1、 材料的力學性能第一章材料的拉伸性能名詞解釋：比例極限，彈性極限，屈服極限，屈服強度，抗拉強度，延Pes0.2b伸率5,斷面收縮率,（P7-8）,斷裂強度（）,韌度（P10）kkfk很碳鋼材料的拉伸曲線1、拉伸試驗可以測定那些力學性能？對拉伸試件有什么基本要求？答：K實驗條件光滑試件室溫大氣介質單向單調拉伸載荷2.試件的形狀和尺寸圓柱試件:lo=5do或由10擊拉伸試驗可以測定的力學性能為：彈性模量E,屈服強度os,抗拉強度ob,延伸率6,斷面收縮率V。2、拉伸圖和工程應力-應變曲線有什么區別？試驗機上記錄的是拉伸圖還是工程應力-應變曲線？答：拉伸圖和工程應力應變曲線具有相似的形狀,但坐標物理

2、含義不同,單位也不同。拉伸圖橫坐標為伸長量（單位mm）,縱坐標為載荷（單位N）；工程應力-應變曲線橫坐標為工程應力（單位MPa）,縱坐標為工程應變（單位無）。試驗機記錄的是拉伸圖。3、脆性材料與塑性材料的應力-應變曲線有什么區別？脆性材料的力學性能可以用哪兩個指標表征？答：如下圖所示，左圖近似為一直線，只有彈性變形階段，沒有塑性變形階段，在彈性變形階段斷裂，說明是脆性材料。右圖為彎鉤形曲線，既有彈性變形階段又有塑性變形階段，在塑性變形階段斷裂，說明是塑性材料。脆性材料力學性能用“彈彳4、塑性材料的應力-丿量“和”脆性斷裂強度”來描述。變曲線有哪兩種基本形孑？如何根據應力-應 # #變曲線確定拉

3、伸性能?答：分為低塑性和高塑性兩種，如下圖所示。左圖曲線有彈性變形階段與均勻塑性變形階段，沒有頸縮現象，曲線在最高點處中斷，即在均勻塑性變形階段斷裂，且塑性變形量小，說明是低塑性材料。右圖曲線有彈性變形階段，均勻塑性變形階段，頸縮后的局集塑性變形階段，曲線在經過最高點后向下延伸一段再中斷，即在頸縮后的局集塑性變形階段斷裂，且塑性變形量大，說明是高塑性材料。 # # 5、何謂工程應力和工程應變？何謂真應力和真應變？兩者之間有什么定量關系？答：工程應力是載荷除以試件的原始截面積（b=P/Ao）o工程應變是總伸長量除以原始標距長度（滬/lo）o真應力是載荷除以瞬時截面積（S=P/A）o“/_在均勻塑

4、性變形階段，兩者之間定量關系：S二=如=b（l+e）=f7h6、如何測定板材的斷面收縮率？“J/./答：斷面收縮率是材料本身的性質，與試件的幾何形狀無關，其測試方法見P8。7、頸縮發生后，如何計算真應力和真應變？答：P10上面補充：1、拉伸圖、工程應力-應變曲線，真應力-真應變曲線有什么區別？答：拉伸圖和工程應力-應變曲線具有相似的形狀，但坐標物理含義不同，單位也不同。拉伸圖橫坐標為伸長量（單位mm），縱坐標為載荷（單位N）；工程應力一應變曲線橫坐標為工程應力（單位MPa），縱坐標為工程應變（單位無）。工程應力-應變曲線和真應力-真應變曲線坐標單位相同，但坐標物理含義不同。工程應力-應變曲線一

5、般呈現先升后降的變化趨勢。真應力-真應變曲線呈現一直增大的趨勢。真應力-真應變曲線在工程應力-應變曲線的左上方。2、工程材料在使用過程中不可避免會產生（彈性變形）；工程構件在生產過程中要（提高）材料的塑性，（降低）材料的強度；工程構件在使用過程中要（提高）材料的塑性，（提高）材料的強度。3、拉伸試樣的直徑一定，標距越長，則測出的抗拉強度值會（不變），延伸率會（越低），斷面收縮率會（不變）。4、能否由材料的延伸率和斷面收縮率的數值來判斷材料的屬性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？（P8）劄延伸率6斷商收縮率中中，無局集塑件變形，為低塑性材料燼山中只發生彈件變形，為脆性材料。5、工程應力一應變曲

6、線上b點的物理意義？試說明b點前后試樣變形和強化的特點？答：工程應力-應變曲線上b點的縱坐標代表抗拉強度，定義為試件短裂前所能承受的最大工程應力。b點之前，試樣的塑性變形是均勻的：哪里有變形，哪里就強化，難于再繼續變形，變形便轉移到別處，如此反復交替進行，就達到均勻變形的效果。b點之后，試樣的塑性變形集中在頸縮區附近：由于形變強化跟不上變形的發展，于是從均勻變形轉為集中變形，導致形成頸縮。第二章彈性變形與塑性變形（重點）名詞解釋1）比例極限Op,金屬彈性變形時應變與應力成嚴格正比關系的上限應力；2）彈性極限Oe，金屬材料發生最大彈性形變時的應力值，當應力超過彈性極限，金屬變開始發生塑性變形；3

7、）彈性比功，又稱為彈性應變能密度，是指金屬材料吸收變形功而又不發生永久變形的能力，是在開始塑性變形前單位體積金屬所能吸收的最大彈性變形功，是一個韌度指標；4）彈性后效，彈性后效指的是材料在彈性范圍內受某一不變載荷作用，其彈性變形隨時間緩緩增長的現象。在去除載荷后，不能立即恢復而需要經過一段足夠時間之后才能逐漸恢復原狀。材料越均勻，彈性后效越小；5）彈性滯后，金屬在彈性區內加載卸載時，由于應變落后于應力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，是為彈性滯后，封閉回線稱為彈性滯后環。6）內耗，由于彈性滯后，加載時金屬所吸收的彈性變形能大于卸載時所釋放的彈性變形能，即有一部分變形能不可逆地為金屬所吸

8、收。這部分吸收的功就稱為金屬的內耗，其大小用彈性滯后環的回線面積度量。7）包申格效應，金屬材料預先經少量塑性變形（1%4%）后再同向加載，彈性極限與屈服強度升高；若反向加載，則彈性極限與屈服強度降低。1、金屬的彈性模量主要取決于哪些因素？為什么說它是一個對組織較不敏感的力學性能指標？答：影響金屬彈性模量的因素有純金屬的彈性模量，合金元素與第二相的影響；外部因素有溫度，加載速率和冷變形的影響。1）純金屬的彈性模量：金屬的彈性模量與原子間作用力和距離有關，主要決定于金屬原子本性和晶格類型，隨原子序數而發生周期性變化；1）合金元素：溶質原子可改變原子間作用力，進而影響彈性模量，但影響不大。2）溫度：

