材料力學(xué)性能復(fù)習(xí)大綱

材料力學(xué)性能復(fù)習(xí)大綱名詞解釋10個(gè)×3分=30分單項(xiàng)選擇12個(gè)×2分=24分簡答題5個(gè)×6分=30分論述題1個(gè)×16分=16分————————————————————————————————————————————————第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能根本概念工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線：將拉伸力-伸長曲線的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試樣的原始截面積A0和原始標(biāo)距長度L0去除，那么得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線。因均以一常數(shù)相除，故曲線形狀不變，這樣的曲線稱為工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線：用拉伸過程中每一瞬間的真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變繪制曲線，那么得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。比例極限：保證材料的彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力。彈性極限：材料由彈性變形過渡到彈塑性變形時(shí)的應(yīng)力，是表征開始塑性變形的抗力。彈性比功：表示材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，又稱彈性比能、應(yīng)變比能。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈服現(xiàn)象：拉伸試驗(yàn)中，材料由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃螤顟B(tài)的現(xiàn)象。應(yīng)變硬化指數(shù)：應(yīng)變硬化指數(shù)反映金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力，是表征金屬應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)。強(qiáng)度、塑性、韌度滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并隨時(shí)間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象，稱為滯彈性〔彈性后效〕。內(nèi)耗：加載時(shí)消耗的變形功大于卸載時(shí)釋放的變形功，這局部被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變。卸載后，假設(shè)再同向加載，那么規(guī)定剩余伸長應(yīng)力增加；假設(shè)反向加載，那么規(guī)定剩余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。韌性斷裂：金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。脆性斷裂：材料斷裂前根本上不發(fā)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂。穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂也可以是脆性斷裂。沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，大局部是脆性斷裂。解理斷裂：解理斷裂是金屬材料在一定條件下〔如低溫〕，當(dāng)外加正應(yīng)力到達(dá)一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂。河流把戲：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互集合，同號(hào)臺(tái)階相互集合長大，異號(hào)臺(tái)階集合消毀，當(dāng)集合臺(tái)階高度足夠大時(shí)，便成為在電鏡下可以觀察到的河流把戲。是解理臺(tái)階的一種標(biāo)志。知識(shí)點(diǎn)拉伸曲線的四個(gè)階段①Oe段，彈性變形階段②eC段，不均勻屈服塑性變形階段③CB段，均勻塑性變形階段④Bk段，不均勻塑性變形階段〔集中塑性變形階段〕，試樣產(chǎn)生頸縮脆性材料與塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的區(qū)別脆性材料在拉伸斷裂前不產(chǎn)生塑性變形，只發(fā)生彈性變形；塑性材料在拉伸斷裂前會(huì)發(fā)生不可逆塑性變形。高塑性材料在拉伸斷裂前不僅產(chǎn)生均勻的伸長，而且發(fā)生縮頸現(xiàn)象，且塑性變形量大；低塑性材料在拉伸斷裂前只發(fā)生均勻伸長，不發(fā)生縮頸，且塑性變形量較小。多晶體塑性變形的特點(diǎn)①各晶粒變形的不同時(shí)性；②各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性；③晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界附近區(qū)域之間變形的不均勻性。影響金屬屈服強(qiáng)度的因素內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相。外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。拉伸斷口三個(gè)區(qū)域的示意圖，三個(gè)區(qū)域的特征及其形態(tài)、大小和相對位置的影響因素拉伸斷口由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)區(qū)域組成，即所謂斷口特征三要素。纖維區(qū)：位于斷口的中央，呈粗糙的纖維狀，暗灰色。纖維狀是塑性變形中裂紋不斷擴(kuò)展和相互連接造成的，該區(qū)為裂紋起源區(qū)，裂紋擴(kuò)展速度很慢。纖維區(qū)垂直于拉伸應(yīng)力方向，微觀特征為韌窩。放射區(qū)：斷口呈放射狀。放射線平行于裂紋擴(kuò)展方向，而垂直于裂紋前端的輪廓線，并逆指向裂紋源。塑性變形量越大，放射線越粗，極脆材料無放射線。溫度降低或材料強(qiáng)度增加，塑性降低，放射線變細(xì)甚至消失。剪切唇：在最后斷裂階段由縮頸形成，外表光滑，與拉伸軸線呈45°，是典型的切斷型斷裂。微孔聚集型斷裂的斷裂機(jī)理及其微觀斷口特征斷裂機(jī)理：微孔成核、長大、聚合，直至斷裂。微孔通過第二相質(zhì)點(diǎn)本身破裂或第二相與基體界面脫離而成核；滑移面上的位錯(cuò)向微孔運(yùn)動(dòng)，使其長大；應(yīng)力集中處，裂紋向前推進(jìn)一定長度，導(dǎo)致鄰近的微孔相互連接，或者使位錯(cuò)不斷進(jìn)入微孔。微觀斷口特征：大量大小不等的圓形或橢圓形韌窩。〔一般第二相密度增大，韌窩減??；塑性好，韌窩較深。