材料力学性能复习资料

一、主要知识点

1. 拉伸断口的形貌特征。宏观断口呈杯锥状，包含纤维区、放射区和剪切唇三个区域。

2. 应力状态软性系数。单向压缩下为2。

3. 韧度作为衡量材料韧性的指标，反映材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

4. 形变强化（加工硬化、应变强化）现象在均匀塑性变形阶段出现。

5. 脆性材料抗压强度远高于抗拉强度，韧性低、塑性低，硬度和刚度相对较高。

6. 提高疲劳寿命的措施包括选用抗疲劳材料、采用锻打制造毛胚、热处理提高疲劳强度、消除应力集中点。

7. 增大加载速度可使韧性材料变为脆性材料。

8. 塑性判断依据为延伸率和断面收缩率。

9. 扭转试验特点包括应力状态软性系数增加、试样塑性变形均匀、明确断裂方式、显示金属表面缺陷敏感性和研究初始塑性变形。

10. 蠕变现象表现为缓慢产生塑性变形。

11. 金属材料的塑性变形方式有滑移和孪生。

12. 韧度状态包括静力韧度、断裂韧度、冲击韧度。

13. 断口特征由纤维区、放射区和剪切唇组成。

14. 静载荷作用下失效形式为塑性变形和断裂。

15. 硬度实验方法主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。

16. 脆性断裂极易引发安全事故。

17. 变动应力分为规则周期变动应力和无规则随机变动应力。

18. 疲劳失效过程包括裂纹产生、裂纹扩展和瞬时断裂。

19. 脆性材料的冲蚀磨损特征为裂纹形成和快速扩展。

20. 金属蠕变变形机理包括位错滑移、扩散和晶界滑动。

二、名词解释

1. 加工硬化：金属材料在冷变形过程中强度、硬度提高，但塑性、韧性下降。

2. 解离断裂：正应力作用下在晶面（解理面）上的穿晶断裂。

3. 应力状态软性系数：材料最大切应力与最大正应力的比值。

4. 缺口敏感度：缺口试样抗拉强度与标准试样的比值，表征材料缺口敏感性。

5. 应力强度因子：描述裂纹尖端弹性应力场强度。

6. 冲击吸收功：金属在冲击载荷作用下断裂时吸收的功，单位为焦耳。

7. 疲劳极限：材料在无限次交变载荷作用下不产生破坏的最大应力。

8. 应力腐蚀：金属在腐蚀介质和拉应力共同作用下产生的破坏形式。

9. 蠕变：材料在恒定拉伸力作用下随时间逐渐变形的现象。

10. 磨损：物体表面在相对运动中材料损失的现象。

11. 缺口效应：缺口根部附近区域的塑性变形。

12. 冲击韧度：材料抵抗冲击载荷的能力，通常用冲击吸收功表示。

13. 低温脆性：材料冲击吸收功随温度降低而降低，导致由韧性变为脆性。

14. 低应力脆断：在低于屈服点应力下的突然断裂。

15. 疲劳源：疲劳裂纹的萌生点，常与表面缺陷相关联。

16. 氢致延滞断裂：氢作用下产生的延滞断裂现象。

17. 接触疲劳：摩擦材料受重复作用的法向和切向载荷产生的疲劳。

三、简答题

1. 弹性模量取决于金属键的本性和原子间的结合力，对结构不敏感。

2. 单向拉伸具有简单性，应力状态较硬；单向压缩可产生塑性变形，适用于脆性材料的观察。

3. 宏观上，低温脆性表现为冲击吸收功随温度降低而下降，微观上与位错运动阻力增加有关。

4. 裂纹扩展的K判据通过比较应力场强度因子KI和断裂韧度KIC来预测裂纹失稳扩展。

5. 金属疲劳断裂特征包括低应力循环延时断裂、脆性断裂和对缺陷敏感。

6. 外因包括板厚、温度、应变速率；内因涉及化学成分、晶粒尺寸、相结构、夹杂和第二相等。

7. 三点弯曲和四点弯曲的加载示意图包含力点位置和测力点，抗拉强度可通过公式推导。

8. 疲劳裂纹由微观裂纹形成、长大和连接而成，阻止方法包括细晶强化、固溶强化等。

9. 蠕变过程分为减速、恒速和加速三个阶段。

10. 不对称循环疲劳强度、耐久强度、疲劳裂纹扩展门槛值、接触疲劳强度属于交变载荷力学性能。

11. 磨损分为磨合、稳定和剧烈三个阶段。

12. 空间飞行器材料应保证结构刚度和轻质，弹性模数指标衡量其弹性性能。

13. 冲剪力的计算需考虑抗剪切性能指标。

14. 拉伸试验力与伸长量关系曲线可用于确定强度和塑性。

15. 金刚石圆锥压头用于确定洛氏硬度。

16. 金属弹性变形本质为晶格在外力作用下的弹性畸变。

17. 缩颈是应变硬化和截面减小的共同结果。

18. 温度、应变速率和应力状态影响屈服强度。

19. 机件的失效形式包括磨损、腐蚀和断裂。

20. 断裂前塑性变形分为均匀和集中两个阶段。

21. 裂纹扩展基本形式包括张开、划开和撕开。

22. 疲劳裂纹通常从应力集中、材料缺陷或两者结合处开始。

23. 防止氢脆的措施包括环境控制、工艺优化和材质选择。

24. 典型疲劳断口特征包括疲劳源、裂纹扩展区和最终断裂区。

25. 常用塑性指标为断后伸长率和断面收缩率。

26. 磨损试验包括实物和实验室方法。

27. 缺口冲击韧性实验可用于评估某些低温脆性转变的材料，不适合评估总是脆性的材料。

28. 疲劳断口特点包括疲劳源、贝壳状或海滩状条纹、疲劳裂纹扩展区和最终断裂区。

29. 弯曲试验与拉伸试验相比，操作简单、反射表面缺陷灵敏。

30. 冲击弯曲试验主要用于质量控制和韧脆转变温度测定。

31. 金属疲劳断裂特征为低应力循环延时断裂、脆性断裂和对缺陷敏感。

32. 提高抗黏着磨损能力的措施包括优化材料配对、热处理、改善润滑条件。

33. 金属高温力学性能行为包括蠕变现象、强度随时间变化、沿晶断裂和应力松弛。

34. 洛氏硬度实验方法简便、损伤小，测量范围广，但结果有局限性。

四、计算题

1. 直径10mm、标距长50mm的拉伸试样，拉力30KN时，标距伸长53mm，最终恢复原状。

（1）计算材料弹性模量和试样工程应力及真应力。

（2）在36KN和64KN拉力下，开始和断裂时的屈服极限、抗拉强度（断裂极限）、断后伸长率、断面收缩率。