第二、三、四章习题课件.ppt

1 * * 工程材料力学性能习题解答 第二章习题解答 金属在其他静载荷下的力学性能 1、名词解释 （1）应力状态软性系数 定义：材料或工件所承受的最大切应力τmax和最大正应力σmax比值， 为什么提出？ 材料在一定的载荷条件 下产生何种失效形式相关因素 自身的强度大小 应力状态 即： 不同的应力状态，对金属的变形和断裂性质将产生不同的影响，为此必须知道，在不同静加载方式下试样中最大切应力τmax和最大正应力σmax的计算方法和及其相对大小的表示方法。 α值越大的试验方法， τmax越大，表示应力状态越软“软”，金属越易于产 生塑性变形和韧性断裂；反之，α值越小的试验方法， σmax越大，表示应力 状态越软“硬”，金属越容易产生脆性断裂。α值不能评定材料的塑性变形特性， 仅用于比较不同试验方法应力状态的“硬”或“软”，以供选择试验方法。 对于脆性材料常用应力状态较软的试验进行试验，以揭示它们的塑性性能，反之对于塑性材料则用应力状态较硬的试验进行试验，使之在较硬的应力状态下显示其脆性倾向。 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急 剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分 可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变 化，产生所谓的缺口效应。 （2）缺口效应 NSR越大，缺口敏感性越小。脆性材料如铸铁、高碳钢的NSR总是小于1， 表面缺口根部尚未发生明显的塑性变形时就也断裂，对缺口很敏感。高强度材 料的NSR一般也小于1；塑性材料的NSR一般大于1。 （3）缺口敏感度 定义： 缺口试样的抗拉强度σbn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 3、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用 范围。 用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能，评定材料的热压力加工型，并未确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据；研究或检验热处理工件的表面质量和各种表面强化工艺的效果。 应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为；试样在整个长度上的塑性变形时均匀，没有紧缩现象，能实现大塑性变形量下的试验；较能敏感地反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能；试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等 扭转 测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。也常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热处理机件的质量和性能。 弯曲试样形状简单，操作方便；不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应力影响试验结果，可用试样弯曲挠度显示材料的塑性；弯曲试样表面应力最大，可灵敏地反映材料表面缺陷。 弯曲 脆性材料，以观察脆性材料在韧性状态下所表现的力学行为。 应力状态软，一般都能产生塑性变形，试样常沿与轴线呈45o方向产生断裂，具有切断特征。 压缩 塑性变形抗力和切断强度较低的塑性材料。 温度、应力状态和加载速率确定，采用光滑圆柱试样，试验简单，应力状态软性系数较硬。 拉伸 应用范围 特点 试验方法 5、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点？ 一、在弹性状态下的应力分布： 薄板：在缺口根部处于单向拉应力 状态，在板中心部位处于两 向拉伸平面应力状态。 厚板：在缺口根部处于两向拉应力 状态，缺口内侧处三向拉伸 平面应变状态。 无论脆性材料或塑性材料，都因机件上的缺口造成两向或三向应力状态和应力集中而产生脆性倾向，降低了机件的使用安全性。为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向，必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。 6、试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉 伸试验的特点。 光滑试样轴向拉伸试验：截面上无应力集中现象，应力分布均匀，仅在 紧缩时发生应力状态改变。 缺口试样轴向拉伸试验：缺口截面上出现应力集中现象，应力分布不均， 应力状态发生变化，产生两向或三向拉应力状态，致使材料的应力状态软性 系数降低，脆性增大。 偏斜拉伸试验：试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用，其应力状态 更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，更能显示材料对缺口的敏感性。 偏斜拉伸试验：在拉伸试验时