微孔聚集斷裂一定有韌窩存在，但在微觀上出現(xiàn)韌窩，其宏觀上不一定就是韌性斷裂?！巢牧侠碚摂嗔褟?qiáng)度與實(shí)際斷裂強(qiáng)度的差異原因?qū)嶋H材料中存在裂紋等缺陷，當(dāng)平均應(yīng)力還很低時(shí)，局部應(yīng)力集中已到達(dá)很高數(shù)值，從而使裂紋快速擴(kuò)展并導(dǎo)致脆性斷裂。第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能根本概念應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：材料或工件所承受的最大切應(yīng)力τmax和最大正應(yīng)力σmax比值。應(yīng)力集中系數(shù)：表示缺口引起的應(yīng)力集中程度，用Kt表示。缺口敏感度NSR：缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbn的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σb的比值。硬度：表征金屬材料軟硬程度的一種性能。布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度。維氏硬度：以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。知識(shí)點(diǎn)缺口的三個(gè)效應(yīng)①缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，這是缺口的第一個(gè)效應(yīng)。②缺口改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由原來的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶欤@是缺口的第二個(gè)效應(yīng)。③缺口使塑性材料強(qiáng)度增高，塑性降低，這是缺口的第三個(gè)效應(yīng)。第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能根本概念沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。低溫脆性：體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：產(chǎn)生低溫脆性時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度tk，也稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。知識(shí)點(diǎn)低溫脆性的宏觀和微觀物理本質(zhì)宏觀上，對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強(qiáng)度隨溫度的降低變化不大。當(dāng)溫度降低到某一溫度，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在這個(gè)溫度以下材料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。微觀上，低溫脆性與位錯(cuò)在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)。當(dāng)溫度降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強(qiáng)度增加。金屬的斷裂韌度根本概念張開型〔I型〕裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋?；_型〔II型〕裂紋：切應(yīng)力平行作用于裂紋面，且與裂紋垂直，裂紋沿裂紋面平行滑開擴(kuò)展的裂紋。應(yīng)力場強(qiáng)度因子：在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子有關(guān)，對于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由KⅠ確定，KⅠ越大，那么應(yīng)力場各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣KⅠ就可以表示應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，稱KⅠ為應(yīng)力場強(qiáng)度因子。“I”表示I型裂紋。斷裂韌度：當(dāng)KⅠ增大到達(dá)臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力到達(dá)了材料的斷裂強(qiáng)度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂，這個(gè)臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KⅠ值記作KⅠC，稱為斷裂韌度。知識(shí)點(diǎn)K判據(jù)〔主判據(jù)、子判據(jù)〕意義及用途K判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。G判據(jù)〔主判據(jù)、子判據(jù)〕GⅠ≥GⅠC，當(dāng)GⅠ滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可防止的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計(jì)上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最大工作應(yīng)力，或者當(dāng)機(jī)件的工作應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。金屬的疲勞根本概念交變載荷：指載荷大小、方向或者大小和方向均隨時(shí)間而變化的載荷。疲勞：材料在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。疲勞壽命：疲勞失效時(shí)材料所經(jīng)受的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)次數(shù)。疲勞極限：當(dāng)σmax低于某值σr時(shí)，有N→∞，那么稱σr為疲勞極限過載損傷：金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定局次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小。疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值：疲勞裂紋不擴(kuò)展的△K臨界值，表示材料阻止裂紋開始疲勞擴(kuò)展的性能，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的能力就越大。疲勞條帶：具有略彎曲并相互平行的溝槽把戲，是疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征。