工程材料力学性能
第一章
退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为如下五个阶段：
1、 弹性变形；2、 不均匀屈服塑性变形（屈服阶段）3、 均匀塑性变形阶段；4、 不均匀集中塑性变形；5、 断裂。
弹性变形： 是一种可逆变形，实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。弹性变形物理本质：原子间距几何参数随外力的可逆变化。
弹性模量：弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。
物理意义：表征金属材料对弹性变形的抗力，其值大小反映了金属弹性变形的难易程度。 其值越大，表示在相同应力下产生的弹性变形就越小。
影响因素——主要取决于金属原子本性和晶格类型（原子间作用力）。
金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，合金化、 热处理（显微组织）、 冷塑性变形对E值影响不大。
弹性比功：又称弹性比能、 应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力（即材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，是一个韧度
指标。）。
物理意义：试样或实际机器零件的体积越大，则可吸收的弹性功越多，可储备的弹性能越多。
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，称为滞弹性。
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，称为金属的循环韧性，也叫做金属的内耗、消振性。
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，弹性极限和屈服强度就会升高；如果反向加载，弹性极限和屈服强度都下降，这种现象叫做包申格效应。
包申格效应的消除：预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力之前使金属材料于回复或再结晶温度下退火。
塑性变形： 外力移去后不能恢复的变形。
金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。
滑移系越多，塑性越好，但滑移系的数量不是决定塑性的唯一因素。 如fcc金属滑移系比bcc金属少，但因前者晶格阻力低，位错容易运动，故塑性却优于后者。
塑性变形具有一些特点：
1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性：（ a）材料表面优先（ b）与切应力取向最佳的滑移系优先
材料的力学性能
mechanical properties of materials
主要是指材料的宏观性能，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序，用相应的试验设备和仪器测出的。表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性（静力、动力、冲击力等）、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。材料的各种力学性能分述如下：
弹性性能 材料在外力作用下发生变形，如果外力不超过某个限度，在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形，称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。
拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定：对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d；对于矩形截面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力－应变图。图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l)，纵坐标表示载荷P（或应力ζ＝P/A）。图中的曲线从原点到点p为直线，pe段为曲线，载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。
比例极限 应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限，即图中点p所对应的应力,以ζp表示。在应力低于ζp的情况下，应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。
弹性极限 试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限，即图中点e所对应的应力,以ζe表示。若在应力超出ζe后卸载，试样中将出现残余变形。 比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响，并不易测准，所以在有关标准中规定，对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量（用切线斜率的偏差表示）的应力作为"规定比例极限"。对于弹性极限，规定以产生某一微量残余变形对应的应力作为"规定弹性极限"，例如，以产生0.01％残余变形所对应的应力为规定弹性极限,记为ζ。实际上，比例极限和弹性极限很接近。
试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下金属塑性变形的机理有何不同？答：常温下金属塑性变形主要是通过位错滑移和孪晶进行的，以位错滑移为主要机制。当滑移面上的位错运动受阻产生塞积时，必须在更大的切应力作用下才能使位错重新运动和增值，宏观变现为加工硬化现象，或对于螺型位错，采用交滑移改变滑移面来实现位错继续运动。而当高温下金属蠕变变形主要通过位错滑移，原子扩散等机理进行。1，当滑移面上的位错运动受阻产生塞积时，位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散来克服短程阻碍。主要是通过刃型位错的攀移来实现。2，此外，在高温下大量原子和空位定向移动，即在两端拉应力作用下，晶体内空位将从受拉晶界向受压晶界迁移，原子则朝相反方向流动致使晶体伸长产生蠕变，即扩散蠕变。总之，在高温条件下，金属塑性变形仍得以继续进行，即高温蠕动变形。
试述低应力脆断的原因及防止方法？ 答：低应力脆断是由宏观裂纹（工艺裂纹或使用裂纹）扩散引起的。由于裂纹破坏了材料的均匀切入连续性，改变了材料内部应力状态和应力分布，所以机件的结构性能就不在相似于无裂纹的式样性能。有断裂判据K>Kc时发生断裂，而切应力场强度因子取决于应力与裂纹的尺寸，要使材料不发生低应力脆断，应从下面两个方面着手1，控制构件的使用应力状态，使其δ
试述聚合物与金属材料在弹性变形，塑性变形和断裂方面的区别？答：聚合物链非常长，在受外力作用时，长链通过连段调整构象，使原卷曲的链沿拉力方向伸长，宏观上表现很大的弹性变形，无明显屈服的均匀塑性变形。在外力作用下，银纹质因其内部存在非均匀性而产生开裂，并形成孔洞。随后形成的孔洞与已有的孔洞连接起来，在垂直应力方向上形成微裂纹，微裂纹尖端区连续出现银纹，使微裂纹相连扩展，引起宏观断裂。金属弹性变形是一种可逆变形，它是金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反应。金属塑性变形方式主要为滑移和孪晶，有屈服阶段。各晶粒变形的不同时性和不均匀性及各晶粒变形的相互协调性的特点，其断裂过程为裂纹产生扩展及断裂。
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习题2-1图 习题2-2图
习题2-3图 习题2-4图
习题2-5图
习题2-6图
材料力学习题集
第1章 引 论
1－1 图示矩形截面直杆，右端固定，左端在杆的对称平面内作用有集中力偶，数值为M。关于固定端处横截面A－A上的内力分布，有四种答案，根据弹性体的特点，试分析哪一种答案比较合理。
正确答案是 C 。
1－2 图示带缺口的直杆在两端承受拉力FP作用。关于A－A截面上的内力分布，有四种答案，根据弹性体的特点，试判断哪一种答案是合理的。
正确答案是 D 。
1－3 图示直杆ACB在两端A、B处固定。关于其两端的约束力有四种答案。试分析哪一种答案最合理。
正确答案是 D 。
1－4 等截面直杆在两端承受沿杆轴线的拉力FP。关于杆中点处截面A－A在杆变形后的位置（图中虚线所示），有四种答案，根据弹性体的特点，试判断哪一种答案是正确的。
正确答案是 D 。
1－5 图示等截面直杆在两端作用有力偶，数值为M，力偶作用面与杆的对称面一致。关于杆中点处截面A－A在杆变形后的位置（对于左端，由AA；对于右端，由AA），有四种答案，试判断哪一种答案是正确的。
正确答案是 C 。
1－6 等截面直杆，其支承和受力如图所示。关于其轴线在变形后的位置（图中虚线所示），有四种答案，根据弹性体的特点，试分析哪一种是合理的。
正确答案是 C 。
第2章 杆件的内力分析 — 59 —
习题2-1图
习题2-2图
习题2-3图
习题2-4图
ABABC)(ql2lMQFQF454141
(a-1) (b-1)
ADECMABCMB2M2MM2341M22ql
(a-2) (b-2)
2－1 平衡微分方程中的正负号由哪些因素所确定？简支梁受力及Ox坐标取向如图所示。试分析下列平衡微分方程中哪一个是正确的。
