《材料性能学》习题答案.pdf

材料性能学习题答案Chapter1P40-421.3解：（1）根据变形前后体积不变假设：220044dldl，则杆的最终长度22002.5200258.32.2dllmmd；（2）真应力：322000526.4(2.210)4PsMPaA真应变：0258.3ln()ln0.256200lel；（3）工程应力：3202000407.6(2.510)4PMPaA工程应变：0258.32000.292200ll1.5解：（1）求E：根据定义，4710180212000(33.48.4)10EMPa；（2）求极限弹性应变e，12e，其中：1为线弹性应变，即30.01110104.7610212000E，2为非线弹性弹性应变，即320.01%0.00010.110，则：33(4.760.1)104.8610e1.7解：（1）弹性模量E：材料产生100%弹性形变的应力，表征材料抵抗弹性变形的能力；（2）0.01：产生规定非比例应变0.01%所对应的应力，称为非比例伸长应力，通常表征比例极限或弹性极限；（3）屈服点s：拉伸曲线出现屈服时，屈服平台对应的应力，表示宏观屈服开始；（4）抗拉强度b：试样拉断前由最大载荷确定的工程应力。对于塑性很好有颈缩的材料，为颈缩开始时的工程应力；对于脆性材料，为断裂强度；（5）伸长率k：断裂后试样标距长度的相对伸长量的百分数。表征材料塑性变形能力。1.16解：（1）40CrNiMo调质钢：拉伸试验，该钢为中碳合金结构钢，且为调质处理状态，有一定强度和塑性的配合，可由单向拉伸试验的或来表征塑性；（2）20Cr渗碳淬火钢：拉伸、扭转、弯曲，该钢本身为低碳合金钢，有较好的塑性。经渗碳后，表面为高碳处于外硬内韧状态，若需要确定整体塑性，可采用拉伸试验的或来表征；若需要确定表面渗碳质量，可采用硬度试验，扭转试验或四点弯曲试验来确定表层缺陷；（3）W18Cr4V淬火回火钢：弯曲、压缩，该钢属于高碳工具钢高强高硬，但塑性韧性较差，可由三点弯曲试验的挠度或压缩试验的相对压缩量来表征塑性；（4）灰铸铁：压缩，为脆性材料，一般由三点弯曲试验或压缩试验来显示一定的塑性1.19解：（1）渗碳层的硬度分布：用显微硬度；（因为渗碳层较硬且厚度较小）（2）淬火钢：用洛氏硬度（HRC）；（3）灰铸铁：洛氏硬度或布氏硬度（HRA或HRC：金刚石压头；HBW：硬质合金压头）；（4）仪表小黄铜齿轮：布氏硬度（HBS淬火钢球压头）；（5）氮化层：维氏硬度或显微硬度（HV）（6）高速钢刀具：洛氏硬度（HRC）；（7）硬质合金：维氏硬度、洛氏硬度（HV或HRA）；（8）双相钢中的铁素体和马氏体：显微硬度，努氏硬度（显微硬度或HK）；（9）退火软钢：布氏硬度（HBS）；（10）红宝石：莫氏硬度Chapter2P92-932.5解：（1）理想弹性：（2）粘弹性：2.10解：（1）根据分切应力的概念，m，其中coscosm，为滑移面法线与拉伸轴的夹角；为滑移方向与拉伸轴的夹角。则m越大在相同的条件下，也越大，越容易滑移。在本题中，28.1，在此滑移面上的三个滑移方向分别为：123=62.4=72.0=81.1；，则：123cos28.1cos62.40.409cos28.1cos72.00.273cos28.1cos81.10.136mmm显然，123mmm，即1m滑移系最先滑移；（2）根据临界分切应力概念，csm，则有0.4091.950.80acMP2.15解：（1）Al为fcc结构，单晶体有三阶段：易滑移。线性硬化、抛物线硬化；（2）Mg为hcp结构，只有三个基面滑移系，曲线上只有易滑移阶段；（3）工业纯铁：有明显的屈服现象，随后是应变硬化和颈缩。模量和强度比Al、Mg高，但塑性略差于Al；（4）T8钢为高碳钢，无屈服，与工业纯铁相比，b高，但%低；（5）过共晶白口铸铁，非常脆，几乎无宏观塑性，为低应力脆断，b不高。2.19解：根据Hall-Petch公式，12sikd，已知1d和2d时的1s和2s则分别代入上式联立求解2和k，即：122135=+k(510)i132260+k(810)i解得12i51.72=18.63akMPmm；，则在=205s时，有12=+20551.7218.63d，即2218.63()1.481020551.72dmmChapter3P141-1423.10解：（1）冲击功与温度关系曲线如下：（2）以-20为低阶能终点，以-40为高阶能起点。以低阶能和高阶能平均值对应的温度Tc，则：()57540102cTkcAJT由曲线查得；（3）由曲线可知，该钢在-10的9kAJ，不满足10kAJ的要求，故此钢不适于此应用。3.14解：（1）根据题意，求出工作状态下裂纹尖端应力场强度因子KI值：322800(2.510)80aIKaMPamMPm与题中所给不同状态的KIC比较，仅有热处理状态和满足KIKIC（即不脆断）；（2）再根据经典强度设计条件来选取0.2的状态，根据许用应力条件=0.21.4，求出五种状态下的许用应力为：785.7；857.1；928.6；1000；1071.4可见除状态以外的其他状态，均能满足经典强度设计要求，综合两种设计准则，只有热处理状态同时满足。