下载文档原格式
材料的损伤断裂机理和宏微观力学理论_10356033[General Information]书名=材料的损伤断裂机理和宏微观力学理论作者=页数=233SS号=10356033出版日期=封面页书名页版权页前言页目录页第1章裂端位错发射和断裂位错理论1.1 前言1.2 裂端位错行为的实验观察裂端位错发射纳米裂纹形核和演化裂纹尖端原子像1.3 裂端位错发射理论分析早期Rice-Thomson理论基于Peierls框架的理论模型位错发射理论分析1.4 断裂位错理论考虑位错发射影响的断裂准则准脆性断裂的位错理论考虑非线性效应的断裂位错理论1.5 裂端位错行为的分子动力学模拟计算方法裂纹尖端位错发射位错发射的不稳定堆垛能温度对裂尖位错发射的影响裂纹方位与晶体滑移几何对位错发射的影响位错列与晶界之间的作用三重嵌套模型关联参照模型参考文献第2章脆性材料的微裂纹扩展区损伤模型2.1 脆性材料拉伸的微裂纹扩展区模型单个张开币状微裂纹引起的柔度张量三轴拉伸情况下的微裂纹扩展区复杂加载下微裂纹扩展区的演化脆性损伤材料的本构关系准脆性材料本构关系的四个阶段及细观损伤机制三维拉伸情况下的软化分析单向拉伸的算例2.2 脆性材料压缩的微裂纹扩展区模型微裂纹的闭合和摩擦滑移闭合微裂纹的自相似扩展及微裂纹扩展区复杂加载条件下微裂纹扩展区的演化及柔度张量的计算微裂纹的弯折扩展单个弯折扩展微裂纹引起的非弹性柔度张量微裂纹弯折扩展的稳定性分析有效柔度张量的计算算例小结2.3 结束语参考文献第3章变形与损伤的局部化理论3.1 损伤演化和损伤局部化的规律细观演化实验与方法非均匀损伤变形场的演化理论3.2 疲劳短裂纹群体损伤及其局部化疲劳短裂纹萌生与发展的演化特征裂纹数密度与恒方程的理论和计算结果短裂纹演化行为的计算机模拟裂纹群体损伤演化特征分析疲劳短裂纹群体演化的损伤矩分析3.3 变形局部化形成与微结构演化低碳钢钛合金Al-Li合金SiCp颗粒增强Al-基复合材料3.4 变形局部化的计算模拟与相变局部化多晶体材料塑性变形局部化的数值模拟相变引起的变形局部化与材料失稳现象研究参考文献第4章面心立方晶体疲劳损伤的取向和晶界效应4.1 双滑移和多滑移取向单晶体的循环形变循环应力应变响应和初始循环硬化循环应力应变曲线的晶体取向效应铜单晶体在循环形变中形成的形变带位错结构特征及其与晶体取向关系4.2 疲劳损伤的晶界效应双晶体的循环形变特征驻留滑移带与晶界的交互作用及晶界领域的位错结构疲劳裂纹沿晶界的萌生铜三晶体的循环形变与疲劳损伤4.3 晶体形变的晶体微观力学和有限元分析晶体潜在硬化的指向行为垂直晶界双晶中的应变和分解切应力铜三晶体主滑移系分解切应力的有限元分析铜复晶体主滑移系分解切应力的有限元分析4.4 结语和进一步的工作参考文献第5章材料与薄膜结构的强韧化力学原理5.1 引言--强韧材料与中国的技术进步强韧材料构成中国技术起飞的骨架材料强韧化的潜力与范例强韧化的新型薄膜结构与高新技术的发展材料强韧化与宏微观断裂力学5.2 材料强韧化的3个层次裂尖场结构宏观层次：断裂的能量消耗细观层次：断裂过程区与断裂路径微观层次：分离前的原子运动混沌5.3 强韧化过程的力学计算宏细观平均化计算层状结构的细观模拟计算强度的统计计算宏细微观三层嵌套模型5.4 典型强韧化机制的力学原理裂尖屏蔽裂尖形貌控制尾区耗能控制裂纹面桥联裂纹扩展路径控制5.5 强韧化薄膜β-C3N4超硬薄膜的制备薄膜的界面强度测试约束薄膜的断裂韧性5.6 结束语参考文献第6章环境断裂6.1 断裂的物理基础断裂和环境断裂位错发射和无位错区微裂纹形核的位错理论韧脆判据6.2 氢致断裂氢在金属中的行为氢促进局部塑性变形氢脆氢致开裂机理6.3 应力腐蚀应力腐蚀基础氢在阳极溶解型应力腐蚀中的作用。
第六章目录6.1 要点扫描 (1)6.1.1 金属的弹性变形 (1)6.1.2 单晶体的塑性变形 (2)6.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化 (8)6.1.4 纯金属的塑性变形与形变强化 (10)6.1.5 合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 (14)6.1.6 冷变形金属的纤维强化和变形织构 (16)6.1.7 冷变形金属的回复与再结晶 (17)6.1.8 热变形、蠕变和超塑性 (20)6.1.9 断裂 (22)6.2 难点释疑 (25)6.2.1 从原子间结合力的角度了解弹性变形。
