材料性能学王从曾答案.docx

材料性能学王从曾答案【篇一：材料性能学】002362 、课程名称（中、英文） 材料性能学an introduction to materials properties3 、授课对象材料科学与技术试验班、材料物理专业本科生4 、学分3 学分， 54 学时5 、修读期第六学期或第七学期6 、课程组负责人（姓名、所在学院、职称、学位） 潘春旭，物理科学与技 术学院，教授，博士7 、课程简介 该课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强主要讲授材料各种性 能的基本 概念、物理 （化学 ）本质、影响材料性能的因素及性能指标的 测试原理与 工程应用等主要内容包括： 1）材料的力学性能：材料在静载条件下的力学性 能、冲击 韧性、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能，以及高温力学性 能等；2）材料的 物理性能：材料的热学性能、磁学性能、电学性 能、光学性能、压电及铁电 性能等8、实践环节学时与内容或辅助学习活动实验课 4学时“断口形貌的电镜观察 ”；看专题录像 2 学时； 课堂讨论课6 学时，要求学生就材料的光学效应、材料的疲劳性能、 材料的磨损性能、 材料的高温力学性能、材料的腐蚀效应，等内容， 写出课堂论文，并做成 ppt 文件在班上演讲。

9 、成绩考评期末考试笔试： 50% ；平时成绩 15％；撰写小论文： 35％10 、指定教材 《材料性能学》王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社， 2001 年11 、参考书目《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社， 2001 年 《工程材料力学性能》刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业大 学出版 社， 2001 年篇二：材料性能学复习总结 （王从曾版 ）l 力学部分】=txt> 第一章1. 熟悉力 —— 拉伸曲线和应力 —— 应变曲线的测试方法 （ 书本 p1） 常用的拉伸试件 :为了比较不同尺寸试样所测得的延性 ,要求试样的几 何相 似， l0 ／a01/2 要为一常数．其中 a0 为试件的初始横截面积 光滑圆柱试 件 :试件的标距长度 l0 比直径 d0 要大得多；通常， l0=5d0 或 l0=10d0 板状试件 : 试件的标距长度 l0 应满足下列关系式： l0=5.65a01/2 或 11.3a0 1/2 a. 拉伸加载速率较低 ,俗称静拉伸试验 严格按照国家标准进行拉伸试验， 其结果方为有效，由不同的实验 室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互 相比较2. 掌握弹性变形的实质（书本第三页） 构成材料的原子或分子自平衡位置产 生可逆位移的反应。

3. 掌握弹性变形的性能指标e = 2 （1+n ）ge： 正弹性模量（杨氏摸量）n ：柏松比g ：切弹性模量物理意义：产生 100 ％弹性变形所需的应力 工程意义：工程上把弹性模量 e、g 称做材料的刚度，它表示材料在 外载荷下抵抗弹性变形的能力4. 熟悉弹性比功、弹性极限、比例极限的物理意义和工程意义 弹性比功 we ：材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功， 又称弹性比能或 应变比能比例极限 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，其表 达式为 弹性极限 是材料由弹性变形过渡到弹 -塑性变形时的应力， 其表达式为 sp、s e 的工程意义：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线 性关系的 机件，应以比例极限作为选择材料的依据；对于服役条件 不允许产生微量塑 性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料5. 熟悉影响弹性模量的主要因素l 键合方式和原子结构共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数；对于金属元素： e = k / rmk ， m1 特征常数， r 原子半径， r 增加， e 减小l 晶体结构单晶体材料：各向异性，最密晶向上 e 较大，反之则小多晶体材 料：各 晶粒的统计平均值，表现为各向同性，但称为伪各向同性。

介于单晶体最大 值与最小值之间非晶态材料：各向同性l 微观组织对金属材料来说 e 是一个组织不敏感的力学性能指标，而 对高分 子和陶瓷 e 对结构和组织敏感l温度t t原子结合力下降，e」l 加载条件 金属、陶瓷 e 影响不大，对高分子 e 有影响6. 掌握几种非理想弹性行为的定义、物理意义以及工程上的利弊l 滞弹性：材料在快速加载或则卸载后，随时间的延长而产生的附加 弹性应 变得性能l 粘弹性定义：材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时 存在的力 学行为表现为应变对应力的响应（或反之）不是瞬时完 成，而需要通过一 个馳豫过程，但卸载后应变逐渐恢复，不留残余 变形表现形式：应力松 驰：恒定温度和形变作用下，材料内部的 应力随时间增加而逐渐衰减的现 象蠕变：恒定应力作用下，试样 应变随时间变化的现象高分子材料当外 力去除后，这部分蠕变可 缓慢恢复l 伪弹性定义：在一定温度条件下，当应力达到一定水平后，金属 或合金将 由应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅度弹 性变形的现象伪 弹性变形量 60%左右工程应用：形状记忆合金7. 掌握塑性变形的机理书本 15 页）结晶态高分子材料 :塑变机制：塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向 排列的 微纤维束的过程；非晶态高分子材料：塑变机制：在正应力作用下形成银纹或在切应 力作用下 无取向分子链局部转变为排列的纤维束。

