(完整版)材料力学性能-机械工业出版社2008第2版习题答案 联系客服

当其尺寸增大时均使材料韧性下降,韧脆转变温度升高。 五. 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。

焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷,增加裂纹敏感度,增加材料的脆性,容易发生脆性断裂。

七. 试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度,而另外一些材料则没有?

宏观上,体心立方中、低强度结构钢随温度的降低冲击功急剧下降,具有明显的韧脆转变温度。而高强度结构钢在很宽的温度范围内,冲击功都很低,没有明显的韧脆转变温度。面心立方金属及其合金一般没有韧脆转变现象。

微观上,体心立方金属中位错运动的阻力对温度变化非常敏感,位错运动阻力随温度下降而增加,在低温下,该材料处于脆性状态。而面心立方金属因位错宽度比较大,对温度不敏感,故一般不显示低温脆性。

体心立方金属的低温脆性还可能与迟屈服现象有关,对低碳钢施加一高速到高于屈服强度时,材料并不立即产生屈服,而需要经过一段孕育期(称为迟屈时间)才开始塑性变形,这种现象称为迟屈服现象。由于材料在孕育期中只产生弹性变形,没有塑性变形消耗能量,所以有利于裂纹扩展,往往表现为脆性破坏。

第四章 金属的断裂韧度

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1、名词解释

低应力脆断:高强度、超高强度钢的机件 ,中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂。

张开型(?型)裂纹: 拉应力垂直作用于裂纹扩展面,裂纹沿作用力方向张开,沿裂纹面扩展的裂纹。

应力场强度因子K? : 在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外,尚与强度因子K?有关,对于某一确定的点,其应力分量由K?确定, K?越大,则应力场各点应力分量也越大,这样K?就可以表示应力场的强弱程度,称K?为应力场强度因子。 “I”表示I型裂纹。【P68】

小范围屈服: 塑性区的尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小时(小一个数量级以上),这就称为小范围屈服。【P71】

有效屈服应力:裂纹在发生屈服时的应力。【新书P73:旧P85】 有效裂纹长度:因裂纹尖端应力的分布特性,裂尖前沿产生有塑性屈服区,屈服区内松弛的应力将叠加至屈服区之外,从而使屈服区之外的应力增加,其效果相当于因裂纹长度增加ry后对裂纹尖端应力场的影响,经修正后的裂纹长度即为有效裂纹长度: a+ry。【新P74;旧P86】。

裂纹扩展K判据:裂纹在受力时只要满足 KI脆性断裂.反之,即使存在裂纹,若 KI旧83

裂纹扩展能量释放率GI:I型裂纹扩展单位面积时系统释放势

?KIC,就会发生

?KIC也不会断裂。新P71:

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能的数值。P76/P88 裂纹扩展G判据: GI展断裂。P77/P89

J积分:有两种定义或表达式:一是线积分:二是形变功率差。P89/P101

裂纹扩展J判据: JI就会断裂。

COD:裂纹张开位移。P91/P102

COD判据:???c,当满足上述条件时,裂纹开始扩展。P91/P103

2、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系

K?C和KC 答: 临界或失稳状态的K?记作K?C或KC,K?C为平面应

?JIC,只要满足上述条件,裂纹(或构件)

?GIC,当GI满足上述条件时裂纹失稳扩

变下的断裂韧度,表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KC为平面应力断裂韧度,表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 它们都是?型裂纹的材料裂纹韧性指标,但KC值与试样厚度有关。当试样厚度增加,使裂纹尖端达到平面应变状态时,断裂韧度趋于一稳定的最低值,即为K?C,它与试样厚度无关,而是真正的材料常数。P71/P82

G?C 答:P77/P89 当G?增加到某一临界值时,G?能克服裂纹失

稳扩展的阻力,则裂纹失稳扩展断裂。将G?的临界值记作G?c,称断裂韧度,表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量,其单位与G?相同,MPa·m

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JIC:是材料的断裂韧度,表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力,其单位与GIC相同。P90/P102

?c:是材料的断裂韧度,表示材料阻止裂纹开始扩展的能

力.P91/P104

J判据和?判据一样都是裂纹开始扩展的裂纹判据,而不是裂纹失稳扩展的裂纹判据。P91/P104 3、试述低应力脆断的原因及防止方法。

答: 低应力脆断的原因:在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可避免的宏观裂纹,从而使机件在低于屈服应力的情况发生断裂。 预防措施:将断裂判据用于机件的设计上,在给定裂纹尺寸的情况下,确定机件允许的最大工作应力,或者当机件的工作应力确定后,根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。

4、为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据?

答:由4—1可知,裂纹前端的应力是一个变化复杂的多向应力,如用它直接建立裂纹扩展的应力判据,显得十分复杂和困难;而且当r→0时,不论外加平均应力如何小,裂纹尖端各应力分量均趋于无限大,构件就失去了承载能力,也就是说,只要构件一有裂纹就会破坏,这显然与实际情况不符。这说明经典的强度理论单纯用应力大小来判断受载的裂纹体是否破坏是不正确的。因此无法用应力判据处理这一问题。因此只能用其它判据来解决这

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