑性转变温度
试说明低温脆性的物理本质及其影响
3、低温脆性本质是材料屈服强度随温度降低急剧增加。其影响因素包括晶体结构、化学成分、显微组织（晶粒大小、金相组织）等
试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性断裂的原因
4、因为焊接接口之间会从在裂纹，气孔，而且连接体之间不是同一种材料，导致焊口脆性大，同时焊接时钢铁内部发生了组织变化，但铆接就不一样了，它的抗拉能力很强，不易发生脆性断裂。
第四章作业题
1、由宏观裂纹扩展引起。
表示应力场的强弱程度。
裂纹体在受力时，只要满足Ki>=Kic,就会发生脆性断裂。
2、平面应变断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
平面应力断裂韧度，表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
平面应变断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩散时单位面积所消耗的能量。
试述低应力脆断的原因及方法
3、原因：与材料内部一定尺寸的裂纹相关，当裂纹在给定的作用应力下扩展临界尺寸
时，就会突然破坏。
防止方法：添加细化晶粒的合金元素细化晶粒形成板条马氏体及
残留奥氏体薄膜增强塑性温度越低，脆性一般越大，增加应变速率也会降低塑性，
因此要降低应变速率。
试述K判据的意义及用途
4、裂纹在受力时，只要满足Ki>=Kic,就会发生脆性断裂。它将材料断裂韧度同机件的工作应力和裂纹尺寸的关系定量地联系起来，因此可以直接用于设计计算，如估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂纹尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工艺等
有一大型板件，材料的0.2=1200MPa。Kic=115MPa.m.探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度RO，并判断该件是否安全。
5 、Ki==159.5MPa
R=2r=()=6.75m
Ki>Kic,会断，不安全。
第五章作业题
疲劳断裂：金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂
疲劳源：疲劳裂纹萌生的策源地
疲劳条带：具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样
疲劳寿命：在给定循环载荷条件下，试件或结构由开始加载至出现可检裂纹时的载荷循环数
;疲劳极限
：疲劳缺口敏感度
:疲劳裂纹扩展门槛值
疲劳裂纹门槛值影响实用价值
1、疲劳裂纹不扩展的临界值，其影响因素包括材料成分和组织、载荷
条件及环境因素。其表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能，也是材料的力学指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好。它可以作为裂纹件的设计和校核指标。
2、提高零件的疲劳寿命的方法主要有：
（1）只要能降低第二相或夹杂物的脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，均可抑制或延缓疲劳裂纹的萌生，应用实例有真空冶炼和真空浇注。
（2）晶界强化、净化和晶粒细化，可以提高材料疲劳寿命，细化晶粒既能阻止疲劳裂纹在晶界处萌生，又因晶界阻止疲劳裂纹的扩展，故能提高疲劳强度。应用实例包括低碳钢和钛合金的强化。
（3）表面强化处理可在机件表面产生有利的残余压应力，同时还能提高机件表面的强度和硬度。应用实例有表面喷丸和滚压，其在阻碍疲劳裂纹扩展中有良好的效果。
试说明疲劳裂纹扩展曲线的三个区域的特点和影响因素
3、I区是疲劳裂纹初始扩展的阶段，扩展速率很小。随△K增加，扩展速率快速提高，但变化范围很小，提高有限，扩展寿命长。
II区是疲劳扩展的主要阶段，占据亚稳态扩散的绝大部分，是决定疲劳寿命的主要组成部分，扩展速率较大，△K变化范围大，扩展寿命长。