9、溫度升高，原子間距增大，原子間結合力減弱，彈性模量下降。3）加載速率：彈性變形速率與聲速相當，加載速率一般遠小于聲速，故基本不影響彈性模量。4）冷變形：稍稍降低金屬的彈性模量，但影響不大。5）熱處理：彈性模量可能增大可能減小，但影響不大。綜上所述，金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵本性和原子間的結合力，而材料的成分和組織對它的影響不大，金屬的彈性模量是一個對組織不敏感的力學性能指標。2、今有45，35CrMo鋼，灰口鑄鐵，哪個選作機床床身的材料？答：灰口鑄鐵，其內耗大，是消震能力很強的材料，有利于機器的穩定運轉。注意：金屬的內耗與材料消震能力相關，內耗越大，彈性滯后越大，消震能力越強。對于要求音響

10、效果好的元器件，要保持長時間震動，用小內耗材料；對于一些儀器傳感器，其內耗越小，靈敏度越高。3、試闡述彈性極限，比例極限，屈服強度的意義、區別與測試方法答：屈服強度0.2：是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應力。（1）對于屈服現象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；（2）對于無明顯屈服的金屬材料，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大于此極限的外力作用，會產生頸縮，應變增大，將會使零件永久失效，無法恢復。當應力超過彈性極限后，進入屈服階段后，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到b點后（書

11、P6,圖4-1）,塑性應變急劇增加，應力應變出現微小波動，這種現象稱為屈服。如低碳鋼的屈服極限為207MPa,當大于此極限的外力作用之下，零件將會產生永久變形，小于這個的，零件還會恢復原來的樣子。其余見上面定義解釋及書本對應章節。4、試述多晶體金屬產生明顯屈服的條件（P23）答：多晶體金屬產生明顯屈服的條件：1）材料變形前可動位錯密度小，或雖有大量位錯但被釘扎住，如鋼中的位錯為間隙原子、雜質原子或第二相質點所釘扎；2）壓力敏感因素m小，即位錯運動速率與外加應力之間有強烈依存關系，屈服現象越明顯。塑性變形初始階段，由于可動位錯密度少，為了維持高的應變速率，必須增大位錯運動速率，因而要提高位錯運動

12、速率必須要有高的應力，這對應于“上屈服點”。接著塑性變形產生，位錯大量增殖，為適應原先的形變速率，位錯運動速率必然下降，相應的應力隨之下降，從而產生了屈服降落的現象。對于bcc（體心）金屬及其合金，位錯運動速率應力敏感指數m低，即位錯運動速率變化所需應力變化大，屈服現象明顯。而fee（面心）金屬及其合金，其位錯運動速率應力敏感指數高，屈服現象不明顯。因此bee金屬及其合金與fee金屬及其合金屈服行為不同。隨含碳量的增加，屈服現象越來越不明顯。這是由于隨含碳量高，其組織中滲碳體含量增多，對基體起強化作用，使得材料屈服強度很高，塑性降低。5、哪些因素影響金屬材料的屈服強度？P24-26答：1）純金

13、屬的屈服強度影響因素：點陣阻力、位錯間交互作用阻力、晶界阻力；2）合金屈服強度的影響因素：固溶原子、第二相粒子、晶界阻力；3）其他因素：溫度、加載速度、應力狀態等。詳細解答如下：（1）內因金屬本性及晶格類型：不同的金屬及晶格類型，位錯運動所受阻力（包括派納力、位錯間交互作用力）不同；晶粒大小和結構：減小晶粒尺寸將增加位錯運動障礙的數目，減小晶粒內位錯塞積群的長度，使屈服強度提高，即細晶強化。屈服強度與晶粒尺寸之間符合H-P公式。溶質元素：溶質元素的加入，使得晶格發生畸變，在溶質原子周圍形成晶格畸變應力場，與位錯應力場交互作用，阻礙位錯運動，提高屈服強度，即固溶強化。第二相：對于可變形的第二相質

14、點，位錯可以切過，使之同基體一起變形，由于質點與基體間晶格錯排及位錯切過第二相質點產生新的界面需要作功等原因，使得屈服強度提高。對于不可變形的第二相粒子，位錯只能繞過，繞過質點的位錯線在質點周圍留下一個位錯環，隨著繞過質點的位錯數量的增加，留下位錯環的數量亦增加，相當于質點的間距減小，流變應力增大，屈服強度提高。顆粒半徑越小，數目越多，間距越小，位錯運動阻力越大，強化效應越大（2）外因溫度：升高溫度，金屬材料的屈服強度降低，但金屬結構不同，變化趨勢亦不同Bcc結構的屈服強度具有明顯的溫度效應，即溫度降低，屈服強度急劇上升。應變速率：應變速率增大，金屬的屈服強度增加應力狀態：切應力分量大，易于塑

15、性變形，則材料的屈服強度低。不同應力狀態下材料的屈服強度不同，不是材料性質的變化，而是材料在不同的條件下表現的力學行為不同。6、為什么晶粒大小會影響屈服強度？P25答：因為位錯間的交互作用力對屈服強度的影響很大，若將多晶體中的晶粒看作單晶體，因為晶界兩側的晶粒取向不同，單晶體中位錯的運動會受阻于晶界，其中一個晶粒內滑移的位錯并不能直接進入鄰近晶粒，于是位錯在晶界附近塞積，造成應力集中，當應力達到一定程度后才會激發相鄰晶粒內的位錯源開動，引起宏觀的屈服應變。因此細化晶粒是提高金屬屈服強度的有效辦法，而且細化晶粒還可以提高塑性和韌度。7、彈性后效，彈性滯后和包申格效應有何實用意義？哪些金屬和合金在

