材料结构与性能答案..
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工程材料第二版习题解答
第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。
利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键和分子键，共价键，分子键。
3 强。
4 强。
（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。
高聚物结构与性能的答案
高聚物结构与性能试题参考答案一、名词解释（2.5×12 ＝30分）构型：由化学键决定的原子基团间的空间排列方式分子链柔顺性：高分子链能够改变其构型的性质高斯链：又名高斯线团，是末端距分布符合Gauss分布函数的线团。
熔限：高分子晶体的熔融发生在一个温度范围内，称为熔限。
多分散指数：描述高分子的分子量多分散性大小的参数，通常是Mw/Mn或Mz/Mw取向：高分子的链段、整链或其晶体结构沿外力方向所作的优先排列。
粘弹性：高分子固体的力学性质兼具纯弹性和纯粘性的特征，称为粘弹性。
溶度参数：定义为（CED）1/2，用于指导非极性聚合物的溶剂选择。
冷拉：高分子材料在拉伸条件下，发生应力屈服，出现细颈、细颈扩展所导致的大形变行为。
增韧：即增加聚合物材料韧性，所采用的技术路线有弹性体和刚性粒子增韧力学损耗：高分子材料在动态力学条件下，应力与应变出现滞后所导致的机械能损耗银纹：由于应力或环境因素的影响，聚合物表面所产生的银白色条纹二、简答题（8×5＝40 分）1．分别写出顺丁橡胶、聚丙烯、聚异丁烯、聚甲醛、聚氯乙烯的结构式，比较其玻璃化温度的高低，并说明原因。
2．高聚物熔体的流动机理是什么？其流动行为上有什么特征？答：流动机理：高分子链的重心移动采用高分子链段的协同跃迁的方式完成，通常称为“蠕动”。
熔体流动的特征有三：1，高粘度，缘自高分子巨大的分子量；2，剪切变稀：高分子链受剪切作用时，发生构象变化。
3，弹性效应：高分子流动变形中包含可逆的构象变化，导致其表现出Barus效应、爬杆效应等现象。
3．何为θ溶液？θ条件下，Huggins参数取何值？此时溶液中高分子链的构象有何特征？答：处于θ状态，即高分子链段间作用等于高分子链段与溶剂分子作用的状态的高分子溶液，称为θ溶液。
此时，Huggins参数为1/2；溶液中高分子链的构象与同温度条件下的高聚物本体的非晶区构象相同。
4．请说明聚乙烯、尼龙－66和交联顺丁橡胶溶解行为上的差异。
材料结构与性能试题及详细答案
一、名词解释（分）原子半径，电负性，相变增韧、气团原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分）答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分）答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分）答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间地界面具有较大地位向差.块是由惯习面相同且与母相取向关系相同地板条组成地，块与块地界面也具有较大地位向差.资料个人收集整理，勿做商业用途板条马氏体束地尺寸对强度和断裂地作用可视为“有效晶粒”地作用.马氏体束尺寸越小，马氏体地强度越高，从变形角度来讲，由于束界为了保持界面在变形过程中地连续性，在束界上将增殖位错.马氏体束尺寸越小，位错增殖就越困难，相应提高了材料屈服强度.块地尺寸大小对强度有显著影响，尺寸越小，马氏体强度越高.但是板条尺寸细化对钢地强度地影响作用不大，但可以显著提高韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途板条马氏体地冲及韧性取决于板条束地大小.马氏体束尺寸与断裂小刻面尺寸相近，它与断裂小刻面尺寸相近，与强度和冷脆转变温度均具有地关系.马氏体束地尺寸是控制韧性地重要组织因素.一个奥氏体晶粒内存在不同位向地板条束，板条束之间是大角度界面，裂纹扩展到束界时，为满足裂纹扩展地晶体学位向，必须改变扩展方向，结果增大了扩展阻力，提高断裂韧性.因此减小板条束尺寸，相当于减小断裂单元，对提高韧性有利.资料个人收集整理，勿做商业用途五、简述主要地贝氏体组织类型、结构特点以及强韧性.（分）答：钢中主要地贝氏体组织有：上贝氏体、下贝氏体、无碳化物贝氏体、粒状贝氏体.