8. 掌握塑性变形指标（屈服强度，延伸率，伸长率）的测定方法l 断后延伸率 材料的延伸率与试样的尺寸有关9. 了解影响屈服强度的主要因素屈服变形是位错增殖和运动的结果 ,凡影响位错运动的内外因都影响 屈服强 度内因 :结合键组织结构原子本性 . 外因:温度应变速率 应力状态10. 了解断裂的基本概念、断裂的基本方式 材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段 微孔形核长大和聚合 是韧性断裂的主要过程 . 断裂过程中塑性变形起 主导作用的断裂形式，断裂 机制为剪切断裂包括切离和微孔聚型 断裂杯锥状断口 韧性材料断裂特征 三区：中心纤维区 放射区剪切唇纤维区、放射区、剪切唇是韧性材料断口三要素 , 各区大小取决于材 料韧性 程度、应力条件、温度、加载速度、试样大小 ; 在其它条件一 定时,韧性高,纤维区大 ;温度低、加载速度大、试样尺寸大 ,放射区大, 脆性大 .常见脆性断裂机制 : 解理（准解理）断裂、沿晶断裂 . 宏观断口 :光亮、 结晶状 .解理和晶间断裂有时也有塑性变形 ,所以解理和沿晶断裂未必是脆性 断裂（判断） 从力学上分，断裂分为正断、切断、混合断口 ;从工 程上来说，分为脆断和韧断。

但是正断不一定是脆断，也有明显的 塑性变形切断是韧 断，但是反之却不一定成立判断）11. 掌握断裂的机理（书本 28 页） ttg 脆性断裂； ttg 韧性断裂 非晶态聚 合物断裂过程：银纹的形成、银纹质的断裂、微裂纹的形 成、裂纹扩展、断 裂晶态及半晶态高分子材料，断裂过程取决于应力与分子链的相对取 向12. 了解内耗的基本概念 内耗：材料由于弹性滞后使加载时材料吸收的弹性 变形能大于卸载 时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收，就是内 耗 . 加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线 弹性滞后环 优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来 缺 点：精密仪器不希望有滞后现象/f/t- -r1-?-第二章1. 掌握应力状态软化系数的概念 应力状态软性系数：最大切应力与最大正 应力的比值书本 38 页）2. 熟悉应力状态软性系数在试验设计中的应用（书本 38 页）3. 熟悉扭转、弯曲与压缩试验的测试方法l 扭转试验采用圆柱形 （实心或空心 ） 试件 , 在扭转试验机上进行标 距为100mm ；有时也采用标距为 50mm 的短试件l 弯曲试验：通常用弯曲试件的最大挠度 fmax 表征材料的变形性能。

试验 时，在试件跨距的中心测定挠度，绘成 p-fmax 关系曲线，称为 弯曲图篇三：材料性能学教学大纲】xt> 一、课程基本信息课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 总 学 时： 48 学 分： 3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课 本课程 主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性 的内容为主通 过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包 括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、 磁学等性能及其发展和应用，重点 掌握各种重要性能的原理及微观 机制，性能的测定方法以及控制和改善性能 的措施，各种材料结构 与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律 授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理 工大学出 版社， 2006 ，102 、参考书目 :1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾， 2007. 12. 《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1二、课程教育目标 通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各 种材料性 能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题 中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的 关系；掌 握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确 选择和使用材料、 改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打 下理论基础；为全面掌握材 料的结构，对材料的原料和工艺也应有 所认识，以取得分析性能的正确依 据。

三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点： 重点：应力、应变、弹性变形行为、 griffith 微裂纹理论，应力场强 度因子和 平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途 径 难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性 教学时数： 10 学时教学内容：1.1 应力及应变：应力、应变；1.2 弹性形变： hooke 定律；弹性模量的影响因素、无机材料的弹 性模量、 复相的弹性模量、弹性形变的机理；1.3 材料的塑性形变：晶体滑移、塑性形变的位错运动理论；1.4 滞弹性和内耗：粘弹性和滞弹性、应变松弛和应力松弛、松弛时 间、无 弛豫模量与弛豫模量、模量亏损、材料的内耗；1.5 材料的高温蠕变：蠕变曲线、蠕变机理、影响蠕变的因素；1.6 材料的断裂强度：理论断裂强度、 inglis 理论、 griffith 微裂纹 理论、、 orowan 理论；1.7 材料的断裂韧性：裂纹扩展方式、裂纹尖端应力场分析、几何形 状因 子、断裂韧性、裂纹扩展的动力与阻力；1.8 裂纹的起源与扩展：裂纹的起源、裂纹的快速扩展、影响裂纹扩 展的因 素、材料的疲劳、应力腐蚀理论、 高温下裂纹尖端的应力空 腔作用、亚临界 裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、根据亚临 界裂纹扩展预测材料寿命、蠕变断裂；1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响：晶粒尺寸、气孔的影响；1.11 提高材料强度及改善脆性的途径：金属材料的强化、陶瓷材料 的强化；1.12 复合材料：复合材料的分类、连续纤维单向强化复合材料的强 度、短纤 维单向强化复合材料；1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的测量。

教学方式：课堂讲授与多 媒体教学相结合 教学要求：掌握材料的弹性变形、塑性变形、高温蠕变及 其它力学 性能的理论描述、产生的原因、影响因素掌握断裂的现象和产 生、 断裂力学的原理出发，通过理论结合强度、应力场的分析，断裂的 判 据，应力场强度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断裂、 沿晶断 裂、静态疲劳的概念，并根据此判据来分析提高材料强度及 改进材料韧性的 途径。