16、什么情況下最容易出現這種狀況？如何防止和消除？答：彈性后效，彈性滯后和包申格效應統稱為彈性的不完善，指對于實際的金屬材料，即使在彈性變形范圍內，應變與應力也不呈嚴格的對應關系，應變不僅與應力有關，還與時間和加載方向有關。實用意義：對于彈性滯后，我們可以用內耗大的金屬材料來作為消震材料。對于包申格效應，例如經微量冷變形的材料，如使用時的受力方向與原變形方向相反，應考慮彈性極限與屈服強度的降低。在加工過程中，使材料交替承受反向應力，以降低材料的變形抗力。另外對于研究材料的疲勞也很重要，因為疲勞失效是在反復交變加載的情況下出現的。當材料內部組織不均勻、晶體內殘存應力或者加載速度很快的時候，很容易出現

17、彈性的不完善，例如經淬火或者塑性變形的鋼。防止辦法：減少彈性后效的方法是長時間回火，若減弱或者消除包申格效應則進行較大的預應變，或在回復和再結晶溫度下退火。 補充：1、包申格效應的解釋？包辛格效應可以用位錯理論解釋0第一，在原先加載變形時位錯源在滑移面上產生的位錯遇到障爾，塞積后便產生了背應4這背應力反作用丁-位錯源，當背應力（取決于塞積時產生的應力集中）足夠大時，可使位鉛源停止開劫*背應力是種長程（晶粒或位錯胞尺寸范圍）內應力，是金屬基體平均內應力的度魚。因為預變形時位錯運動的方向和背應力的方向相反，而當應向加載時位鉛運動的方向與原來的方向相反了，和背廟力方向一致.背應力幫助位錯運動，塑性變

18、形容易了.于是.經過預變形再反向加我，其屈服強度就降低了U這般被認為是產隹包辛格效應的工要原因*其次，在反向J-A章i.aLJ-LF山.m*才.P.*.J.-LL=rdir2、一鋁合金制輕型人字梯，在人體重力作用下彈性撓度過大口在不增加梯子重肯減小撓度試問下述方法是否可行？（1）.采用時效鋁合金，提高材料強度，:合金代替鋁合金（EMg=43xlOloN/m2,DMg=1.74g/cm3；如=7燈0咖/吊，DA1=2.（3.重新設計，改變原鋁合金型材的截面形狀尺寸。答：在彈性變形范圍內*構件抵抗變形的能力稱為剛度口剛度的定義：Q=P/e9A/e=EA。剛度Q與材料的彈性模量E和構件的截用關。對于

19、-定材料的構件，剛度只與其截面積成正比.要增加零（構）件的剛屋用彈性模量E高的材料，要么增大零（構）件的截面面積Ao（1）.如果鋁合金時效后，能產生高熔點高彈性模量的第二相質點，那么卡彈性模量會提高，因此町以使用這個方法，反之，不行。、假設人字梯的高度不變，采用鎂合金后，因為鎂侖金的密度小，所E3、幾個概念：1.l-A,故ovS,條件應力-應變曲線位于真實應力-應變曲線之下；（2）壓縮試驗時，A0vA，故oS，條件應力-應變曲線位于真實應力-應變曲線之上。6、欲用沖床從某薄鋼板上沖剪出一定孔徑的孔，在確定需要多大的沖剪力時應采用材料哪種力學性能指標？采用何種試驗方法測定它？答：抗剪切性能，P3

20、6。補充：1、采用三點彎曲和四點彎曲對同樣材料在進行彎曲試驗所得到的結果，前者高；第四章材料的硬度1、硬度的定義是什么？硬度試驗有哪些特點？2、試比較布氏、洛氏、維氏硬度試驗原理的不同之處，說明他們的優缺點和應用范圍。答：（1）布氏硬度試驗的原理是用一定直徑D（mm）的鋼球或硬質合金球為壓頭，施以一定的試驗力F（N）,將其壓人試樣表面，經規定保持時間t后卸除試驗力，試樣表面將殘留壓痕，用試驗力F（單位：N）除以壓痕球形表面積A所得的商，即布氏硬度值：當壓力和壓頭直徑一定時，壓痕直徑越大，布氏硬度值越低，即變形抗力越小（越軟）；反之，布氏硬度值越高。優點：1）壓痕面積大，能反映出較大范圍內材料各

21、組成相的綜合平均性能不受個別微區不均勻性的影響，所以分散性小，重復性好；2）適用于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或組成相的金屬材料的硬度。缺點：1）壓痕較大，不宜在零件表面、薄壁件上測定布氏硬度；2）對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力，壓痕直徑測量也較麻煩，用于自動檢測時受限。（2）洛氏硬度試驗用圓錐角為120的金剛石圓錐體或一定直徑的小淬火鋼球壓入試樣表面，直接測量壓痕深度，測量壓痕深度表示材料的硬度值，壓痕愈淺表示材料愈硬。洛氏硬度測試時試件表面應當為平面，在球面或者圓柱面上測試時比真實值要低。優點：操作簡便、迅速，硬度值可直接讀出；壓痕小，可在工件上直接進行試驗；加有預載荷

22、，可消除表面輕微不平度對試驗的影響；采用不同標尺可測定各種軟硬不同的金屬和厚薄不易的試樣的硬度。其缺點：壓痕小，對材料組織不均勻性敏感，測試結果分散，重復性差；用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯系，不能直接比較。（3）維氏硬度試驗原理與布氏硬度相同，也是根據壓痕單位面積所承受的試驗力來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭不是球體，而是兩對面夾角為136的金剛石四棱錐體。優點：不存在布氏試驗時要求試驗力與壓頭直接之間所規定條件的約束，也沒有洛氏硬度試驗時不同標尺的硬度值無法統一的弊端；維氏硬度試驗時試驗力任意可取，壓痕測量精度高，硬度值較精確。缺點：硬度值需要測量壓痕對角線長度后才能進行計算或

23、查表，工作效率比洛氏硬度要低。3、布氏、洛氏、維氏硬度壓頭形狀有什么區別？其硬度用什么符號表示？說明其符號的意義答：（1）壓頭形狀布氏硬度壓頭是球形；洛氏硬度壓頭有兩類，頂角為120金剛石圓錐體和鋼球壓頭；維氏硬度壓頭為金剛石制成的四方角錐體，兩相對面間的夾角為136。（2）符號表示布氏硬度：壓頭為淬火鋼球，HBS；壓頭為硬質合金球，HBW。HBS或HBW之前的數字表示硬度值，其后的數字依次為壓頭直徑、壓力和保持時間。例：150HBS10/3000/30,表示用10mm直徑淬火鋼球，加壓3000kgf，保持30s，測得布氏硬度值為150；500HBW5/750,表示用5mm直徑硬質合金球，加壓