駐留滑移帶：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的循環(huán)滑移帶除去，即使能除去，當(dāng)對試樣重新循環(huán)加載時(shí)，那么循環(huán)滑移帶又會(huì)在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。知識(shí)點(diǎn)疲勞斷裂的特點(diǎn)①低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂；②脆性斷裂，無明顯的塑性變形；③對缺陷〔缺口、裂紋及組織缺陷〕十分敏感；④疲勞斷裂也是裂紋萌生和擴(kuò)展過程。典型疲勞斷口三個(gè)形貌不同的區(qū)域疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的三個(gè)區(qū)域I區(qū)：疲勞裂紋初始擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展速率隨著△K的降低而迅速降低，以至da/dN→0。II區(qū)：中部區(qū)或穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展區(qū)，疲勞裂紋擴(kuò)展的主要階段，da/dN較大，裂紋擴(kuò)展速率在圖中呈一直線。III區(qū)：裂紋快速擴(kuò)展區(qū)，疲勞裂紋擴(kuò)展最后階段，da/dN很大，并隨著△K的增大而迅速升高。σ-1和△Kth的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：都表征材料無限壽命疲勞性能。不同點(diǎn)：σ-1代表的是光滑試樣的無限壽命疲勞強(qiáng)度，適用于傳統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核；△Kth代表的是裂紋試樣的無限壽命疲勞性能，適于裂紋件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核。疲勞貝紋線與疲勞條帶的區(qū)別①疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特征，貝紋線是斷口的宏觀特征。②在相鄰貝紋線間可能有成千上萬條疲勞條帶。③二者既可同時(shí)在斷口上出現(xiàn)，也可在斷口上不同時(shí)出現(xiàn)。剩余應(yīng)力及外表強(qiáng)化對材料疲勞壽命的影響外表剩余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度，剩余拉應(yīng)力那么降低疲勞強(qiáng)度；外表強(qiáng)化處理可在機(jī)件外表產(chǎn)生有利的剩余壓應(yīng)力，同時(shí)還能提高機(jī)件外表的強(qiáng)度和硬度金屬磨損和接觸疲勞根本概念磨損：機(jī)件外表相互接觸并產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，外表逐漸有微小顆粒別離出來形成磨屑，使外表材料逐漸損失、造成外表損傷的現(xiàn)象。耐磨性：材料抵抗磨損的性能，通常用磨損量來表示，磨損量越小，耐磨性越高。接觸疲勞：兩機(jī)件接觸而作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長期作用下，材料外表因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而使物質(zhì)損失的現(xiàn)象。知識(shí)點(diǎn)磨損的三個(gè)階段跑合階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段粘著磨損、氧化磨損、微動(dòng)磨損的磨損機(jī)理粘著磨損：實(shí)際接觸點(diǎn)局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。粘著點(diǎn)從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬外表，隨后脫落形成磨屑。舊的粘著點(diǎn)剪斷后，新的粘著點(diǎn)產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形成磨損過程。氧化磨損：任何存在于大氣中的機(jī)件外表總會(huì)有一層氧的吸附層，當(dāng)摩擦副作運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于外表凹凸不平，在凸起部位單位壓力很大，導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。塑性變形加劇了氧向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，從而形成氧化膜。形成的氧化膜強(qiáng)度低，在摩擦副的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下，氧化膜逐漸被剝落，裸露出新的外表從而又發(fā)生氧化，隨后再被磨去。如此過程反復(fù)進(jìn)行，機(jī)件外表被磨損，這就是氧化磨損過程。微動(dòng)磨損：第一階段：產(chǎn)生凸起塑性變形，形成外表裂紋和擴(kuò)展，或去除外表污物形成粘著和粘著點(diǎn)斷裂。第二階段：通過疲勞破壞或粘著點(diǎn)斷裂形成磨屑，磨屑形成后隨即氧化。第三階段：磨粒磨損階段，磨粒磨損又反過來加速第一階段。如此循環(huán)不已那么構(gòu)成了微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損是一種復(fù)合磨損，兼有粘著磨損、氧化磨損和磨粒磨損的作用3、接觸疲勞的三種類型①麻點(diǎn)剝落；②淺層剝落；③深層剝落金屬高溫力學(xué)性能根本概念等強(qiáng)溫度：晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。蠕變：在長時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。蠕變斷裂：由于蠕變而最后導(dǎo)致金屬材料的斷裂成為蠕變斷裂。應(yīng)力松弛：在規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料中的應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象。蠕變極限：金屬材料在高溫長時(shí)間載荷作用下的塑性變形抗力指標(biāo)。持久強(qiáng)度極限：在高溫長時(shí)載荷作用下的斷裂強(qiáng)度---持久強(qiáng)度極限。剩余應(yīng)力：在應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)中，任一時(shí)間試樣上所保持的應(yīng)力稱為剩余應(yīng)力。知識(shí)點(diǎn)典型蠕變曲線的三個(gè)階段第一階段AB：減速蠕變階段，產(chǎn)生加工硬化；第二階段BC：恒速蠕變階段，回復(fù)、再結(jié)晶的軟化作用與加工硬化相抵消。第三階段CD：加速蠕變階段，蠕變速率逐漸增大，至D點(diǎn)蠕變斷裂。蠕變變形的強(qiáng)化與軟化機(jī)理蠕變過程中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積，滑移便不能繼續(xù)進(jìn)行，只有