材料性能学王从曾答案

1、材料性能学王从曾答案【篇一：材料性能学】002362、课程名称（中、英文）材料性能学an introduction to materials properties3、授课对象材料科学与技术试验班、材料物理专业本科生4、学分3 学分， 54 学时5、修读期第六学期或第七学期6、课程组负责人（姓名、所在学院、职称、学位）潘春旭，物理科学与技术学院，教授，博士7、课程简介该课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强。主要讲授材料各种性能的基本概念、物理 (化学)本质、影响材料性能的因素及性能指标的测试原理与工程应用等。主要内容包括：）材料的力学性能：材料在静载条件下的力学性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳性能

2、、磨损性能，以及高温力学性能等；）材料的物理性能：材料的热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、压电及铁电性能等。8、实践环节学时与内容或辅助学习活动实验课 4 学时 “断口形貌的电镜观察 ”；看专题录像 2 学时；课堂讨论课 6 学时，要求学生就材料的光学效应、材料的疲劳性能、材料的磨损性能、材料的高温力学性能、材料的腐蚀效应，等内容，写出课堂论文，并做成 ppt 文件在班上演讲。9、成绩考评期末考试笔试： 50% ；平时成绩 15；撰写小论文： 3510、指定教材材料性能学王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社，2001 年。11、参考书目材料物理性能田莳编著，北京航空航天大学出版社，

3、 2001 年。工程材料力学性能刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业大学出版社， 2001 年。【篇二：材料性能学复习总结 (王从曾版 )l 力学部分】=txt 第一章1. 熟悉力 拉伸曲线和应力 应变曲线的测试方法。 (书本 p1) 常用的拉伸试件 :为了比较不同尺寸试样所测得的延性 ,要求试样的几何相似， l0a01/2 要为一常数其中 a0 为试件的初始横截面积。光滑圆柱试件 :试件的标距长度 l0 比直径 d0 要大得多；通常，l0=5d0 或 l0=10d0板状试件 :试件的标距长度 l0 应满足下列关系式： l0=5.65a01/2 或11.3a0 1/2 。a.拉伸加载速率较低

4、,俗称静拉伸试验。 严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。 2. 掌握弹性变形的实质（书本第三页）构成材料的原子或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。3. 掌握弹性变形的性能指标 e = 2 (1+n )ge： 正弹性模量（杨氏摸量）n：柏松比g：切弹性模量物理意义：产生 100弹性变形所需的应力。工程意义：工程上把弹性模量 e、g 称做材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。4. 熟悉弹性比功、弹性极限、比例极限的物理意义和工程意义弹性比功 we ：材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功，又称弹性比能或应变比

5、能。比例极限 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，其表达式为 弹性极限 是材料由弹性变形过渡到弹 -塑性变形时的应力，其表达式为sp 、s e 的工程意义：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，应以比例极限作为选择材料的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。5. 熟悉影响弹性模量的主要因素l 键合方式和原子结构共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数；对于金属元素： e =k / r mk ， m1 特征常数， r 原子半径， r 增加， e 减小l 晶体结构单晶体材料：各向异性，最密晶向上 e 较大，反之则小。多晶体材料：各晶粒

6、的统计平均值，表现为各向同性，但称为伪各向同性。介于单晶体最大值与最小值之间。非晶态材料：各向同性。l 微观组织对金属材料来说 e 是一个组织不敏感的力学性能指标，而对高分子和陶瓷 e 对结构和组织敏感。l 温度 t t 原子结合力下降， e。l 加载条件 金属、陶瓷 e 影响不大，对高分子 e 有影响。6. 掌握几种非理想弹性行为的定义、物理意义以及工程上的利弊。l 滞弹性：材料在快速加载或则卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变得性能。l 粘弹性 定义：材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在的力学行为。表现为应变对应力的响应（或反之）不是瞬时完成，而需要通过一个馳豫过程，但卸载

7、后应变逐渐恢复，不留残余变形。表现形式：应力松驰：恒定温度和形变作用下，材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。蠕变：恒定应力作用下，试样应变随时间变化的现象。高分子材料当外力去除后，这部分蠕变可缓慢恢复。l 伪弹性 定义：在一定温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将由应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅度弹性变形的现象。伪弹性变形量 60% 左右。工程应用：形状记忆合金7. 掌握塑性变形的机理。（书本 15 页）结晶态高分子材料 :塑变机制：塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料：塑变机制：在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局