24、750kgf,保持10-15s(保持時間為10-15s,不加標注)，測得布氏硬度值為500。洛氏硬度：測定HRC采用金剛石壓頭，設在試件表面留下的殘余壓痕深度為to規定：t=0.2mm時，HRC=0；t=0,HRC=100,壓痕深度每增0.002mm,HRC降低1個單位。于是有：HRC=(0.2-t)/0.002=100-t/0.002維氏硬度：表示方法與布氏硬度的相同。例：640HV30/20，最前數字為硬度值，后面數字依次為載荷/保持時間。4、同一材料用不同的硬度測試方法所測得的硬度值有無確定的對應關系？為什么？有兩種材料的硬度分別為200HBS10/1000和45HRC,問哪一種材料硬？

25、答：無確定的對應關系。硬度不是一個有明確物理意義的性能指標，而是包括了許多力學行為在內的一個綜合性的概念。用不同的硬度試驗方法測量不同的材料，材料內部所發生的力學行為不同，其實際含義也不同。由于各種硬度的測試條件不同，因此相互之間沒有換算公式，但根據計算結果可知有1HRCJ0HBJ0HV,所以后者硬度高。5、一個直徑10mm的圓柱試樣在端面和圓周側面上所測得的洛氏硬度值是否相等？以哪個為準？答：不相等,洛氏硬度測試時試件表面應當為平面,在球面或者圓柱面上測試時比真實值要低,修正關系見P42.6、現有如下工件需要測試硬度,選用何種方法較為合適？(1)滲碳層的硬度分布(2)灰鑄鐵(3)淬火鋼件(4

26、)龍門刨床導軌(5)氮化層(6)儀表小黃桶齒輪(7)雙相鋼中的鐵素體和馬氏體(8)高速鋼刀具(9)硬質合金(10)退火態下的軟鋼7、下列硬度的要求或者寫法是否妥當？如何改正？HBW180-240,HRC12-15,HRC70-75,HRC45-50kgf/mm2,HBS470-500補充：1、工程中測定材料的硬度最常用（壓入法）。2、同種材料的（布氏與維氏）硬度可相互參比。3、與抗拉強度之間存在相互關系的是（布氏硬度）。第五章斷裂（重點）1、說明下列術語之間的關系：（1）微孔聚集型斷裂（2）解理斷裂（3韌性斷裂（4）脆性斷裂（5）穿晶斷裂（6）沿晶斷裂答：1）根據斷裂前是否發生宏觀塑性變形，分

27、成“韌性斷裂”和“脆性斷裂”；2）根據引發斷裂的原因和斷裂面取向，分成“正斷”和“切斷”；3）裂紋擴展路線，分成“穿晶斷裂”和“沿晶斷裂”；4）根據斷裂的微觀機制，分成“微孔聚合型延性斷裂”、“解理斷裂”和“沿晶斷裂”；分類方祛名稱斷袈示滋出特征攥愿斷裂前墊性變珈大小井苑施性斷轂口前裂時股有明顯的型性變形，吸收的能小*新口總睨是光亮的蜻詰狀韌性斷裂停5旳DCJ斷觀時有明耳的舉性礎形吸收的儺大，斷口幣錠是衣昭赳*野曙枇按照浙裂茴的取向分類iEWr新裂的to面垂直于方向切蘭駱裂的駁觀矗面平行于軻!方向按照裂紋擴展路艷分類穿晶新裂顯紋穿過晶粒內部晶界斷裂?w塾紋沿期界擴廉溶晶界空冗聚皆沿晶瞬瓠粘晶肉

28、空穴橐合穿晶斷裂沿帶移面井葛曲切瞬魏I越晶悴1實際材料中總是存在許多細小的裂紋或者缺陷，在外力作用下，這些裂紋和無明颯屋性變影沿解理面井冑茅晶餅純翳切瞬裂2、Griffith理論（p50）通過壇殘導甦竝終騎裂（瘙晶萍*高純金缺陷附近產生應力集中現象。當應力達到一定程度時，雖然此時應力值對于材料理論強度而言并不高，但裂紋尖端的局部應力已經達到很高的數值，從而使裂紋快速擴展，導致了材料的斷裂。也就是說，裂紋并不晶體同時沿整個原子面拉斷，而是裂紋沿著某一存在缺陷的原子面發生擴展的結果，根據這一理論可以解釋為什么固體材料實際強度低于理論值。Griffith理論可以解釋的現象：1）剛拉出來的玻璃試樣彎曲

29、強度為6Gpa，空氣中防止幾小時后變為0.4GPa下降的原因是因為“大氣腐蝕”以及空氣中灰塵等顆粒與試樣表面的接觸使得試樣表面形成裂紋。2）用溫水溶去NaCl表面的缺陷，強度由5MPa提升至1.6GPa。3）一根石英玻璃絲切割成不同長度的幾段，越短強度越高，這是因為試件長，含有危險裂紋的機會就越多。大試件強度偏低，這就是尺寸效應。3、延性斷口由哪幾個區域組成？各區的形貌有何特點？答：延性斷口由纖維區、放射區、剪切唇區三個區域組成。纖維區形貌：與拉伸方向垂直，表面無金屬光澤，凹凸不平；放射區形貌：表面有放射線花樣，放射線平行于裂紋擴展方向而垂直于裂紋前端的輪廓線，并逆指向裂紋源。剪切唇區形貌：與

30、拉伸方向呈45度，表面光滑。4、試述韌性斷裂和脆性斷裂有何區別？工程構件中為什么脆性斷裂最危險？答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產生明顯宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴展過程中不斷地消耗能量。韌斷的斷裂面一般平行于最大切應力并與主應力成450，斷口呈纖維狀，灰暗色，其斷面收縮率大于5%。其宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區、放射區和剪切唇三個區域組成。其韌性斷裂的微觀機制是微孔聚集型斷裂，可以觀察到韌窩。脆性斷裂是突然發生的斷裂，斷裂前基本上不發生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。脆性斷裂的斷裂面一般與正應力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結晶狀，其斷面收縮率小于5%。其

31、斷裂機制為解理斷裂，可以觀察到解理臺階、河流花樣和舌狀花樣等微觀特征。由于脆性斷裂發生時沒有明顯征兆，不易于提前發現和預防，因此在實際工程應用上具有極大的危害性，最為危險。5、解理斷裂和剪切斷裂都是穿晶斷裂，為什么斷裂性質完全不一樣？答：裂紋穿過晶內的斷裂為穿晶斷裂。剪切斷裂是金屬材料在切應力作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂，其中又分滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。斷裂前發生了明顯塑性變形，其宏觀斷裂形態表現為韌性斷裂。解理斷裂是金屬材料在一定條件下（如低溫），當外加正應力達到一定數值后，以極快速率沿一定晶體學平面產生的穿晶斷裂。解理面一般是低指數晶面或表面能最低的晶面。其宏觀斷