上贝氏体组织由大致平行排列地板条状铁素体和呈粒状或条状地渗碳体组成，光学显微镜下呈羽毛状，电子显微镜下，上贝氏体中碳化物分布在贝氏体铁素体条片间，大致平行于铁素体板条地方向.大致平行排列地上贝氏体铁素体构成束，不同束间位向差较大，板条间地位向差较小.资料个人收集整理，勿做商业用途下贝氏体组织也由贝氏体铁素体和碳化物组成，下贝氏体铁素体呈条片状，片与片之间相互交叉成一定角度.碳化物在铁素体内部析出，呈片状、短杆状或粒状，并与铁素体片条主轴呈°夹角.资料个人收集整理，勿做商业用途无碳化物贝氏体钢中含有一定量地硅或铝，贝氏体组织就由贝氏体铁素体和富碳地残余奥氏体组成，这种组织为无碳化物贝氏体.电镜下可发现，其残余奥氏体以薄膜状地形态存在于贝氏体铁素体条片间，还可能存在于贝氏体铁素体内.资料个人收集整理，勿做商业用途粒状贝氏体为贝氏体铁素体和岛状组织组成，岛状组织呈半连续长条形，近似平行地、有规则地排列在贝氏体铁素体基体上.岛状组织内部碳含量很高，可达贝氏体铁素体中碳含量地倍以上.资料个人收集整理，勿做商业用途贝氏体铁素体内存在较高密度地位错缠结，不出现孪晶，且碳含量很低.强度：贝氏体组织地强度主要与个因素有关：（）贝氏体铁素体板条束或板条尺寸，这与位错地可滑移长度有关；（）贝氏体铁素体板条内地位错亚结构；（）合金元素地固溶强化；（）碳化物颗粒地弥散强化.资料个人收集整理，勿做商业用途上贝氏体铁素体板条间地粗大碳化物可以通过阻碍板条内位错地滑移而提高强度，但碳化物弥散强化作用较低.下贝氏体中碳化物较弥散地分布在铁素体板条内，对强度地贡献较大.贝氏体铁素体板条宽度决定了对位错滑移地阻碍作用，宽度越小，贝氏体强度越高，板条束与强度地关系不大.资料个人收集整理，勿做商业用途粒状贝氏体中，除了贝氏体组织地一般强化机理外，岛地存在也起到强化作用，岛状组织总量增加、岛地尺寸及岛间距减小，均可增加强度.而岛地总量减少，尺寸减小和岛间距增加，韧性提高.资料个人收集整理，勿做商业用途无碳化物贝氏体地板条间或板条内存在稳定地残余奥氏体膜，它地存在使屈服强度有所降低，塑性增大.韧性：上贝氏体地韧性低于下贝氏体，原因：由于上贝氏体地形成温度较高，贝氏体铁素体板条以及贝氏体铁素体板条束地尺寸较大，而且有较粗大地碳化物分布在贝氏体铁素体板条间，导致裂纹容易形成与扩展，而下贝氏体地形成温度较低，贝氏体铁素体板条尺寸及板条束尺寸较小，碳化物也细小均匀地分布在铁素体板条内，使下贝氏体地强度和韧性均有提高.资料个人收集整理，勿做商业用途六、简述可热处理铝合金地组织结构与强化地关系（分）答：（）固溶强化溶质原子以置换或间隙形式固溶在基体中，由于溶质原子与基体原子地尺寸差别、模量差别或原子价态不同等因素，造成基体材料地强度提高.资料个人收集整理，勿做商业用途（）析出强化铝合金经过固溶处理后获得过饱和固溶体，然后在一定温度和时间会发生分解，从基体中析出第二相，由于第二相析出造成地合金强化称为析出强化.第二相析出过程大致为：过饱和固溶体→区→θ’’→θ’→θ.资料个人收集整理，勿做商业用途在时效温度较低地情况下，区首先析出，随时效时间增加，强度增加，θ’’相较充分地析出时，硬度达到最大值，以后随时效过程地进行，硬度下降，主要为θ’相和平衡相θ析出，平衡相析出充分时，硬度最低.不同时效阶段，合金强化机理不同，但都和位错与第二相地交互作用有关.时效初期，第二相粒子尺寸较小，与基体保持共格关系，位错运动过程中能切过粒子.如果粒子长大超过一临界值尺寸，位错就不能切割粒子，强化作用按照奥罗万机制进行.资料个人收集整理，勿做商业用途（）位错强化指经过塑性变形地合金，由于基体内位错密度增加和位错亚结构地变化，增强了位错间地交互作用，提高了位错运动地阻力，结果使合金地强度提高.资料个人收集整理，勿做商业用途（）晶界强化也可视为细晶强化，强化效果可用关系表示.随晶粒尺寸地减小，屈服强度提高，而且呈现明显地加工硬化现象.资料个人收集整理，勿做商业用途。
工程材料课后答案(部分)
热塑性: 聚合物可以通过加热和冷却的方法，使聚合物重复地软化（或熔化）和硬化（或固化）的性能。
热固性: 聚合物加热加压成型固化后，不能再加热熔化和软化，称为热固性。
柔性: 在拉力作用下，呈卷曲状或线团状的线型大分子链可以伸展拉直，外力去除后，又缩回到原来的卷曲状和线团状。这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性。
解: r原子=34a=34×2.87×10-10≈1.24×10-10(m)
43πr3原子×2a3=43π34a3×2a3≈0.68=68%
(5) 在常温下,已知铜原子的直径d=2.55×10-10m，求铜的晶源自常数。 解: r原子=24a
(4) γ-Fe的一个晶胞内的原子数为（4个) .
