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材料力学性能》课程习题集

材料力学性能》课程题集

1.解释以下名词：

1)弹性比功：材料在弹性阶段内所吸收的能量与所施加

的力之比。

2)包辛格效应：材料在受到压力时，由于晶格结构的变

化而导致的体积变化。

3)解理面：材料中存在的平面状缺陷，容易引起断裂。

4)塑性、脆性和韧性：材料的变形能力、断裂形式和抵

抗断裂的能力。

5)解理台阶：材料中解理面上形成的台阶状缺陷。

6)河流花样：材料中出现的一种特殊断裂形式。

7)穿晶断裂和沿晶断裂：材料的断裂方式，穿晶断裂为

穿过晶粒的断裂，沿晶断裂为沿着晶粒的界面断裂。

2.常用的标准试样有5倍试样和10倍试样，其延伸率分

别用σ5和σ10表示，为什么选择这样的表示方法？

答：选择这种表示方法是因为延伸率随着应力的增加而逐

渐减小，而σ5和σ10则可以表示在不同应力下的延伸率，从

而更全面地描述材料的延展性能。

3.某汽车弹簧在未装满载时已变形到最大位置，缺载后可

完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧使用一段时间后，发现弹

簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越

大。试分析这两种故障的本质及改变措施。

答：第一种故障是弹簧在弹性阶段内发生的变形，可以通

过增加弹簧的刚度来解决；第二种故障是弹簧在塑性阶段内发

生的变形，需要重新设计弹簧的材料和结构，以提高其抗塑性

变形的能力。

4.金属的弹性模量主要取决于什么？为什么说它是一个对

结构不敏感的力学性能？

答：金属的弹性模量主要取决于其晶格结构和原子键的强

度。它是一个对结构不敏感的力学性能，是因为即使在不同的

晶格结构和原子排列方式下，金属的原子键强度也是相似的，

从而导致弹性模量的变化不大。

5.今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料，你选择

那种材料作为机床机身？为什么？

答：选择35CrMo钢作为机床机身材料，因为它具有较高

的强度和韧性，能够承受机床的重载和振动，同时具有良好的

加工性能和耐磨性。

6.什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义？

答：包辛格效应是材料在受到压力时，由于晶格结构的变

化而导致的体积变化。实际意义是可以用来解释材料的力学性

能和变形行为，同时也可以用来设计新型材料。

7.产生颈缩的应力条件是什么？要抑制颈缩的发生有哪些

方法？

答：产生颈缩的应力条件是材料在拉伸过程中，应力集中

在某一部位，导致该部位的应力超过了材料的屈服强度。要抑

制颈缩的发生，可以采取增加材料的韧性、改变材料的形状和

尺寸等方法。

8.为什么材料的塑性要以延伸率这两个指标来度量？它们

在工程上各有什么实际意义？

答：材料的塑性要以延伸率和断裂伸长率这两个指标来度

量，因为它们可以反映材料在受力过程中的变形能力和断裂性

能，对于材料的加工和应用具有重要意义。

9.试用位错理论解释：粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性

也低；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。

答：粗晶粒中位错的相对位移较大，容易引起断裂，因此

断裂塑性较低；而细晶粒中位错的相对位移较小，容易发生滑

移，从而提高了材料的塑性和韧性。

10.延性断口有几部分组成？其形成过程如何？

答：延性断口由颈缩区、缩颈区和断裂区三部分组成。其

形成过程是材料在受力过程中，由于应力集中在某一部位，导

致该部位的应力超过了材料的屈服强度，从而发生颈缩，随着

载荷的增加，颈缩区逐渐向外扩散，形成缩颈区，最终在断裂

区发生断裂。

11.板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何根据断口

特征寻找断裂源？

答：板材宏观脆性断口的主要特征是断口平整、无韧窝、

无颗粒状物和无拉伸条纹。根据断口特征可以确定断裂源的位

置和性质，从而进一步分析材料的断裂机理和强度性能。

12.简述延性断裂过程中基体和第二相的作用，其形态对

材料韧性水平有何关系。

答：延性断裂过程中，基体对材料的韧性水平起到了支撑

作用，而第二相则可以阻碍裂纹的扩展，从而提高材料的断裂

韧性。第二相的形态和分布对材料的韧性水平有重要影响，如

颗粒状第二相可以增加材料的韧性，而板状第二相则容易导致

断裂的发生。