《材料结构与性能》习题

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1、《材料结构与性能》习题第一章1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问：1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度；2)在此拉力下的真应力和真应变；3)在此拉力下的名义应力和名义应变。比较以上计算结果并讨论之。2、举一晶系，存在S14。3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的

2、关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。第二章1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁

3、法的计算公式：与是一回事。4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。5、一钢板受有长向拉应力350MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为1.62MPa·m2。讨论诸结果。7、画出作

4、用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系ZTA陶瓷零件，温度在900℃，KⅠc为10MPa·m2，慢裂纹扩展指数N=40，常数A=10-40，Y取。设保证实验应力取作用力的两倍。8、按照本章图2.28所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图，求出经验公式。9、弯曲强度数据为：782，784，866，884，884，890，915，922，922，927，942，944，1012以及1023MPa。求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯模量数。第三章1、计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和安杜龙—伯蒂规律计算的结果比较。2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散

5、的气孔而改变。3、掺杂固溶体与两相陶瓷的热导率随体积分数而变化的规律有何不同。4、康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm·℃)；α=4.6×10-6/℃；σp=7.0kg/mm2,E=6700kg/mm2,ν=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。5、一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm·℃)，最大厚度=120mm。如果表面热传递系数h=0.05J/(cm2·s·℃)，假设形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。第四章1、一入射光以较小的入射角i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-m）2。设玻

6、璃对光的衰减不计。2、一透明AL2O3板厚度为1mm，用以测定光的吸收系数。如果光通过板厚之后，其强度降低了15℅，计算吸收及散射系数的总和。第五章1、无机材料绝缘电阻的测量试件的外径Φ=50mm，厚度d=2mm，电极尺寸如图5.55所示：D1=26mm，D2=38mm，D3=48mm，另一面为全电极。采用直流三端电极法进行测量。(1)请画出测量试件体电阻率和表面电阻率的接线电路图。(2)若采用500V直流电源测出试体的体电阻为250MΩ，表面电阻为50MΩ，计算该材料的体电阻率和表面电阻率。2、实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：(1)试求在测量温

7、度范围内的电导活化能表达式。(2)若给定T1=500K，σ1=10-9（T1=1000K，σ2=10-6（计算电导活化能的值。3、本征电导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。激发的电子数n可近似表示为：n=Nexp（—EP/2kT）式中N为状态密度，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。试回答以下问题：(1)设N=1023cm-3，k=8.6×10-5eV·K-1时，Si（Eq=1.1eV），TiO2(Eq=3.0eV)