(5) 高分子材料大分子链的化学组成以（C、H、O）为主要元素，根据组成元素的不同，可分为三类，即（碳链大分子) 、 (杂链大分子）和（元素链大分子) .
(6) 大分子链的几何形状主要为（线型) 、 (支化型）和（体型) 。热塑性聚合物主要是（线型和支化型）分子链，热固性聚合物主要是（体型）分子链。
答: ab段为右螺型位错。
bc段为刃型位错，半原子面过bc线且垂直于纸面，在纸面外。
cd段为混合位错。
de段为左螺型位错。
ea段为刃型位错，半原子面过ea线且垂直于纸面，在纸面里。 (8) 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？
答: 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
(7) 高分子材料的凝聚状态有（晶态) 、 (部分晶态）和（非晶态）三种。
(8) 线型非晶态高聚物在不同温度下的三种物理状态是（玻璃态) 、 (高弹态）和（粘流态) .
(9) 与金属材料比较，高分子材料的主要力学性能特点是强度（低) 、弹性（高) 、弹性模量（低）等。
热固性: 聚合物加热加压成型固化后，不能再加热熔化和软化，称为热固性。
柔性: 在拉力作用下，呈卷曲状或线团状的线型大分子链可以伸展拉直，外力去除后，又缩回到原来的卷曲状和线团状。这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性。
解: r原子=34a=34×2.87×10-10≈1.24×10-10(m)
43πr3原子×2a3=43π34a3×2a3≈0.68=68%
(5) 在常温下,已知铜原子的直径d=2.55×10-10m，求铜的晶源自常数。 解: r原子=24a
(4) γ-Fe的一个晶胞内的原子数为（4个) .
(5) 高分子材料大分子链的化学组成以（C、H、O）为主要元素，根据组成元素的不同，可分为三类，即（碳链大分子) 、 (杂链大分子）和（元素链大分子) .
(6) 大分子链的几何形状主要为（线型) 、 (支化型）和（体型) 。热塑性聚合物主要是（线型和支化型）分子链，热固性聚合物主要是（体型）分子链。
答: ab段为右螺型位错。
bc段为刃型位错，半原子面过bc线且垂直于纸面，在纸面外。
cd段为混合位错。
de段为左螺型位错。
ea段为刃型位错，半原子面过ea线且垂直于纸面，在纸面里。 (8) 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？
答: 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
(7) 高分子材料的凝聚状态有（晶态) 、 (部分晶态）和（非晶态）三种。
(8) 线型非晶态高聚物在不同温度下的三种物理状态是（玻璃态) 、 (高弹态）和（粘流态) .
