第一章單向靜拉伸力學效能
1、金屬的彈性模量主要取決於什麼因素？為什麼說它是乙個對組織不敏感的力學效能指標？
答：主要決定於原子本性和晶格型別。合金化、熱處理、冷塑性變形等能夠改變金屬材料的組織形態和晶粒大小，但是不改變金屬原子的本性和晶格型別。
組織雖然改變了，原子的本性和晶格型別未發生改變，故彈性模量對組織不敏感。
1、 決定金屬屈服強度的因素有哪些？【p12】
答：內在因素：金屬本性及晶格型別、晶粒大小和亞結構、溶質元素、第二相。
外在因素：溫度、應變速率和應力狀態。
2、 試述韌性斷裂與脆性斷裂的區別。為什麼脆性斷裂最危險？【p21】
答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產生明顯的巨集觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有乙個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴充套件過程中不斷地消耗能量；而脆性斷裂是突然發生的斷裂，斷裂前基本上不發生塑性變形，沒有明顯徵兆，因而危害性很大。
3、 剪下斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂，為什麼斷裂性質完全不同？【p23】
答：剪下斷裂是在切應力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離，一般是韌性斷裂，而解理斷裂是在正應力作用以極快的速率沿一定晶體學平面產生的穿晶斷裂，解理斷裂通常是脆性斷裂。
4、 何謂拉伸斷口三要素？影響巨集觀拉伸斷口性態的因素有哪些？
答：巨集觀斷口呈杯錐形，由纖維區、放射區和剪下唇三個區域組成，即所謂的斷口特徵三要素。上述斷口三區域的形態、大小和相對位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的效能以及試驗溫度、載入速率和受力狀態不同而變化。
第二章金屬在其他靜載荷下的力學效能
說明下列力學效能指標的意義
（1）σｂｃ——材料的抗壓強度 （2）σｂｂ——材料的抗彎強度
（3）τｓ——材料的扭轉屈服點 （4）τｂ——材料的抗扭強度
（5）σｂｎ——材料的抗拉強度 （6）nsr——材料的缺口敏感度
（7）hbw——壓頭為硬質合金球的材料的布氏硬度 （8）hra——材料的洛氏硬度
（9）hrb——材料的洛氏硬度 （10）hrc——材料的洛氏硬度
（11）hv——材料的維氏硬度
缺口試樣拉伸時的應力分布有何特點？
在彈性狀態下的應力分布：薄板：在缺口根部處於單向拉應力狀態，在板中心部位處於兩向拉伸平面應力狀態。
厚板：在缺口根部處於兩向拉應力狀態，缺口內側處三向拉伸平面應變狀態。無論脆性材料或塑性材料，都因機件上的缺口造成兩向或三向應力狀態和應力集中而產生脆性傾向，降低了機件的使用安全性。
為了評定不同金屬材料的缺口變脆傾向，必須採用缺口試樣進行靜載力學效能試驗。
六、試綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸試驗的特點。
偏斜拉伸試驗：在拉伸試驗時在試樣與試驗機夾頭之間放一墊圈，使試樣的軸線與拉伸力形成一定角度進行拉伸。該試驗用於檢測螺栓一類機件的安全使用效能。
光滑試樣軸向拉伸試驗：截面上無應力集中現象，應力分布均勻，僅在頸縮時發生應力狀態改變。
缺口試樣軸向拉伸試驗：缺口截面上出現應力集中現象，應力分布不均，應力狀態發生變化，產生兩向或三向拉應力狀態，致使材料的應力狀態軟性係數降低，脆性增大。
偏斜拉伸試驗：試樣同時承受拉伸和彎曲載荷的復合作用，其應力狀態更「硬」，缺口截面上的應力分布更不均勻，更能顯示材料對缺口的敏感性。
七、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，並比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗方法的優缺點。
原理布氏硬度：用鋼球或硬質合金球作為壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。
洛氏硬度：採用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。
維氏硬度：以兩相對面夾角為136。的金剛石四稜錐作壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。
布氏硬度優點：實驗時一般採用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的乙個優點是其硬度值能反映金屬在較大範圍內各組成相得平均效能；另乙個優點是實驗資料穩定，重複性強。