8、部转变为排列的纤维束。8. 掌握塑性变形指标（屈服强度，延伸率，伸长率）的测定方法。l 断后延伸率 材料的延伸率与试样的尺寸有关。9. 了解影响屈服强度的主要因素屈服变形是位错增殖和运动的结果 ,凡影响位错运动的内外因都影响屈服强度。内因 :结合键 组织 结构 原子本性 . 外因:温度 应变速率应力状态10.了解断裂的基本概念、断裂的基本方式材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段。微孔形核长大和聚合是韧性断裂的主要过程 . 断裂过程中塑性变形起主导作用的断裂形式，断裂机制为剪切断裂。包括切离和微孔聚型断裂。杯锥状断口 - 韧性材料断裂特征 。三区：中心纤维区 放射区剪切唇 纤维区、放射

9、区、剪切唇是韧性材料断口三要素 , 各区大小取决于材料韧性程度、应力条件、温度、加载速度、试样大小 ;在其它条件一 定时,韧性高 , 纤维区大 ;温度低、加载速度大、试样尺寸大 ,放射区大 ,脆性大. 常见脆性断裂机制 : 解理(准解理 )断裂、沿晶断裂 . 宏观断口 :光亮、结晶状.解理和晶间断裂有时也有塑性变形 ,所以解理和沿晶断裂未必是脆性断裂（判断）。 从力学上分，断裂分为正断、切断、混合断口 ;从工程上来说，分为脆断和韧断。但是正断不一定是脆断，也有明显的塑性变形。切断是韧断，但是反之却不一定成立。（判断）11.掌握断裂的机理（书本 28 页）ttg 脆性断裂； ttg 韧性断裂非晶

10、态聚合物断裂过程：银纹的形成、银纹质的断裂、微裂纹的形成、裂纹扩展、断裂。晶态及半晶态高分子材料，断裂过程取决于应力与分子链的相对取向。12.了解内耗的基本概念内耗：材料由于弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收，就是内耗 .加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线 - 弹性滞后环优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来。缺点：精密仪器不希望有滞后现象。第二章1. 掌握应力状态软化系数的概念应力状态软性系数：最大切应力与最大正应力的比值。（书本 38 页）2. 熟悉应力状态软性系数在试验设计中的应用（书本 38 页）3. 熟

11、悉扭转、弯曲与压缩试验的测试方法 l 扭转试验采用圆柱形 (实心或空心 )试件, 在扭转试验机上进行。标距为 100mm ；有时也采用标距为 50mm 的短试件。 l 弯曲试验：通常用弯曲试件的最大挠度 fmax 表征材料的变形性能。试验时，在试件跨距的中心测定挠度，绘成 p-fmax 关系曲线，称为 弯曲图。【篇三：材料性能学教学大纲】xt 一、课程基本信息课程编码：课程类别：必修课适用专业：材料化学总 学 时：48学 分：3课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理

12、性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。授课教材：材料物理性能，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社， 2006 ，10。2、参考书目 :1.材料性能学，北京工业大学出版社，王从曾， 2007. 12.材料的物理性能，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等， 2009.1二、课程教育目标通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位

13、；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。三、教学内容与要求第一章：材料的力学性能重点与难点：重点：应力、应变、弹性变形行为、 griffith 微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。教学时数： 10 学时教学内容：1.1 应力及应变：应力、应变；1.2 弹性形变： hooke 定律；弹性

14、模量的影响因素、无机材料的弹性模量、复相的弹性模量、弹性形变的机理；1.3 材料的塑性形变：晶体滑移、塑性形变的位错运动理论；1.4 滞弹性和内耗：粘弹性和滞弹性、应变松弛和应力松弛、松弛时间、无弛豫模量与弛豫模量、模量亏损、材料的内耗；1.5 材料的高温蠕变：蠕变曲线、蠕变机理、影响蠕变的因素； 1.6 材料的断裂强度：理论断裂强度、 inglis 理论、 griffith 微裂纹理论、 orowan 理论；1.7 材料的断裂韧性：裂纹扩展方式、裂纹尖端应力场分析、几何形状因子、断裂韧性、裂纹扩展的动力与阻力；1.8 裂纹的起源与扩展：裂纹的起源、裂纹的快速扩展、影响裂纹扩展的因素、材料的疲