(9) 与金属材料比较，高分子材料的主要力学性能特点是强度（低) 、弹性（高) 、弹性模量（低）等。
材料结构与性能解答(全).doc
材料结构与性能解答(全)1、离子键及其形成的离子晶体陶瓷材料的特征。
答当一个原子放出最外层的一个或几个电子成为正离子，而另一个原子接受这些电子而成为负离子，结果正负离子由于库仑力的作用而相互靠近。
靠近到一定程度时两闭合壳层的电子云因发生重叠而产生斥力。
这种斥力与吸引力达到平衡的时候就形成了离子键。
此时原子的电中性得到维持，每一个原子都达到稳定的满壳层的电子结构，其总能量达到最低，系统处于最稳定状态。
因此，离子键是由正负离子间的库仑引力构成。
由离子键构成的晶体称为离子晶体。
离子晶体一般由电离能较小的金属原子和电子亲和力较大的非金属原子构成。
离子晶体的结构与特性由离子尺寸、离子间堆积方式、配位数及离子的极化等因素有关。
离子键、离子晶体及由具有离子键结构的陶瓷的特性有A、离子晶体具有较高的配位数，在离子尺寸因素合适的条件下可形成最密排的结构；B、离子键没有方向性C、离子键结合强度随电荷的增加而增大，且熔点升高，离子键型陶瓷高强度、高硬度、高熔点；D、离子晶体中很难产生自由运动的电子，低温下的电导率低，绝缘性能优良；E、在熔融状态或液态，阳离子、阴离子在电场的作用下可以运动，故高温下具有良好的离子导电性。
F、吸收红外波、透过可见波长的光，即可制得透明陶瓷。
2、共价键及其形成的陶瓷材料具有的特征。
答当两个或多个原子共享其公有电子，各自达到稳定的、满壳层的状态时就形成共价键。
由于共价电子的共享，原子形成共价键的数目就受到了电子结构的限制，因此共价键具有饱和性。
由于共价键的方向性，使共价晶体不密堆排列。
这对陶瓷的性能有很大影响，特别是密度和热膨胀性，典型的共价键陶瓷的热膨胀系数相当低，由于个别原子的热膨胀量被结构中的自由空间消化掉了。
共价键及共价晶体具有以下特点A、共价键具有高的方向性和饱和性；B、共价键为非密排结构；C、典型的共价键晶体具有高强度、高硬度、高熔点的特性。
D、具有较低的热膨胀系数；E、共价键由具有相似电负性的原子所形成。
第二章 材料的结构(含答案)
第二章材料的结构(含答案)一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、内部原子按一定规律排列的物质叫________。
答案：晶体2、金属晶体在不同方向上具有不同性能的现象叫________。
答案：各向异性3、常见的金属晶格类型有________、________、________三种。
答案：体心立方、面心立方、密排六方4、常见的金属晶格类型有三种，α-Fe、Cr、W、Mo、V的晶格属于________。
答案：体心立方5、表示晶体中原子排列的空间格子叫做________，组成空间格子的最基本的几何单元叫做________。
答案：晶格、晶胞6、实际金属结构中的点缺陷包括________、________和________；它们可使金属的强度________。
答案：间隙原子、置换原子、空位、提高7、工程材料的结合键有________、________、________和________四种。
答案：离子键、共价键、金属键、分子键8、三种常见金属晶格类型为________、________和________。
答案：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；9、按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为________和________两种。
答案：置换固溶体、间隙固溶体10、面心立方晶格中，晶胞的原子数为________，致密度为________。
答案：4、0.7411、位错分为两种，它们是________和________；多余半排原子面的是________位错。
答案：刃型位错、螺型位错、刃型位错12、相是指金属或合金中成分________，结构________，并由________与其它部分分开的均匀组成部分。
答案：相同、相同、界面13、合金中成分、结构和性能相同的组成部分称为________。
答案：相14、按其几何形式的特点，晶格缺陷可分为________、________和________。
答案：点缺陷、线缺陷、面缺陷15、体心立方晶格中，晶胞的原子数为________，原子半径与晶格常数的关系为________，致密度为________。
《材料结构与性能》习题
《材料结构与性能》习题第一章1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。
如直径拉细成2.4mm，问：1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度；2)在此拉力下的真应力和真应变；3)在此拉力下的名义应力和名义应变。
比较以上计算结果并讨论之。