(25)6.2.2 从分子链结构的角度分析粘弹性。
(25)6.2.3 FCC、BCC和HCP晶体中滑移线的区别。
(25)6.2.4 Schmid定律与取向规则的应用。
(26)6.2.5 孪生时原子的运动特点。
(27)6.2.6 Zn单晶任意的晶向[uvtw]方向在孪生后长度的变化情况 (29)6.3 解题示范 (30)3.4 习题训练 (33)参考答案 (38)第六章 金属与合金的形变6.1 要点扫描6.1.1 金属的弹性变形1. 弹性和粘弹性所谓弹性变形就是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形。
从对材料的力学分析中可以知道，材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，外力过大就会使材料发生断裂。
对于非晶体，甚至某些多晶体，在较小的应力时，可能会出现粘弹性现象。
粘弹性变形即与时间有关，又具有可恢复的弹性变形，即具有弹性和粘性变形两方面的特性。
2. 应力状态金属的弹性变形服从虎克定律，应力与应变呈线性关系：γτεσG E == 其中： yx G E εενν-==+,)1(2 E 、G 分别为杨氏模量和剪切模量，v 为泊松比。
工程上，弹性模量是材料刚度的度量。
在外力相同的情况下，E 越大，材料的刚度越大，发生弹性形变的形变量就越小。
3. 弹性滞后由于应变落后于应力，使得εσ-曲线上的加载线和卸载线不重合而形成一个闭合回路，这种现象称为弹性滞后。
第一章材料的晶态结构17、18、21、23见作业2.晶体为何有各向异性？晶体各向异性源于其微观结构在不同方向上的差异，即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
3.面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵？（不要求）密排六方和面心立方都是最密排结构，其区别在于二者的原子堆垛顺序不同。
面心立方和密排六方结构的最密排面分别为{111}和（001）.这两种晶面上的原子都是紧密排列的。
同层相邻的三个原子(刚球)的中心形成三角形。
三角形的中心是三个球的间隙，上下相邻层的原子就处于这一间隙形成的“低谷”中，上层或下层原子的球心与原来的三个原子的球心形成正四面体。
如果以某层原子球心所处的位置为A位置，与之相邻的层的原子球心所处的位置为B位置，则第三层的原子球心可处于两种不同的位置，即B层原子形成的“低谷”位置有两种：一种与A位置相同，仅高度不同；另一种与A位置完全不同，将其称为C位置。
第三层原子与第一层原子在不同高度上，位置重合或不重合。
如果堆垛顺序为ABCABCABC······，就形成面心立方。
如果堆垛顺序为ABABABAB······，就形成密排六方。
4.比较晶体、非晶体和准晶体在结构上的异同。
同：晶体长程有序，非晶体短程有序。
晶体与准晶体的原子排列都具有旋转对称性。
异：晶体可看成是相同的单胞按同样的规则堆垛形成。
而非晶体是长程无序的，无单胞，也没有原子排列的对称性。
准晶体是不同的单胞或形状相同取向不同的单胞按一定的规则周期性地重复堆垛形成，是介于晶体和非晶体之间的长程有序结构。
5．从晶体和非晶体的X射线衍射特征的区别解释其结构的区别。
晶体的X射线衍射在特定角度出现尖锐的衍射峰，说明其结构长程有序。
工程材料力学性能课后题答案第三版（束德林）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。
脆性：指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。
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。
2、说明下列力学性能指标的意义。
