材料物理复习大纲.doc

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1、【一、力学】1材料力学性能概论材料的力学性能是关于材料强度的一门学科，即关于材料在外加载荷（外力）作用下或载荷和环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现的变形、损伤与断裂的行为规律及其物理本质和评定方法的一门学科。2弹性极限se：不产生永久变形的最大应力比例极限sp：保持弹性比例关系的最大应力值。略小于se；3弹性模量的影响因素（1）结合键材料熔点与弹性模量的一致性关系（2）原子结构：对金属来说，原子结构对其弹性模量影响很大弹性模量的周期性变化（3）温度：随温度升高，弹性模量降低。（4）相变：相变影响晶体结构，从而影响弹性模量。相变包括：多晶

2、型转变、有序化转变、铁磁性转变、超导态转变等。陶瓷的弹性模量E与气孔率P的关系可表示为：E=E0e-bP式中，E0是气孔率为零时的弹性模量，b为与陶瓷制备工艺有关的常数。对连续基体内的闭气孔，经验公式为：E=E0(1-1.9P+0.9P2)4陶瓷材料的弹性模量特点特点一：陶瓷材料的弹性模量一般高于金属。特点二：陶瓷材料的弹性模量，不仅与结合键有关，还与陶瓷相组成及气孔率有关。（金属材料的弹性模量是一个非常稳定的力学性能指标）n对两相陶瓷复合物，两相弹性模量分别为E1，E2，体积百分数分别为V1，V2n当应力平行于层面，各层应变相等，复合陶瓷的平均弹

3、性模量为：E//=E1V1+E2V2n当应力垂直于层面，各层的应力相等，复合陶瓷的平均弹性模量为：E^=E1E2/(E2V1+E1V2)特点三：陶瓷材料压缩时的弹性模量一般高于拉伸时的弹性模量，即压缩时的曲线斜率比拉伸时大。5滞弹性6屈服强度ss：应力超过se，材料开始出现塑性变形，当应力增至s点时，试样开始产生明显的塑性变形，在曲线上出现了水平的锯齿形的线段，表现为应力不增加，试样仍然继续塑性伸长，这种现象叫屈服。对应的强度叫屈服强度。7陶瓷材料的抗弯强度由于陶瓷材料塑性小，陶瓷强度主要指它的断裂强度。陶瓷弯曲试样的表面粗糙度和是否进行棱边倒角加

4、工对抗弯强度有较大影响8断裂的类型正断：断裂垂直于最大正应力；切断：沿着最大切应力方向断开。(1)张开型(或称拉伸型)裂纹   外加正应力垂直于裂纹面，在应力作用下裂纹尖端张开，扩展方向和正应力垂直。这种张开型裂纹通常简称I型裂纹。(2)滑开型(或称剪切型)裂纹   剪切应力平行于裂纹面，裂纹滑开扩展，通常称为Ⅱ型裂纹。(3)撕开型裂纹   在切应力作用下，一个裂纹面在另一裂纹面上滑动脱开，裂纹前缘平行于滑动方向，如同撕布一样，这称为撕开型裂纹，也简称Ⅲ型裂纹。9断裂力学：研究带裂纹体的力学，它给出含裂纹体的断裂判据，并提出一个材料固有性能的指标―

5、―断裂韧性，用它来比较各种材料的抗断能力。10根据断裂纹理论解释为什么脆性材料容易断裂？粉末压制烧结时产生裂纹Inglis理论在具有孔洞的大而薄的板上，孔洞端部的应力几乎只取决于孔洞的长度和端部的曲率半径而跟孔洞的形状无关。裂纹扩展的临界应力：sc=(Eg/(4c))1/2式中，c为裂纹半长。Griffith微裂纹理论Orowan理论：修正后的公式gp为扩展单位面积裂纹所需的塑性功陶瓷：微观裂纹控制，1mm金属：宏观裂纹控制，1.25mm11断裂韧性应力场sij、应力场强度因子KI、几何形状因子YKI=Ys(pc)1/2式中Y是裂纹形状系数，也叫几

6、何形状因子，无量纲。KI的单位：MPa×m1/2，c为裂纹半长。随s增加，KI也增加，当试样断裂（宏观）或裂纹扩展（微观）时，所对应的临界KI便称为断裂韧性（KC或KIC）。KI：受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量，它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，也与裂纹的形状类型以及加载方式有关。与材料本身的固有性能无关。断裂韧性KC和KIC：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个定量指标。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值越

7、大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就越大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值越高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就越大。KC是平面应力状态下的断裂韧性，与板材或试样厚度有关。KIC是平面应变状态下的断裂韧性，是一材料常数。12根据断裂韧性来选择材料有一构件：实际使用应力为1.3GPa，有两种钢材待选：甲钢：sys=1.95GPa，KIC=45MPa×m1/2乙钢：sys=1.56GPa，KIC=75MPa×m1/2假设钢中存在最大2mm长的裂纹，那么从安全角度如何选择所需的钢材？13材料的加工硬化经塑性变形后试样的应力两个思路：（1）完全消除内部的位错

8、和其它缺陷，使其强度接近于理论强度。【等轴定向凝固】（2）在金属中引入大量的缺陷，以阻碍位错的运动，提高其强度。14陶瓷材