缺點：對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用於自動檢測時受到限制。
洛氏硬度優點：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；採用不同標尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用於熱處理質量檢測。缺點：
壓痕較小，代表性差；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重複性差，分散度大；此外用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯絡，不能直接比較。
維氏硬度優點：不存在布氏硬度試驗時要求試驗力f與壓頭直徑d之間所規定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗時不同標尺的硬度值無法統一的弊端；維氏硬度試驗時不僅試驗力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準確。缺點是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度後才能進行計算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。
八.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實驗方法為宜。
（1）滲碳層的硬度分布----努氏 hk或-維氏顯微hv （2）淬火鋼-----hrc（洛氏）
（3）灰鑄鐵---hb(布氏） （4）鑑別鋼中的隱晶馬氏體和殘餘奧氏體----維氏顯微hv或者努氏hk
（5）儀表小黃銅齒輪-----維氏hv （6）龍門刨床導軌-----hs（肖氏硬度）或hl(裡氏硬度)
（7）滲氮層-----維氏hv （8）高速鋼刀具-----洛氏hrc （9）退火態低碳鋼--布氏hb
（10）硬質合金----- 洛氏hra
第三章金屬在衝擊載荷下的力學效能
四、試說明低溫脆性的物理本質及其影響因素
低溫脆性的物理本質：巨集觀上對於那些有低溫脆性現象的材料，它們的屈服強度會隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強度隨溫度的降低而變化不大。當溫度降低到某一溫度時，屈服強度增大到高於斷裂強度時，在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大，因此材料在受力時還未發生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。
從微觀機制來看低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關，當溫度降低時，位錯運動阻力增大，原子熱啟用能力下降，因此材料屈服強度增加。
影響材料低溫脆性的因素有：
1．晶體結構：對稱性低的體心立方以及密排六方金屬、合金轉變溫度高，材料脆性斷裂趨勢明顯，塑性差。
2．化學成分：能夠使材料硬度，強度提高的雜質或者合金元素都會引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。
3．顯微組織：①晶粒大小，細化晶粒可以同時提高材料的強度和塑韌性。因為晶界是裂紋擴充套件的阻力，晶粒細小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯數減少，有利於降低應力集中；同時晶界上雜質濃度減少，避免產生沿晶脆性斷裂。
②金相組織：較低強度水平時強度相等而組織不同的鋼，衝擊吸收功和韌脆轉變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質點對鋼的脆性有重要影響，當其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉變溫度公升高。
五. 試述焊接船舶比鉚接船舶容易發生脆性破壞的原因。
焊接容易在焊縫處形成粗大金相組織氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、錯邊、咬邊等缺陷，增加裂紋敏感度，增加材料的脆性，容易發生脆性斷裂。
七. 試從巨集觀上和微觀上解釋為什麼有些材料有明顯的韌脆轉變溫度，而另外一些材料則沒有？
巨集觀上，體心立方中、低強度結構鋼隨溫度的降低衝擊功急劇下降，具有明顯的韌脆轉變溫度。而高強度結構鋼在很寬的溫度範圍內，衝擊功都很低，沒有明顯的韌脆轉變溫度。麵心立方金屬及其合金一般沒有韌脆轉變現象。
