材料强度与断裂思考题答案.doc

需要掌握的内容 概念: 应力状态软性系数（X；平面应力和平面应变状态； 任何复杂应力状态都可用三个主应力6、6、6（666）来表示。根据这三 个主应力，可以按“最大切应力理论计算最大切应力，即怖x=（6?6）/2;按相当于“最大 正应力理论计算最大正应力，即6wx=6?V（C2?6），V为泊松比。Tmux与Omnx的比值表 示它们的相对大小，称为应力状态软性系数，记为a。应力软性系数越大，材料越可能 先进行塑性变形而后断裂；反之，材料不发生塑性变形就断裂的危险增大。 平面应力状态：所有的应力都在一个平而内，与该而垂直方向的应力可忽略；两个主应力不 为零 平面应变状态：所有的应变都在一个平面内，与该曲垂直方向的应变可忽略：三个主应力不 为零 韧性和脆性断裂最典型的断口形貌特征； 韧性：宏观纤维区（一般是断裂源区，微观下呈韧窝状花样），放射区，剪切唇（在断 口的边缘，并与构件的表而约成45度夹角，是在平而应力受力条件下发生剪切撕裂而形成 的断口，表而较光滑）；微观韧窝，韧窝是材料在微区范I韦I内塑性变形产生的显微空洞，经 形核、长大、聚集，最后相互连接而导致断裂后，在断口表面留下的痕迹 脆性：宏观没有可以观察到的塑性变形，有明显的放射线或人字纹，人字尖端指向裂纹 起源点，断口表而平齐，有许多强烈反光的小平而，没有或很小的剪切唇；微观解理台 阶，河流花样，舌状花样 冲击吸收功组成部分; 冲断试样所得到的冲击吸收功，实际上是冲击截面附近材料所消耗的断裂总功。它 由冲断过程中所耗的弹性功、塑性功和撕裂功（裂纹扩展功）三部分组成。对不同的金 属材料，其冲击吸收功可以相同，但其弹性功、塑性功和撕裂功却可能相差很大。冲击 吸收功主要反映材料的缺口敏感性 4.单向拉伸时可以测量哪些性能指标; 4. 单向拉伸时可以测量哪些性能指标; 单向拉伸的应力状态软性系数a=0.5,是工程材料力学性能中最基本的试验方法 拉伸试验可以测强度及塑性指标。 强度指标里主要测的是：弹性极限、屈服点、抗拉强度等。 塑性指标里主要测的是：伸长率、断而收缩率。 规定非比例伸长应力6.2表示； 试样在加载过程中，标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距0.2%时的应力 平面应变断裂韧性测试时有效性检验的判据条件； Kq满足下列两个条件时：Pmax/Po^l.10①B^2.5（K0/Oy）2② 则Kq=KICc如果实验结果不满足上述条件之一，或两者绝不满足，实验结果无效，建 议加大试样尺寸重新测定Kic，试样尺寸至少为原试样的1.5倍。 详细说明S?N曲线测试方法； 通常疲劳曲线是用旋转弯曲疲劳试验测定的，用四点弯曲试验机。试验时，用升降法测 定疲劳极限；用成组实验法测定高应力部分，然后将上述两实验数据整理，并拟合成疲 劳曲线。 用升降法测定疲劳极限时，有效试样数一般在13根以上。试验一般取3?5级应力水平。 每级应力增量一般为疲劳极限的3%?5%。第一根试样应力水平略高于疲劳极限，若无 法估计疲劳极限，则对一般材料取（0.45?0.50） U，高强度钢取（0.30?0.40） o b0第二 根试样的应力水平根据第一根的是试样结果（破坏或者通过，即试样经过1（/周次循环 断裂或者不断裂）而定。若第一根断了，则第二根的应力要降3%?5%,反之升高3%?5%。 其余试样应力值均依此法进行处理，直至完成全部试验。首次出现一对结果相反以前的 数据，如在以后数据的应力波动范围内，则可作为有效数据加以利用，否则就应舍去, 最后按公式计算疲劳极限。 S?N曲线的高应力（有限寿命）部分用成组试验法测定，即取3?4级较高应力水平，在 每级应力水平下，测定5根左右试样的数据，然后进行数据处理，计算中值疲劳寿命。 疲劳极限，疲劳强度； 当循环应力水平降低到某一临界值时，低应力段变为水平线段，表明试样可以经无 限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应的应力称为疲劳极限，常用IO?周次作为测定 疲劳极限的基数 9.疲劳断裂断口形貌特征和疲劳裂纹扩展规律（Paris公式表达式）。 疲劳断裂和其他断裂一样，其断口也保留了整个断裂过程的所有痕迹，记载着很多断裂 信息，就有明显的断裂特征。典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域：疲劳源，疲劳区 和瞬断区。 a） 疲劳源区是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常与缺 口，裂纹，刀痕，蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。从断口形貌 来看，疲劳源区的光亮度最大。在一个疲劳断口中，疲劳源可以有一个或儿个不等。 b） 疲劳扩展区 是疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，该区是判断疲劳裂纹的重要 证据。疲劳区的宏观特征是：断口比较光滑并分布有贝纹线（或海滩花样）。 c） 瞬断区 是断裂最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口较疲劳区粗糙，脆性 材料为结晶