3.16解：根据题意，可将裂纹简化为无限大平板穿透裂纹，则有：IKa，则ICcKa即351.46704.33.43.14(10)2cMPa，现在计算临界压力Pc，根据材料力学公式，得c182=2704.366.7380tPPMPaD，得。Chapter4P182-1834.3解：（1）持久值线的方程可近似写为：lg=lglgbaaaNabN或根据已知条件，有：61lg420lglg4lg210lglgabab（）（10）联立解得，6lg420lg2100.0451lg()lg(10)4b将此结果代入式可解得：1lglg4200.045lg()2.593391.74aa，即则持久值线的具体方程为0.045391.7aN；（2）计算在315aMPaN时的寿命，则有：-0.045315=391.7N，得到=126N（次）；（3）假设在315MPa下循环100次后，再在280MPa下循环，则根据Miner线性损伤累积法则：1212n1nNN，而在280MPa下的寿命N2可如下计算：0.0452280391.7N，求得21738N（次），则前式有2100+11261738n，求得2359n（次）。4.4解：（1）根据题意，应满足-1242Pad，即124dPa，查图知-1315MPa，则6242200013.343.1431510dmm；（2）计算得到的循环应力幅度aa26447500149.33.1431510PaMPad，则由S-N曲线后算该铜的疲劳寿命约为105次；（3）由S-N曲线粗略后算，2014-T6合金的条件疲劳极限约为160MPa，则由题意，232613.14(120510)(16010)1962544adP（N）4.7解：（1）求该容器的疲劳寿命（剩余寿命），根据Paris公式有：()ndaCKdN，已知，-10=210=3a112.521100cCnmmammMPa，则有：nn=()()caadadadNNCKCK，假设为无限大板中心穿透裂纹的情况，则：Ka，代入前式有：221()ccaannnnaadadaNCaCa代入已知条件：333331032223333333111121.11101.11102101003.1422112111.11101.11101.11102110112.51026.92.987101.111021ccccaaaaaaacadadaNaaaaaaChapter5P234-2355.1解：稳态蠕变速率与温度的关系为：exp()BAT，lnlnBAT则在800（1073K）时：4ln7.310ln1073BA；在950（1223K）时：3ln1.2910ln1233BA；即7.22ln10736.65ln1233BABA；两式相减得：7.226.6510731233BB，解得：5027.4B，则5027.4ln7.227.222.5310731073BA，则在750（即1023K）时有：5027.4ln2.537.441023，则：45.8710s，则在750时的工作寿命04()0.0117()5.8710lltts，即5.9解：首先计算在工作应力下所允许的临界裂纹尺寸ca，根据1.12aIK，有221120()()40.61.123.141.1250ICcKamm，在扩展第二阶段有：500-440.6-5=1.7810()49.4()210ccaaaadatshdttdadt，则Chapter6P268-2696.1.解：由公式：QcmT，得：=9002-=8402-=21002-QQQ铝纳钙聚乙烯（10020）=144000J，（10020）=134400J，（10020）=336000J；6.2解：（1）聚合物主要是由C、H等轻元素原子构成的。与其他材料相比，在相同质量下，聚合物中的原子数目要远远高于金属和陶瓷等材料，故单位质量的热容（即比热）要远高于其他材料；（2）以聚乙烯和铝相比：聚乙烯比热容为2100JKgK，密度约为3950Kgm，则体积比热容约为31995KJmK；铝的比热容为900JKgK，密度为32700Kgm，则体积比热容约为32430KJmK；铁的比热容为448JKgK，密度为37800Kgm，则体积比热容约为33494.4KJmK；由此可见，以单位体积热容进行比较，聚合物要低于金属等其他材料。6.6解：根据热容公式：QcmT，则=QTcm（1），由电化学原理知：2(2)QIRt，而LSR=（3）有：2LQItS（4），将（4）式代入（1）式有：2(5)ItLcmST=根据题意，已知442122-8(20)()33-4-12-163102=10()2.610=900=2.7=210=210AlAlddIAtmV，（）；（s）；L100m=10（m）；S=2(m)=2；（m）；C（JKgK）；m=，（gcm）2700（Kgm），则VLS=10（m），则-16132105.410()Kgm=2700，将所有数据代入（5）式得：-42-8-4-13-12(10)22.6101053.59005.410210T=（或K）6.7解：假设为线性膨胀，则在251000区间，TE为常数，根据定义有：01=LLT，由题意：01122.00025=2.002=1000mTCLmTCL则-62.002-2.0001