32、裂形態一般為脆性斷裂。6、宏觀脆性斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？答：斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結晶狀。其微觀特征：河流狀花樣，舌狀花樣。對河流狀花樣，“河流”順流方向與裂紋擴展方向相同，故可以從河流的反方向去尋找斷裂源。下圖中河流狀花樣斷裂源在右上方第二相質點密度大小對斷口中韌窩的大小和深淺有何影響？答：微孔聚集型斷裂的全過程：微孔形核：當拉伸載荷達到最大值時，試樣發生頸縮。在頸縮區形成三向拉應力狀態，且在試樣的心部軸向應力最大。在三向應力的作用下，試樣心部的夾雜物或第二相質點破裂，或者夾雜物或第二相質點與基體界面脫離，最終形成微孔。（第二相粒子的存在，是微孔成核

33、的源）微孔長大：增大外力，微孔在縱向與橫向均長大微孔聚合：微孔不斷長大并發生聯接而形成大的中心空腔。最后，沿45方向切斷。第二相質點密度越大，韌窩尺寸越小。材料塑性好，則韌窩深。8、臨界斷裂應力oc與抗拉強度ob有何區別？答：OC是材料裂紋產生失穩擴展的斷裂強度，在應力應變曲線上為斷裂時的強度值。ob是金屬材料在拉伸中對最大均勻塑性變形的抗力，在應力應變曲線上為最大力所對應的應力。9、在什么樣的條件下易出現沿晶斷裂？怎么樣才能減小沿晶斷裂傾向？（P50）答：裂紋擴展總是沿著消耗能量最少，即原子結合力最弱的區域進行的。一般情況下，晶界不會開裂，發生沿晶斷裂勢必是由于某種原因降低了晶界結合強度。一

34、般造成該現象的原因有：1）晶界存在連續分布的脆性第二相；2）微量有害雜質元素在晶界上偏聚；3）由于環境介質損害了晶界，如氫脆、應力腐蝕、應力和高溫的復合作用在晶界造成損傷。因此減小應力腐蝕、氫脆以及回火脆性等缺陷都可以減小沿晶斷裂的傾向。沿晶斷裂斷口形貌呈冰糖狀，如下圖所示：補充：1材料失效最危險的形式是（斷裂人2、解理斷裂是（穿晶脆斷人3、下述斷口哪-種是延性斷口（d.a）穿晶斷Ib）沿晶斷口c）河流花樣d）韌窩斷口4、雙原子模型計槨出的材料理論斷裂強度比實際值高出-個數量級，是因為5）口a）模型不好b）近似計算太粗太多c）實際材料有缺陷d）實際材料無缺陷5Griffith強度理論適用于（玻

35、璃、陶瓷等脆性材料人6、理論斷裂強度適用于（d）.7、韌性材料在什么樣的條件下可能變成脆性材料（b）a）增大缺口半徑b）增大加載速度c）升高溫度d）減小晶粒尺寸8、面心立方晶格金屬因為滑移系多，因此塑性、韌性好，而體心立方和密排六方金屬的塑性、韌性較差。9、鋼中含碳質量分數增加，塑性變形抗力增加，沖擊韌性降低。P5810、細化晶粒可同時提高強度，塑性，韌性。 第七章斷裂韌性（重點）名詞解釋1）低應力脆斷：斷裂應力低于屈服強度，即低應力脆斷；1、何謂應力強度因子，其表達式的一般形式如何？答：對于張開型（I型）裂紋，若裂紋體的材料一定，應力分量的數學公式表明裂紋尖端區域各點的應力分量除了決定于其位

36、置（r,B）外，與共同因子牟有關。對于確定的點，即“裂紋尖端”附近某一點的位置也給定，則該點的各應力分量唯一地決定于K之值，K值越高，則該點各應力、位移分量越高。這樣K就可以表示“裂紋尖端”彈性應力場強弱程度，稱為應力強度因子，它和裂紋尺寸、構件幾何特征以及載荷有關。應力強度因子概念的提出可成功地解釋低應力脆斷事故。其中張開型（I型）裂紋應力強度因子牟是線彈性斷裂力學中一個重要斷裂參量，因為I型裂紋擴展所需應力小，屬于最危險情況，容易發生。除了KI，對應還有KII和Km，分別別剪切形和撕裂形。對于K其計算公式為：K=gJ2兀a，Yjc上式中Y為幾何形狀因子，與裂紋型式、試件幾何形狀有關，為試件

37、承受的應力，c為最大裂紋尺寸。求K的關鍵是求Y，各種不同的裂紋系統的Y值計算方法已編成冊子，可查閱。試件和裂紋幾何形狀、加載方式不同，牟的表達式也不同，見書P74。2、線彈性斷裂力學，定義？如何計算？答：因牟由線彈性理論推出，所以一般只適用于線彈性材料的斷裂。由此建立起來的理論稱為線彈性斷裂力學。注意，其中KIC是一個材料常數，稱為“平面應變斷裂韌性”，對于一種固定的材料都有一個KIC值，另一方面KIC也是應力強度因子臨界值。KIC反映了含有裂紋的材料對外界作用的一種抵抗能力，也可以說是阻止裂紋擴展的能力，是材料的固有屬性。當應力a和裂紋尺寸a單獨或者共同增大時，牟和裂紋尖端各應力分量也隨之增

38、大。在某個具體狀態下，KI已增大到臨界值，這時在裂紋尖端足夠大的范圍內，應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩擴展進而導致材料斷裂。這個臨界失穩狀態的K值記為KC或者KC，即斷裂韌度。1）當K=KIC時，裂紋體處于臨界狀態，裂紋可能擴展也可能不擴展，這取決于后續能量的增減；2）當KKC時，裂紋尖端足夠大的范圍內應力達到了材料的斷裂強度，裂紋會失穩擴展導致材料斷裂，稱為KIC判據。P78補充：KI參數的建立主要是因為裂紋的引入改變了周圍應力、應變的分布，使得“抗拉強度”不能再作為評價材料是否失效的標準。而KIC指的是含有裂紋的物體，在斷裂之前裂紋尖端所承受的最大應力強度因子，由于在線彈性范圍內，K