答：（1）E（G）分别为拉伸杨氏模量和切边模量，统称为弹性模量表示产生 100％弹性变所需的应力。
（2）σr 规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。
金属材料中的相变行为引言相变是指物质在温度、压力等外界条件发生变化时，其微观结构和性质发生变化的过程。
金属材料中的相变行为具有重要的工程应用价值，并在材料科学领域引起了广泛关注和深入研究。
本文将从结晶相变、熔化相变和亚稳相变三个方面介绍金属材料中的相变行为。
一、结晶相变结晶相变是金属材料中最常见的相变形式之一。
当金属材料的温度升高或降低到一定程度时，它们的原子会重新排列成不同的结晶形态。
在结晶相变中，金属材料的晶体结构、晶格常数和晶胞体积都会发生改变。
1.1晶格结构变化金属材料的结晶相变通常涉及晶格结构的变化。
例如，铁材料在高温下会从面心立方结构转变为体心立方结构，这种相变会导致材料的性质发生显著变化。
其他金属如铝、铜等也存在类似的结晶相变行为。
1.2相形变和位错运动相变过程中，晶体内部会发生相形变和位错运动。
相形变是晶体内部原子重新排列引起的晶格结构变化，而位错运动则是指晶胞内部的缺陷运动。
相形变和位错运动的发生会导致晶体的塑性变形，从而改变材料的机械性能。
二、熔化相变熔化相变是金属材料中另一种常见的相变形式。
它指的是金属材料在升高温度达到熔点时，从固态变为液态的过程。
由于熔化相变涉及到原子的间距变化和各向异性的消失，因此具有重要的研究价值。
2.1熔点和熔化热金属材料的熔点是指其固态和液态之间的相变温度。
不同金属的熔点差别很大，如铁的熔点约为1535摄氏度，而铅的熔点只有327摄氏度。
与熔点相关的概念是熔化热，指的是单位质量的材料在熔化过程中吸收或释放的热量。
2.2热传导和物质扩散金属材料的熔化相变是热传导和物质扩散的复杂过程。
热传导在相变过程中起着重要的作用，它指的是热量从高温区域向低温区域的传递。
物质的扩散则是原子或分子由高浓度区域向低浓度区域的传播，也是熔化相变中的关键因素。
三、亚稳相变亚稳相变是指金属材料在受到外界激发时出现的短暂相变过程。
与熔化相变不同，亚稳相变不需要达到熔点。
亚稳相变在金属材料的形成过程中起着重要的作用，并且对材料的性能具有显著影响。
一，实验目的1、观察显微镜下滑移绒、变形孪晶与退火孪晶的特征；2、了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化；3、讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述1 显微镜下的滑移线与变形挛晶金属受力超过弹性极限后，在金属中特产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微姐织是由许多滑移带(平行的黑线)所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：各晶粒内滑移带的方向不同(因晶粒方位各不相同)，各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多(即变形量大)，有的晶粒内滑移带少(即变形量小)；在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象(在面心立方晶格情况下很易发现)，即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面(孪晶面或双晶面)为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。
在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。
对体心立方结构的a一F，在常温时变形以滑移方式进行，而e在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形，而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。