微觀上，體心立方金屬中位錯運動的阻力對溫度變化非常敏感，位錯運動阻力隨溫度下降而增加，在低溫下，該材料處於脆性狀態。而麵心立方金屬因位錯寬度比較大，對溫度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。
體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現象有關，對低碳鋼施加一高速到高於屈服強度時，材料並不立即產生屈服，而需要經過一段孕育期（稱為遲屈時間）才開始塑性變形，這種現象稱為遲屈服現象。由於材料在孕育期中只產生彈性變形，沒有塑性變形消耗能量，所以有利於裂紋擴充套件，往往表現為脆性破壞。
第四章金屬的斷裂韌度
試述低應力脆斷的原因及防止方法。
答： 低應力脆斷的原因：在材料的生產、機件的加工和使用過程中產生不可避免的巨集觀裂紋，從而使機件在低於屈服應力的情況發生斷裂。
預防措施：將斷裂判據用於機件的設計上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機件允許的最大工作應力，或者當機件的工作應力確定後，根據斷裂判據確定機件不發生脆性斷裂時所允許的最大裂紋尺寸。
4、為什麼研究裂紋擴充套件的力學條件時不用應力判據而用其它判據？
答：由4—1可知，裂紋前端的應力是乙個變化複雜的多向應力，如用它直接建立裂紋擴充套件的應力判據，顯得十分複雜和困難；而且當r→0時，不論外加平均應力如何小，裂紋尖端各應力分量均趨於無限大，構件就失去了承載能力，也就是說，只要構件一有裂紋就會破壞，這顯然與實際情況不符。這說明經典的強度理論單純用應力大小來判斷受載的裂紋體是否破壞是不正確的。
因此無法用應力判據處理這一問題。因此只能用其它判據來解決這一問題。
5、試述應力場強度因子的意義及典型裂紋的表示式
答：（應力場強度因子的意義見上） 幾種裂紋的k1表示式，無限大板穿透裂紋：；有限寬板穿透裂紋：
；有限寬板單邊直裂紋：當ba時，；受彎單邊裂紋梁：；無限大物體內部有橢圓片裂紋，遠處受均勻拉伸：
；無限大物體表面有半橢圓裂紋，遠處均受拉伸：a點的。
6、試述k判據的意義及用途。
答： k判據解決了經典的強度理論不能解決存在巨集觀裂紋為什麼會產生低應力脆斷的原因。k判據將材料斷裂韌度同機件的工作應力及裂紋尺寸的關係定量地聯絡起來，可直接用於設計計算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用於正確選擇機件材料、優化工藝等。
7、試述裂紋尖端塑性區產生的原因及其影響因素。
答：機件上由於存在裂紋，在裂紋尖端處產生應力集中，當σy趨於材料的屈服應力時，在裂紋尖端處便開始屈服產生塑性變形，從而形成塑性區。
影響塑性區大小的因素有：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處於平面應變狀態，塑性區較小；板表面處於平面應力狀態，塑性區較大。但是無論平面應力或平面應變，塑性區寬度總是與（kic/σs)2成正比。
8、試述塑性區對ki的影響及ki的修正方法和結果。
由於裂紋尖端塑性區的存在將會降低裂紋體的剛度，相當於裂紋長度的增加，因而影響應力場和及ki的計算，所以要對ki進行修正。
最簡單而適用的修正方法是在計算ki時採用「有效裂紋尺寸」，即以虛擬有效裂紋代替實際裂紋，然後用線彈性理論所得的公式進行計算。基本思路是：塑性區鬆弛彈性應力的作用於裂紋長度增加鬆弛彈性應力的作用是等同的，從而引入「有效長度」的概念，它實際包括裂紋長度和塑性區鬆弛應力的作用。
（4—15）的計算結果忽略了在塑性區內應變能釋放率與彈性體應變能釋放率的差別，因此，只是近似結果。當塑性區小時，或塑性區周圍為廣大的彈性去所包圍時，這種結果還是很精確。但是當塑性區較大時，即屬於大範圍屈服或整體屈服時，這個結果是不適用的。
材料力學教案
第一篇力學基礎 2.2 材料的力學效能 教學目標 通過學習材料力學效能使學生能夠從各種機械零件或構件最常見的服役條件和失效現象出發，了解時效現象的微觀機制，提出衡量材料時效抗力的力學效能指標 掌握各種指標的物理概念 實用意義和測試方法 明確它們之間的相互關係 分析各種因素對力學效能指標的影響，為機械...
材料力學教案
第三章材料力學 軸向拉伸與壓縮 一 基本內容 1 重要概念 1 桿件變形的基本形式 軸向拉伸或壓縮 剪下 扭轉 彎曲 2 變形固體的概念 變形固體的性質比較複雜，在對構件進行強度 剛度和穩定性計算時，為了簡化起見，常略去材料的次要性質，並根據其主要性質作出假設，將它們抽象為一種理想的力學模型，作為材...
材料力學作業
單項選擇題 第1題下圖所示的連續梁的靜不定次數為 a 1b 2 c 3d 4 答案 b 第2題下列哪項措施可以提高構件的疲勞強度 a 減緩應力集中 b 增加構件尺寸 c 降低表面質量 答案 a 第3題下列哪項措施不能提高構件的抗衝擊能力 a 減小構件的剛度 b 增加構件的彈性模量 c 增加構件的體積...