39、IC是一個臨界值，即一旦K超過KIC，則裂紋將迅速失穩，擴展，斷裂。因此，裂紋尖端的應力強度因子K越大，不代表說這個材料中裂紋容易擴展，只能說明這個時候裂紋尖端的應力集中越明顯，至于裂紋會不會擴展、容不容易擴展，還要看材料的斷裂韌性KIC。KIC稱為平面應變下的斷裂韌度，表示在平面應變條件下材料抵抗裂紋失穩擴展的能力；KC稱為平面應力斷裂韌度，表示在平面應力條件下材料抵抗裂紋失穩擴展的能力。它們都是I型裂紋的材料斷裂韌性指標。4、試述KIC判據的意義和用途答：意義：將材料的斷裂韌度KIC同機件或（構件）的工作應力及裂紋尺寸的關系定量地聯系起來了；用途：可解決裂紋體的斷裂問題。如可以估計裂紋體的

40、最大承載能力，允許裂紋尺寸c及材料的斷裂韌度KIC等。實例：有一個構件，實際使用應力=1.3GPa，有兩種待選鋼材：甲鋼屈服強度ys=1.56GPa，KIC=75MPam-i/2。=1.95GPa，KIC=45MPam-i/2；乙鋼屈服強度ICys根據傳統的理論，肯定是選用屈服強度高的甲鋼。但是根據斷裂力學的觀點，構件的脆性斷裂是裂紋擴展的結果，所以應該計算K和KIC之間的大小。設兩種鋼中最大裂紋尺寸c為1mm,相應的裂紋幾何形狀因子Y=1.5,且已知K=Ygc，得斷裂應力=K/Yyc，甲鋼的斷裂應力按此計算為1GPa,IcIc乙為1.67GPa,甲鋼材的1GPav1.3GPa,所以甲不安全，

41、要選乙。對于大多數無機材料而言，如陶瓷，其斷裂韌性KIC值較小，一般在0.515MPami/2之間，所以其斷裂應力較低，當材料中存在很小的一條裂紋c時即可導致斷裂。例如Al2O3多晶體的斷裂韌性只有3MPami/2，如果要求材料在500MPa條件下工作，根據斷裂應力=K/Y、jc，500MPa,取Y=丁兀,可得材料中固cIc有裂紋尺寸不能超過12m，這對于材料制備提出了很高的要求。因此我們希望陶瓷的斷裂韌性能夠大一些，以防止其發生低應力下的脆斷，這就涉及到陶瓷的增韌，見書P193。5、分析無機材料顯微結構對斷裂韌性的影響？(無機材料物理性能，P63)答：絕大多數無機材料的斷裂韌性都比較低，例如

42、對于陶瓷材料其斷裂韌性KIC值按下式估算：(P192)K=2E(12)1/2IC造成陶瓷等無機材料斷裂韌性值低的其根本原因是在裂紋擴展過程中，除了形成新表面消耗能量之外，傳統的無機材料中幾乎就沒有其他任何可以顯著消耗能量的機制。而對于金屬材料斷裂要吸收大量塑性變形能，而塑性變性能比表面能要高幾個數量級，所以其斷裂韌性KC值會比陶瓷高12個數量級。裂紋偏轉與裂紋偏轉增韌裂紋擴展過程中擴展方向發生變化稱為裂紋偏轉，由于裂紋偏轉而導致的材料斷裂韌性提高稱為裂紋偏轉增韌。大多數無機材料中，由于晶界間的結合力一般小于晶粒內部原子的結合力，固有裂紋大多存在于晶界處。當發生沿晶斷裂時，固有裂紋沿晶界擴展時將

43、具有曲折的路徑，裂紋擴展途徑的延長將導致裂紋擴展過程中消耗的能量增多，表觀斷裂表面能增大，相應地，斷裂韌性有所增加。晶粒尺寸的增大在增大表觀斷裂表面能時，也會使得固有裂紋尺寸可能由于晶粒尺寸的增大而增大，總得效果是材料斷裂韌性提高了，但材料的斷裂強度下降。2）裂紋橋接與裂紋橋接增韌導致裂紋橋接的組元有大晶粒、纖維、晶須、第二相延性顆粒。比如說裂紋擴展過程中遇到大晶粒，其存在相當于在兩個相對裂紋面之間架了一座橋，隨著裂紋的進一步擴展，兩個相對裂紋面之間距離的增大必然受到晶粒的這種“架橋”作用的抑制，宏觀上就表現為提高了材料的擴展阻力。由裂紋橋接導致的材料斷裂韌性的提高稱為橋接增韌。3）微裂紋增韌

44、，相變增韌材料中均勻分布的微裂紋和主裂紋聯接，將使裂尖鈍化（主裂紋分叉），改變了主裂紋尖端的應力場，并使主裂紋擴展路徑曲折，增加了擴展過程中的表面能，總而使裂紋快速擴展受到阻礙，增加了材料的斷裂韌性。ZrO2顆粒小到一定值時，足以使相變溫度降到室溫以下，陶瓷基體中的四方ZrO2顆粒可以一直保持到室溫。裂紋擴展時，處于裂紋尖端區域的四方ZrO2發生t-m的相變和體積膨脹，相變要吸收能量，而體積膨脹可以松弛裂紋尖端的拉應力，甚至產生壓應力，從而提高了材料對裂紋擴展的抗力，改善了材料的斷裂韌性。6、簡述無機材料中（以陶瓷為例）“裂紋成核”的因素（筆記）答：在前面介紹Griffith理論，應力強度因子

45、K,斷裂韌性KC時都是針對裂紋進行分析的，但沒有涉及到裂紋的來源，這里簡單介紹下裂紋成核因素：1）室溫下，制備過程中引入，如機械加工、沖撞引入裂紋；2）中溫下，位錯成核引入裂紋；3）高溫下，高溫蠕變引入位錯和裂紋；其中制備過程中引入裂紋可分為以下三種情況：1）熱壓燒結：缺陷、夾雜物、加工缺陷、非均勻物質；2）無壓燒結：氣孔；3）氣相沉積：表面缺陷，晶粒間界，分層該部分內容另見無機材料物理性能P36-“無機材料中微裂紋起源”7、簡述無機材料裂紋“亞臨界擴展”（緩慢擴展）答：無機材料中的裂紋在受到外力作用時，除了發生“快速失穩擴展”和“穩態擴展”之外，在一定條件下還會發生一種擴展速率相對較慢的“亞