2、举一晶系，存在S14。
3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。
4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。
如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。
5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。
并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。
同时计算在滑移面上的法向应力。
第二章1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。
2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。
如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。
3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：与是一回事。
4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。
如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。
计算此材料的断裂表面能。
5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。
此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。
讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。
6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。
材料结构与性能(山东联盟)智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学
材料结构与性能（山东联盟）智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学齐鲁工业大学第一章测试1.塑性形变当外力去除后，材料恢复原状。
答案:错2.法向应力和剪应力的下标第一个字母代表应力作用面的法线应力，第二个字母表示应力作用的方向。
答案:对3.脆性材料的应力－应变的行为特点是应变与应力呈非线性关系.答案:错4.弹性模量与原子间结合力有关。
答案:对5.应变仅与应力有关。
错第二章测试1.材料的理论结合强度是材料的非本征性能。
答案:错2.材料的断裂强度取决于裂纹的数量。
答案:错3.材料的平面应变断裂韧性大约材料的应力场强度因子时，材料是安全的。
答案:错4.理论强度只与弹性模量、表面能和晶格参数等材料常数有关，是常数的组合，属于材料的本征性能。
答案:对5.高强度的固体具有弹性模量E大、断裂能大、晶格常数a大的特征。
错第三章测试1.通常结构紧密的晶体，膨胀系数都较小。
答案:错2.固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。
答案:对3.材料各种热学性能的物理本质，均与其晶格热振动有关。
答案:对4.晶格中不可能存在半波长比晶格常数a小的格波。
答案:对5.声频支可以看成是相邻原子具有不同的振动方向。
答案:错第四章测试1.自然界中存在磁单极子。
答案:错2.物质的抗磁性是电子的轨道磁矩产生的。
答案:错3.顺磁体磁化是磁场克服热运动的干扰，使磁矩排向磁场的结果。
答案:对4.抗磁性材料M与H为非线性关系，磁化率χ为很小的负数。
答案:错5.顺磁体的原子或离子含有未填满的电子壳层(，或具有奇数个电子的原子，具有永久磁矩。
答案:对第五章测试1.电阻率决定于材料的几何尺寸。
答案:错2.导体中所有的电子都参与导电。
答案:错3.当材料处于超导状态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入超导材料内。
答案:对4.太阳能电池材料的禁带不能太宽。
答案:对5.光电材料是通过光电效应将光能转换成电能。
答案:对第六章测试1.在材料的极化中，束缚电荷不能做定向移动。
材料性能学答案-最新整理版(1)
共 4 页 第 页1. 通过静载拉伸实验可以测定材料的 弹性极限、屈服极限、 抗拉强度、断裂强度、比例极限等（答对3个即可）强度指标，及 延伸率 、 断面收缩率 等塑性指标。