15、劳、应力腐蚀理论、 高温下裂纹尖端的应力空腔作用、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命、蠕变断裂；1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响：晶粒尺寸、气孔的影响；1.11 提高材料强度及改善脆性的途径：金属材料的强化、陶瓷材料的强化；1.12 复合材料：复合材料的分类、连续纤维单向强化复合材料的强度、短纤维单向强化复合材料；1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的测量。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。教学要求：掌握材料的弹性变形、塑性变形、高温蠕变及其它力学性能的理论描述、产生的原因、影响因素。掌握断裂的现象和产生、断裂力学的原理出发，通过理论结合强

16、度、应力场的分析，断裂的判据，应力场强度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断裂、沿晶断裂、静态疲劳的概念，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。了解断裂的现象，弄清产生断裂的原理（断裂理论），通过应力场的分析。要求掌握断裂的判据，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。第二章：材料的热学性能重点与难点：重点：材料的热膨胀，材料的热稳定性。难点：材料的热传导，材料的热稳定性。教学时数： 6 学时教学内容：2.1 热学性能的物理基础；2.2 材料的热容：晶体固体热容的经验定律和经典理论，晶体固体热容的量子理论回顾，无机材料的热容；2.3 材料的热膨胀：热膨胀系数、热膨

17、胀机理、热膨胀和其他性能的关系、多晶体和复合材料的热膨胀；2.4 材料的热传导：固体材料热传导的宏观规律，固体材料热传导的微观机理、影响热传导的因素、某些无机材料的热传导；2.5 材料的热稳定性：热稳定性的表示方法、热应力、抗热冲击断裂性能，抗热冲击损伤性、提高抗热冲击断裂性能的措施。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。教学要求：掌握材料热容的各种理论及其比较，热膨胀的定义及其基本机理，热传导的宏观规律和微观机理，热稳定性的表示和抗热冲击断裂性能。要求掌握各种热应力断裂抵抗因子。总结出提高抗热冲击断裂性能的措施。第三章 材料的光学性能重点与难点：重点：光的反射和折射、材料对光的吸收和色散、光

18、的散射难点：光的散射、电 -光效应、光折变效应、非线性光学效应教学时数： 8 学时教学内容：3.1 光传播的基本性质：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通过固体现象；3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影响因素、晶体的双折射、材料的反射系数及其影响因素；3.3 材料对光的吸收和色散：吸收系数与吸收率、光的吸收与波长的关系、光的色散；3.4 光的散射：散射的一般规律、弹性散射、非弹性散射；3.5 材料的不透明性与半透明性：材料的不透明性、材料的乳浊、半透明性、透明材料的颜色、材料的着色；3.6 电-光效应、光折变效应、非线性光学效应：电光效应及电光晶体、光折变效应、非线性光学效应

19、；3.7 光的传输与光纤材料：光纤发展概况和基本特征、光纤材料的制备、光纤的应用；3.8 特种光学材料及其应用：固体激光器材料及其应用、光存储材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。教学要求：掌握金属、半导体、绝缘体的电子能带结构，光传播电磁理论、反射、光的吸收和色散、晶体的双折射、介质的光散射等各种光现象的物理本质。了解影响材料光学性能的各种因素。简要了解光纤材料、激光晶体材料及光存储材料等光学材料。第四章：材料的电导性能重点与难点：重点：离子电导，电子电导。难点：无机材料的电导，半导体陶瓷的物理效应。教学时数： 8 学时教学内容：4.1 电导的物理现象：电导率与电阻率、电导的物理特性；

20、 4.2 离子电导：载流子浓度、离子迁移率、离子电导率、离子电导率的影响因素、固体电解质 zro2 ；4.3 电子电导：电子迁移率、载流子浓度、电子电导率、电子电导率的影响因素4.4 金属材料的电导：金属电导率、电阻率与温度的关系、电阻率与压力的关系、冷加工和缺陷对电阻率的影响、电阻率的各向异性、固溶体的电阻率；4.5 固体材料的电导：玻璃态电导、 多晶多相固体材料的电导、次级现象、固体材料电导混合法则；4.6 半导体陶瓷的物理效应：晶界效应、表面效应、西贝克效应、 p-n 结；4.7 超导体：超导体的概念、约瑟夫逊效应、超导体的应用。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。教学要求：掌握各种电导的宏观参数和物理量及电导的主要基本公式；围绕此公式来讨论各种电导的电导率（离子电导率、电子电导率）及其影响因素，材料的电导混合法则和半导体陶瓷的物理效应。第五章 材料的磁学性能重点与难点：重点：抗磁性和