46、臨界擴展”（緩慢擴展）。裂紋的亞臨界擴展是一個與時間有關的過程，材料在受到一個恒定的外加應力（低于其自身斷裂強度）的作用時，雖然不會發生瞬時斷裂，但隨著時間a的延續，裂紋擴展持續發生，最終在外力作用一段時間后突然斷裂。這種滯后于外力作用的斷裂現象稱為“延遲斷裂”。這種延遲斷裂現象其實就對應于陶瓷的靜態疲勞，即在持久恒定載荷（低于斷裂強度）的作用下發生的失效斷裂。對于絕大多數無機材料而言，在室溫下發生延遲斷裂一般都是由于材料中存在固有裂紋在外力作用下發生緩慢擴展導致的，這種裂紋從“初始尺寸”經亞臨界擴展發育到“臨界尺寸”并最終導致材料斷裂所需的時間稱為斷裂壽命，斷裂壽命的預測見無機材料物理性能P

47、76。8、裂紋的亞臨界擴展機理（無機材料物理性能P72）答：1）低溫下，應力腐蝕擴展理論在應力作用下，裂紋尖端處原子鍵受力而處于高能狀態，裂紋尖端處的材料與腐蝕介質起化學反應引起破壞。這種由外力作用誘發的化學反應導致的裂紋亞臨界（緩慢）擴展過程通常稱為應力腐蝕裂紋擴展，是一個外加應力導致的應變和腐蝕聯合作用產生的材料破壞過程。2）高溫下，裂紋緩慢擴展機理在高溫下，晶界玻璃相的黏度下降，在裂紋尖端處，由于局部的應力集中，除了晶相的蠕變變形加大之外，晶界玻璃相將發生黏滯流動。在黏滯流動的過程中，材料中存有的氣孔或者是由于黏滯流動而相應形成的氣孔空腔被拉長，并向裂紋尖端處移動，與主裂紋匯合，這在宏觀

48、上就表現為裂紋尖端緩慢向前移動。9、裂紋的“亞臨界擴展”與裂紋“穩態擴展”之間有何不同？答：兩者之間有著本質的不同，從以下幾方面理解：1）亞臨界擴展是一個與時間有關的過程，在外加應力恒定情況下，隨著時間的延續裂紋擴展持續進行，最終導致材料斷裂；2）而穩態擴展是一個與時間無關的過程，在一定的外力下，裂紋很快擴展到相應尺寸，并且此時裂紋擴展阻力和外加裂紋擴展動力之間達到平衡，只有進一步提高外力才能導致裂紋進一步擴展；3）裂紋的亞臨界擴展導致材料斷裂強度降低，而裂紋的穩態擴展不會導致材料強度降低；10、可采取怎么樣的技術措施提高材料的斷裂韌性KIC值？答：金屬的韌化，即增韌。見書P83。11、試比較

49、靜力韌度，缺口沖擊韌度，斷裂韌度的異同點和它們用來衡量材料韌度的合理性第八章金屬的疲勞1、用哪幾個參數表示應力的循環特征？答：應力幅oa,應力范圍Ao,平均應力om,應力比R,P91。2、疲勞壽命曲線如何測定？如何定量地表示？答：P923、什么是低循環疲勞、高循環疲勞？答：P924、工程中如何定義疲勞極限？如何測定？答：在指定的疲勞壽命Nf值下,試件所能承受的上限應力幅值（最大應力幅值oa）稱為“疲勞極限。對于結構鋼，指定壽命常取Nf=107cycles。5、“循環應力比”或“平均應力”對疲勞壽命和疲勞極限有何影響？如何定量地表示應力比對疲勞壽命和理論疲勞極限的影響？答：在給定的應力幅下，隨著

50、平均應力升高，疲勞壽命縮短，疲勞極限降低，對于給定的疲勞壽命，平均應力升高，材料所能承受的應力幅值降低。平均應力對疲勞極限的影響，Goodman公式：，(1-/)a-1mb上式中表示疲勞極限，表示在應力比R=-1時測定的疲勞極限，表a-1m示平均應力。具體影響見P946、疲勞失效過程可以分為哪幾個階段？并簡述各階段的機制答：疲勞失效過程可以分成三個主要階段：疲勞裂紋形成，疲勞裂紋擴展，當疲勞達到臨界尺寸時發生最終斷裂。具體見P97。7、試述疲勞微觀斷口的主要特征答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶(疲勞條紋、疲勞輝紋)。疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征。滑移系多的面心立

51、方金屬，其疲勞條帶明顯；滑移系少或組織復雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。疲勞裂紋擴展的塑性鈍化模型(Laird模型)：在交變應力為零時裂紋閉合；受拉應力時，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應力方向產生滑移；裂紋張開至最大，塑性變形區擴大，裂紋尖端張開呈半圓形，裂紋停止擴展。由于塑性變形裂紋尖端的應力集中減小，裂紋停止擴展的過程稱為“塑性鈍化”；當應力變為壓縮應力時，滑移方向也改變了，裂紋尖端被壓彎成“耳狀”切口；到壓縮應力為最大值時，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍變銳，形成一對尖角。c)巳壽命”8、如何延長裂紋形成壽命？有哪些技術措施又延長“裂紋擴展壽命”？d)答：零件的疲勞壽命由“疲勞裂紋形成壽命

52、Ni”和“裂紋擴展壽命.血”兩部分Z壽命在疲勞其是咼弓組成。但對于很多材料，壽命中占主要部分。e)延長裂紋形成壽命的措施如下：(P108)(1)細化晶粒隨著晶粒尺寸的減小，合金的裂紋形成壽命和疲勞總壽命延長。因為晶粒細化可以提咼金屬的微量塑性抗力，使塑性變形均勻分布，因而延緩疲勞微裂紋的形成。再則，晶界有阻礙微裂紋長大和聯接作用。(2)減少和細化合金中的夾雜物減少和細化合金中的夾雜物顆粒，可以延長疲勞壽命。(3)微量合金化向低碳鋼中加鈮，大幅提咼鋼材的強度和裂紋形成門檻值，大幅度地延長裂紋形成壽命。(4)減少咼強度鋼中的殘余奧氏體因為奧氏體比較軟。改善切口根部的表面狀態孔擠壓強化疲勞裂紋常在孔