2.按照断裂中材料的宏观塑性变形程度，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径（断裂方式），可分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，可分为解理断裂和剪切断裂3. 单向拉伸条件下的应力状态系数为 0.5 ；而扭转和单向压缩下的应力状态系数分别为 0.8 和 2.0 。
应力状态系数越大，材料越容易产生 (塑性) 断裂。
为测量脆性材料的塑性，长采用压缩的试验方法4.在扭转试验中，塑性材料的断裂面与试样轴线 垂直 ；脆性材料的断裂面与试样轴线 成450角。
5. 低温脆性常发生在具有 体心立方或密排六方 结构的金属及合金中，而在 面心立方 结构的金属及合金中很少发现。
6. 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生 应力集中 和 双（三）向应力或应力状态改变 ，试样的屈服强度 不变，塑性 降低 。
7.根据磨损面损伤和破坏形式（磨损机理），磨损可分为4类：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损和麻点疲劳磨损（接触疲劳）8.典型的疲劳断口有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。
疲劳裂纹扩展区最典型的特征是贝纹线9. 在典型金属与陶瓷材料的蠕变曲线上，蠕变过程常由 减速蠕变 ，恒速蠕变 和 加速蠕变 三个阶段组成。
10.根据材料磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料11.一般情况下，温度升高，金属材料的屈服强度下降；应变速率越大，金属材料的屈服应力越高。
12.温度对金属材料的力学性能影响很大，在高温下材料易发生沿晶断裂。
13. 拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断后伸长率会越小14.宏观断口一般呈杯锥装，由纤维区、放射区和剪切唇3个区域组成。
材料强度越高，塑性降低，则放射区比例增大。
材料结构与性能答案
材料结构与性能答案一、名词解释：1.大分子(macromolecule)：由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量聚合物分子：也叫高聚物分子，通常简称为高分子。
就字面上它是一个由许多(poly)部分(mer)组成的分子，然而它的确包含多重重复之意。
它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现。
2.共聚物：共聚物一词在历史上指由能自身均聚的单体聚合而生成的聚合物3.结晶度(degree of crystallinity)：结晶高聚物结晶部分量地多少。
分为质量结晶度和体积结晶度4.等同周期（identity spacing)：高分子晶体中分子链方向相同结构重复出现的最短距离，又称高分子晶体的晶胞结构重复单元。
构成高分子晶体的晶胞结构重复单元有时与其化学重复单元不相同。
5.结晶过程：物质从液态（溶液或熔融状态）或气态形成晶体的过程。
二、概念区分：1、微构象(microconformation)与宏构象(macroconformation)微构象：即高分子的主链键构象，即是高分子主链中一个键所涉及的原子或原子团的构象宏构象：沿高分子链的微构象序列导致高分子的宏构象，它决定高分子的形状微构象指高分子主链键构象。
宏构象指整个高分子链的形态。
由于微构象的变化所导致的高分子的宏观形态(morphology)2、应力(stress)与应变(strain)应力（σ）是受力物体截面上内力的集度,即单位面积上的作用力应变（ε）：在外力作用下，材料的几何形状和尺寸发生的变化σ=Eε，E是弹性模量。
3、侧基(side group)与端基(end group)侧基：侧基是一个主链上的分支，既不是低聚物的也不是高聚物的。
端基：端基是大分子或低聚物分子末端的结构单元4、初期结晶(primary crystallization)与二次结晶(secondary crystallization)初期结晶：物质从液态（溶液或熔融状态）或气体形成晶体。
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1.材料的结构层次有哪些，分别在什么尺度，用什么仪器进行分析？现在,人们通过大量的科学研究和工程实践,已经充分认识到物质结构的尺度和层次是有决定性意义的。
在不同的尺度下,主要的,或者说起决定性的问题现象和机理都有很大的差异,因此需要我们用不同的思路和方法去研究解决这些问题。
更值得注意的是空间尺度与时间尺度还紧密相关,不同空间尺度下事件发生及进行的时间尺度也很不相同。
一般地讲,空间尺度越大的,则描述事件的时间尺度也应越长。
不同的学科关注不同尺度的时空中发生的事件。
现代科学则按人眼能否直接观察到,且是否涉及分子、原子、电子等的内部结构或机制,而将世界粗略地划分为宏观(Macro-scopic)世界和微观(Microscopic)世界。
