无机材料物理性能题库.docx

一圆杆的直径为 2.5 mm、长度为 25cm 并受到 4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 拉伸前后圆杆相关参数表995(MPa)A4.524?10?6 A0l12.52 真应变?T?ln?ln?ln?0.0816 l0A2.42F4500 名义应力917(MPa) 6A04.90910 A?l 名义应变0?1?0.0851 l0A 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 真应力?T? 一材料在室温时的杨氏模量为 3.5×108 N/m2,泊松比为 0.35，计算其剪切模量和体积模量。 E?2G(1??)?3B(1?2?)可知： 解：根据 E3.5?108 剪切模量G1.3?108(Pa)?130(MPa) 2(1??)2(1?0.35)E3.5?108 体积模量B3.9?108(Pa)?390(MPa) 3(1?2?)3(1?0.7) 一陶瓷含体积百分比为 95%的Al2O3 (E = 380 GPa)和 5%的玻璃相(E = 84 GPa)， 试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=0.05。则有 上限弹性模量EH?E1V1?E2V2?380?0.95?84?0.05?365.2(GPa) VV0.950.05?1 下限弹性模量EL?(1?2)?1?(?)?323.1(GPa) E1E238084 2 当该陶瓷含有 5%的气孔时，将P=0.05 代入经验计算公式E=E0(1-1.9P+0.9P)可得， 其上、 下限弹性模量分别变为 331.3 GPa 和 293.1 GPa。 说明图中三条应力-应变曲线的特点，并举例说明其对应的材料。 曲线a：在外链作用下，材料的变形主要表现为 弹性形变，大多数情况下，材料在断裂前几乎没 有塑性形变发生，总弹性应变能非常小，这是脆 性材料的特征。 曲线 b：在受力过程中，其形变先表现为弹性形 变，接着有一段弹塑性形变，然后才断裂，总变 形能很大，这是如低碳钢登延性材料。 曲线 c：具有极大的弹性形变，没有残余形变的 材料，是橡皮这类弹性材料。 材料的弹性模数主要取决于说明因素，请简述其影响规律。 答：材料的弹性模数主要取决于六个方面：（3 分） 一、键合方式和原子结构； 二、晶体结构； 三、化学成分； 四、微观组织； 五、温度； 六、加载条件和负载持续时间。 为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？ 答：陶瓷多晶体的塑性形变不仅取决于构成材料的晶体本身，而且在很大程度上受晶界 物质的控制。因此多晶塑性形变包括以下内容：晶体中的位错运动引起塑变；晶粒与晶粒间 晶界的相对滑动；空位的扩散；粘性流动。在常温下，由于非金属晶体及晶界的结构特点， 使塑性形变难以实现。又由于在材料中往往存在微裂纹，当外应力尚未使塑变以足够的速度 运动时，此应力可能已超过微裂纹扩展所需的临界应力，最终导致材料的脆断。 一圆柱形Al2O3 晶体受轴向拉力F，若其临界抗剪强度τ为f 135 MPa,求沿图中所示 之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。解：由题意得图示方向滑移 系统的剪切强度可表示为： Fcos53? cos60 0.00152? f0.00152 Fmin3.17103(N) cos53??cos60? 3.17?103?cos60? 此拉力下的法向应力为：1.12?108(Pa)?112(MPa)2 0.0015?/cos60? O/Si 比值增大,玻璃的粘度将如何变化？ O/Si 比值增大，熔体粘度下降，这是由于O/Si 比值增大导致非桥氧增加，使大型四面体群分解为小型四面体群的缘故 B-O 的单键强度高于Si-O，为什么B-O 玻璃的粘度却低于Si-O 玻璃？ 结构对称性降低，玻璃的粘度下降，石英玻璃的粘度明显大于硼氧玻璃，这是由于硅氧四面体的对称性高于硼氧三角体的缘故 何谓蠕变?试简述无机材料典型高温蠕变曲线的阶段特点,并分析讨论影响蠕变的主要因素。 当对粘弹性体施加恒定压力时，其应变随时间而增加，这种现象叫蠕变。 （1）弹性形变阶段(oa 段)：起始段，在外力作用下，发生瞬时弹性形变，即应力和应变同步；若外力超过试验温度下的弹性极限，则oa 段也包括一部分塑性形变。 （2）第一阶段蠕变（ab 段，蠕变减速阶段）：其特点是应变速率随时间递减，即ab 段的斜率d/dt 随时间的增加愈来愈小，曲线越来越平缓，该阶段持续时间较短。（3）第二阶段蠕变（bc 段，稳定蠕变阶段）：此阶段的形变速率最