53、邊形成，因而對孔壁進行冷擠壓，在孔邊造成殘余壓應力并使孔邊材料發生強化，從而延長裂紋形成壽命。（7）表面噴丸，激光脈沖強化，離子注入。9、試述金屬表面強化對疲勞強度的影響答：表面強化處理可在機件表面產生有利的殘余壓應力，同時還能提高機件表面的強度和硬度，這兩方面的作用都能提高疲勞強度。表面強化方法，通常有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學熱處理等。（1）表面噴丸及滾壓噴丸是用壓縮空氣將堅硬的小彈丸高速噴打向機件表面，使機件表面產生局部形變硬化；同時因塑變層周圍的彈性約束，又在塑變層內產生殘余壓應力。表面滾壓和噴丸的作用相似，只是其壓應力層深度較大，很適于大工件；而且表面粗糙度低，強化效果更好。

54、（2）表面熱處理及化學熱處理除能使機件獲得表硬心韌的綜合力學性能外，還可以利用表面組織相變及組織應力、熱應力變化，使機件表面層獲得高強度和殘余壓應力，更有效地提高機件疲勞強度和疲勞壽命。第十二章復合材料的力學性能（重點）L變；串聯模型，纖維與基力。聯模型并聯模型，纖維與基體冇相同對于單向連續纖維復合材料，它有五個特征強度值，即縱向抗拉強度、橫向抗拉強度、縱向抗壓強度、橫向抗壓強度、面內抗剪強度，這些強度在宏觀尺度上是彼此無關的。它還有四個特征彈性常數，即縱向彈性模量、橫翩性模駢聯模型主泊松比、切變模量，這四個彈性常數也是彼此獨立的。可見，單向連續纖維復合材料有9個基本性能指標。復合材料的性能特

55、點1、高比強度、比彈性模量；2、各向異性；3、抗疲勞性能好；4、減振性能好；5、可設計性強。1、何謂“混合定則”？它是在什么前提下推導出來的？答：EEV+EV,其中EL表示復合材料縱向模量，Efb表示纖維縱向模Lfbfbmm量，Em表示基體縱向模量，表明纖維和基體對復合材料的力學性能所做的貢獻與他們的體積分數成正比，這種關系成為混合定則。其前提是假設纖維和基體結合良好，在受力時，在與纖維相同方向上各組分應變相等。2、單向連續纖維復合材料的縱向應力-應變曲線基體、纖維和單向連續纖維復合材料的拉伸應可以看出，復合材料的應力應變曲線處于基體和纖其位置取決于纖維的體積分數。如IVIIIII力-應變曲線

56、，如上圖所示。纖維I力應變槨之間且料的應力應斗維的應材變形,但纖維仍處于彈性變為非彈性程，可以分為四個階丿特別是金屬基復合材料,大多數復果纖維的體積分數越高變曲線越接近于纖維的應力-應變曲線；反之材料的應力-應變曲線越接近于基體的應力-應變曲單向連續纖維復合材料在拉伸載荷下的斷裂過積分數越高時，復合段1）在第I階段，纖維和基體都是彈性變形2）在第II階段，基體發生了屈服形。該部分可能占應力-應變曲線0E 合材料服役時處于該范圍；3）在第III階段，纖維與基體均為非彈性變形。對于脆性纖維，觀察不到該階段4）在第W階段，因為纖維的斷裂應變基體斷裂應變,所以纖維先于fumu機體斷裂，隨后復合材料基體

57、因不能承受外力而完全失效。所以是：纖維發生斷裂，隨之復合材料也發生斷裂。玻璃纖維、碳纖維、硼纖維性和陶瓷纖維增強的熱固性樹脂基復合材料的應力-應變曲線只有第I和第W階段；而金屬基和熱塑性樹脂基復合材料，會出現第II階段。對于脆性纖維增強的復合材料，觀察不到第III階段；但韌性纖維增強的復合材料，會出現第III階段。2、纖維的體積分數值對于復合材料的縱向抗拉強度有何影響？如何確定臨界纖維體積分數？答：根據負荷材料的應力應變曲線可知，當變形進入II階段后，纖維仍處于彈性狀態，但基體已產生塑性變形。下圖所示的是脆性纖維、基體和復合材料各自的變形特征：:纖維從上圖中可知，纖維的斷裂:纖維斷裂料fu應變

58、V基體fu，因此隨著變形的增加，纖維中的載荷增加較快，達到纖維的抗拉后我們認為基體不能支持整個復合材料中的載荷，復合材料也隨之破壞。因此復合材料的抗拉強度出:&m，31對本根據上圖可知*為基體應變等于纖維斷裂應變時基體所承受的應力。對于該公m式，我們認為復合材料主要由纖維承載，纖維斷裂時整個復合材料也失效。可知，當纖維的臨界體積分數Vfb較低時，纖維承受不了很大的載荷即發生斷裂，而由基體承受載荷。然而由于纖維占去了一部分體積，故復合材料的斷裂載荷反而較全部是基體時所能承受的小。這就導致了當材料中纖維數太少時反而會降低復合材料的整體力學性能，其存在一個臨界體積分數Vcr。復合材料抗拉強度應大于基

59、體單獨使用時的抗拉強度：Lumu=V,*-(1一V)Lufufbmfbmu可得到臨界纖維體積分數：TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark178一*=一mum.cr一*fum但同時，纖維體積分數太高時，基體不可能潤濕和滲透纖維束，導致基體與纖維結合不佳造成復合材料強度降低，因此增強纖維的體積分數不可能太高，一般在30%60%左右。上面求得的Vcr對應于下圖中的B點，即當纖維體積分數VfbVcr時，按照=V,*-(1-V)計算得到的復合材料的抗拉強度。LufufbmfbLumu但對于實際情況，由于纖維占據了一部分體積，基體體積分數為1-Vfb,所以等到纖維全部斷裂時，

60、復合材料的抗拉強度均由基體承受，此時復合材料的抗拉強度為：=(1V)Lumufb也就是說剩余基體還是能承受一定的力，不是纖維斷裂后復合材料馬上失效。下圖中點E表示“最小纖維體積分數Vmin，VminvVcr。 3、答：4、答：6、答：cLu纖維控制哪些因素影響復合材料的P164。+crV正軸應力-應變關系=VLufufb0.5優化局部部件的力學性num*mum,*-(1V)(1V)，得:mfbmufb墓佟控制miniDfu強度？示？上/!復合材料鋪層設計時要注意哪些問P161，圖12-3。鋪放順序的細節設計，合理設計纖維cLu能及其他性能。要注意如下細節:1）鋪層角的均勻性；2）同一鋪層方向的