之后,又有人将可以用光学显微镜观察到的尺度范围单独分出,特别地称作/显微结构(世界)。
随着近年来材料科学的迅速发展,材料科学家中有人将微观世界作了更细致地划分。
而研究基本粒子的物理学家可能还会把尺度向更小的方向收缩,并给出另外的命名。
对于宏观世界,根据尺度的不同,或许还可以细分为/宇宙尺度/太阳系尺度/地球尺度和/工程及人体尺度等。
人类的研究尺度已小至基本粒子,大至全宇宙。
但到目前为止,关于/世界的认识还在不断深化,因而对其划分也就还处于变动之中。
即使是按以上的层次划分,其各界之间的边界也比较模糊,有许多现象会在几个尺度层次中发生。
在材料科学与工程领域中,对于材料结构层次的划分尚不统一,可以列举出许多种划分方法,例如:有的材料设计科学家按研究对象的空间尺度划分为三个层次:(1)工程设计层次:尺度对应于宏观材料,涉及大块材料的加工和使用性能的设计研究。
(2)连续模型尺度:典型尺度在1Lm量级,这时材料被看作连续介质,不考虑其中单个原子、分子的行为。
(3)微观设计层次:空间尺度在1nm量级,是原子、分子层次的设计。
国外有的计算材料学家,按空间和时间尺度划分四个层次〔1〕,即(1)宏观这是人类日常活动的主要范围,即人通过自身的体力,或借助于器械、机械等所能通达的时空。
人的衣食住行,生产、生活无不在此尺度范围内进行。
其空间尺度大致在0.1mm(目力能辨力最小尺寸)至数万公里人力跋涉之最远距离),时间尺度则大致在0.01秒(短跑时人所能分辨的速度最小差异)至100年(人的寿命差不多都在百年以内)。
现今风行的人体工程学就是以人体尺度1m上下为主要参照的。
(2)介观介观的由来是说它介于/宏观与/微观之间。
其尺度主要在毫米量级。
用普通光学显微镜就可以观察。
在材料学中其代表物是晶粒,也就是说需要注意微结构了,如织构,成分偏析,晶界效应,孔中的吸附、逾渗、催化等问题都已开始显现。
现在,介观尺度范围的研究成果在材料工程领域,如耐火材料工业、冶金工业等行业中有许多直接而成功的应用。
(3)微观其尺度主要在微米量级,也就是前面所说/显微结构(世界)0。
多年以来借助于光学显微镜、电子显微镜、X)衍射分析、电子探针等技术对于晶态、非晶态材料在这一尺度范围的行为表现有较多的研究,许多方法已成为材料学的常规手段。
在材料学中,这一尺度的代表物有晶须、雏晶、分相时产生的液滴等。
(4)纳观其尺度范围在纳米至微米量级,即10-6~10-9m,大致相当于几十个至几百个原子集合体的尺寸。
在这一尺度范围已经显现出量子性,已经不再能将研究对象作为/连续体0,不能再简单地以其统计平均量作为表征,微结构中的缺陷、掺杂等所起的作用明显加大。
2.不同凝聚状态在结构上有什么不同？3.脆性断裂的本质是什么？格里菲斯微裂纹理论是如何解释的？1.脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
通常，脆断前也产生微量塑性变形。
一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％者为脆性断裂，该材料即称为脆性材料；反之，大于5%者则为韧性材料。
脆性断裂的特点1.断裂前无明显的预兆2.断裂处往往存在一定的断裂源3.由于断裂源的存在，实际断裂强度远远小于理论强度2.1 （1）为了传递力，力线一定穿过材料组织到达固定端力以音速通过力管（截面积为A），把P/n大小的力传给此端面。
远离孔的地方，其应力为：ā=(P/n)/A （2）孔周围力管端面积减小为A1 ，孔周围局部应力为：ā=(P/n)/A1（3）椭圆裂纹越扁平或者尖端半径越小，其效果越明显。
应力集中：材料中存在裂纹时，裂纹尖端处的应力远超过表观应力。
2.2 Griffith提出的关于裂纹扩展的能量判据断裂能的种类热力学表面能：固体内部新生单位原子面所吸收的能量。
塑性形变能：发生塑变所需的能量。
相变弹性能：晶粒弹性各向异性、第二弥散质点的可逆相变等特性，在一定的温度下，引起体内应变和相应的内应力。
结果在材料内部储存了弹性应变能。
微裂纹形成能：在非立方结构的多晶材料中，由于弹性和热膨胀各向异性，产生失配应变，在晶界处引起内应力。
当应变能大于微裂纹形成所需的表面能，在晶粒边界处形成微裂纹。
4.什么是延展性？延展性（ductility and malleability），是物质的一种机械性质，表示材料在受力而产生破裂（fracture）之前，其塑性变形的能力。
延展性是由延性、展性两个概念相近的机械性质合称。
常见金属及许多合金均有延展性。
5.提高材料强度改善脆性的措施及其原理影响材料强度的因素是多方面的。
而决定材料强度的本质因素是材料内部质点的结合力。
提高材料的强度是指提高其抗弹性、塑性及断裂形变的能力，这几项主要决定的指标是 E 或G ，γ 及裂纹长度。
弹性模量表示原子间的结合力，它是一种结构不敏感性能常数，γ 则现微观结构有关( 但单相材料的微观结构对其影响不大) 。
故关键的因素是是裂纹长度，因为裂纹长度与工艺过程有关，是可以改变的，所起的效果也是不错的。
1 提高无机材料抗弹性形变的能力主要是提高E( 或G) ，即提高弹性刚度。
方法一：改变材料中的键合力( 原子结构) 。
由于对于同类材料来说，熔点越大，模量E 、G 也就越大。
因此，可试图变换其中的原子，而使健合力提高，从而达到增大 E 、G 的目标，而提高抗弹性形变的能力。
这种方法是不可取的。
这是因为人们使用的材料是大量的，添加少量的异种原子所起的作用较小， E 、G 代表晶格的平均键合力，是结构不敏感性能。
方法二：复合材料i) 在基体中加入弹性模量高的复合材料( 纤维、晶粒或其它材料) ，可使弹性模迅速增大。
对于连续纤维单向强化复合材料，若纤维与基体的应变相，即ε c = εf =ε m ，则有：E c = E f V f + E m V mσ c = σ f V f + σ m V mV f + V m = 1E c 、σ c ：复合材料的弹性模量和应力；V f 、E f 、σ f ：纤维材料的体积分数、弹性模量和应力；V m 、E m 、σ m ：基体材料的体积分数、弹性模量和应力；上述式子所描述的为理想状态，也是对复合材料弹性模量的强度的最高估计，故称为上限模量或上限强度。
在复合材料中，纤维与基体的应变是一样的，即：ε m = ε f = σ m /E m = σ f /E f设ε m 超过基体的临界应变时，复合材料就破坏，但此时纤维尚达到其临界应力。
据这一条件，将上式代入( ) 中，可求得复合材料的最低强度值( 下限强度) 。
σ c = σ m [1 + V f (E f /E m -1)若纤维与基体共同受力，实际的σ f 及σ m 总会比单独测定时的临界值要高，故实际的复合材料强度数值介于上限与下限强度之间。
例子：玻璃、硼等脆性材料为纤维聚酯环氧树脂、铅等延性材料的基体。
可对基体起增强作用。
ii) 短纤维也可使材料的强度增大，但短纤维的最短长度应要有个限制。
根据力的平衡条件，求出τ my πd l c / 2 = σ f π d 2 /4即：l c = σ fy d / 2τ my式中， d ：纤维直径；σ fy ：纤维的拉伸屈服应力；τ my ：剪应力沿纤维全长达到界面的结合强度或基本的屈服强度；只有当l > l c 时，短纤维才有强化的效果。
而当l = 10l c 时，强化效果可相当于长纤维的95% 。
短纤维复合材料强度为：σ c = σ fy (1 - l c / 2l ) V f + σ m * (1 - V f )σ m * 为应变与纤维屈服应变相同时的基体应力。
问题：纤维和晶须的品种不多，应用受到限制。
iii) 纤维复合材料的工艺原则由于纤维的强化作用取决于纤维与基体的性质，二者的结合强度以及纤维在基体中的排列方式，要达到强化的目的，应注意如下几个工艺原则：①使纤维尽可能多地承担外加负荷，方法：选用σ f > σ m ； E f > E m 的材料。
这是因为当两者的应变相同时，纤维与基体所受的应力之比为弱性模量之比，即：σ f / σ m = E f /E m ；②结合强度相当，使基体中所承受的应力能传递到纤维上，过弱时，纤维的作用较小，其体材料则如存在缺陷一样，使总体的强度降低；过强时，纤维可分担大部分应力，但在断裂过程中，没有纤维自基体中拨出这种吸收能量的作用，使复合材料表现为脆性断裂；③应力的方向应与纤维平行；④纤维与基体膨胀系数相艾匹配，最好应要使α f 略大于α m ，这样，当温度由高降低时，纤维受拉，基体受压，能起到预应力的作用；⑤二者在高温下的要具有好的化学相容性。
iv) 纤维强化复合材料的失效机制有四种：基体开裂、分层、纤维断裂和界面脱胶。
2 提高无机材料抗断裂能力a) 断裂的原因：存在一条( 多数情况下为微观的) 最长的初始裂纹。
裂纹产生的原因：●遗留在工件上的制造或加工缺陷；●工件运转时，由于摩擦、腐蚀或形变强化的结果导致的初始裂纹。
其结果必然导致应力集中( 即应力在工件上分布不均匀) ，当这些初始裂出现在如下一些重要地方时，更容易导致试件的破坏。
●表面上：划痕、刀痕、受压或锤击部位，腐蚀损伤，易造成缺口；●试样内：在硬质点( 熔渣夹杂物、弥散罐头化物、脆性相等) 的周界处，在滑移系统的交界处，晶界上。
b) 措施i) 尽可能地减小初始裂纹的长度。
方法：●清除表面上的或组织中的不均匀性，以避免可导致危险的应力集中源常采用精整表面( 如常采用抛光与化学处理的防腐蚀和防磨损的方法) 和表面强化( 有表面热处理和化学强化的方法) 。
表面热处理：如钢化玻璃。
方法是将玻璃加热到转变温度以上，熔点以下，然后淬冷，这样就会出现如下的现象：刚淬冷时，表面由于冷却变为刚性，处于受拉状态，而在材料内部，仍然是熔融状态，相对来说处于受压状态。
继续冷却，在材料的表面几乎与刚冷却时相同，但在材料内部却以更大的速率继续收缩，处于受拉状态，其结果在材料表面形成了残留压应力，从而提高了其强度。