《材料性能學(xué)》習(xí)題試題集

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1、《材料性能學(xué)》習(xí)題 一、 名詞術(shù)語(yǔ)闡釋 在理解的基礎(chǔ)上用自己的語(yǔ)言闡釋各章講授涉及到的名詞術(shù)語(yǔ)。 二、 名詞術(shù)語(yǔ)分類(lèi) 對(duì)下列名詞術(shù)語(yǔ)進(jìn)行分類(lèi)，并說(shuō)明分類(lèi)的依據(jù)（可用數(shù)字表示該名詞術(shù)語(yǔ)）： 1.屈服強(qiáng)度； 2.熱膨脹； 3.載流子； 4.介電常數(shù)； 5.循環(huán)硬化； 6.矯頑力； 7.磁致伸縮； 8.Hollomon關(guān)系； 9.熱導(dǎo)率； 10.河流花樣； 11.斷面收縮率； 12.磁化曲線； 13.擊穿； 14.光子； 15.塑性變形； 16.斷裂韌度； 17.蠕變； 18.磁導(dǎo)率； 19.持久強(qiáng)度； 20.呂德斯帶；

2、 21.偶極子； 22.Coffin-Manson關(guān)系式； 23.貝紋線； 24.加工硬化； 25.彈性極限； 26.熱傳導(dǎo)； 27.原子固有磁矩； 28.電偶極矩； 39.循環(huán)軟化； 30. 疲勞極限； 31.解理刻面； 32.Paris公式； 33.熱膨脹系數(shù)； 34.解理臺(tái)階； 35.伸長(zhǎng)率； 36.磁滯回線； 37.極化； 38.過(guò)載持久值； 39.玻爾磁子； 40.馬基申定則； 41.駐留滑移帶； 42.諧振子； 43.應(yīng)力-應(yīng)變曲線； 44.韌

3、窩； 45.滯彈性； 46.格留乃森定律； 47.鐵磁性； 48.聲子； 49.磁矩； 50. 彈性變形； 51. 壓電常數(shù)； 52. 最大磁能積 53.脆性疲勞條帶； 54.磁致伸縮。 三、 填空 請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白： 1.在材料力學(xué)性能中，涉及裂紋體的性能指標(biāo)包括__________裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子______和__________斷裂韌度___。 2.凡是影響___載流子濃度_____________和_____載流子遷移率___________的因素，都將影響材料的導(dǎo)電性能。 3.疲勞極限可以分

4、為 ____________________對(duì)稱(chēng)應(yīng)力循環(huán)下的疲勞極限___和____________________非對(duì)稱(chēng)應(yīng)力循環(huán)下的疲勞極限____兩類(lèi)。 4.影響介質(zhì)絕對(duì)折射率的材料性能參數(shù)包括______介質(zhì)的介電常數(shù)_______和____介質(zhì)的磁導(dǎo)率_________。 5.根據(jù)鐵磁體的磁化曲線，可以表征鐵磁性材料的_飽和磁化強(qiáng)度___________、_飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度____________、_起始磁導(dǎo)率____________和___最大磁導(dǎo)率__________。 9.熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制包括___電子導(dǎo)熱________________、____聲子導(dǎo)熱__________

5、___和____光子導(dǎo)熱________________。 10.研究分析材料的物理性能，涉及的基礎(chǔ)物理單元包括 力學(xué)_______________、_______熱學(xué)___________、_______光學(xué)__________、_____電學(xué)_____________、和______磁學(xué)____________。 11.根據(jù)電介質(zhì)的極化形式，可以將其分為_(kāi)__位移極化_____________和___松弛極化_____________兩類(lèi)。 12.固體材料發(fā)光的物理機(jī)制一種是_____分立中心發(fā)光________________，一種是_______復(fù)合發(fā)光_____________

6、____。 13.疲勞裂紋萌生可以分為_(kāi)___表面疲勞裂紋萌生_______________________和___內(nèi)部疲勞裂紋萌生__________________________。 14.以應(yīng)力值表征的材料彈性性能指標(biāo)有 彈性極限_____________和_比例極限_____________。 15. 研究材料性能的影響因素,通常涉及__________、________________和______________。 16.根據(jù)鐵磁體的磁滯回線，可以表征鐵磁性材料的_剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度___________、_矯頑力_________、__磁滯損耗__________和_最大磁能

7、積__________。 17.由格留乃森定律可以導(dǎo)出金屬的體積膨脹系數(shù)與___熱容_________和___體積___________ 之間的關(guān)系。 18. 典型的疲勞斷口總是由____疲勞源________、_疲勞區(qū)___________和_瞬斷區(qū)__________三部分構(gòu)成。 19. 金屬材料靜拉伸宏觀斷口的三個(gè)區(qū)域是______纖維區(qū)______、___放射區(qū)_________和____剪切唇_______。 四、 判斷題 1. 若在材料的微觀形貌中發(fā)現(xiàn)韌窩存在，宏觀上即可判定為韌性斷裂。錯(cuò) 2. 材料的各種硬度值均以載荷-變形的關(guān)系來(lái)表征。錯(cuò) 3.

8、 彈性后效、循環(huán)韌性、力學(xué)松弛均屬于非理想彈性變形的范疇。對(duì) 4. 通常，低周疲勞用應(yīng)變-壽命曲線表征，高周疲勞用應(yīng)力-壽命曲線表征。對(duì) 低周疲勞實(shí)驗(yàn)一般在橫應(yīng)變幅控制模式下進(jìn)行，用應(yīng)變-壽命曲線或塑性應(yīng)變-壽命曲線而非應(yīng)力-壽命曲線來(lái)表征低周疲勞抗力。 5. 材料的斷裂韌度與裂紋大小、形狀以及外力大小無(wú)關(guān)。錯(cuò) 6. “自發(fā)磁化”是指在“分子場(chǎng)”的作用下相鄰原子自旋磁矩同向或反向平行排列。錯(cuò) 7. 所謂復(fù)合發(fā)光是指將發(fā)光離子復(fù)合到基體材料中，從而使材料具備發(fā)光能力。錯(cuò) 8. 區(qū)分理想彈性變形和非理想彈性變形的依據(jù)是：應(yīng)變與應(yīng)力的加載路徑是否有關(guān)。錯(cuò) 應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的相

9、應(yīng)是線性的，服從胡克定律； 應(yīng)力和應(yīng)變同相位，應(yīng)變是瞬時(shí)達(dá)到的，與時(shí)間無(wú)關(guān)； 應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)，應(yīng)變與應(yīng)力的加載路徑無(wú)關(guān)。 9. 韌度是衡量材料斷裂前吸收彈性變形功和斷裂功大小的性能指標(biāo)。錯(cuò) 韌度是衡量材料韌性大小的性能指標(biāo)，韌性是指材料斷裂前吸收變形功和斷裂功的能力。 10. 自發(fā)磁化理論可以解釋溫度對(duì)鐵磁性的影響、磁晶各向異性和磁致伸縮。對(duì) 11. 金屬材料發(fā)生頸縮的判據(jù)可以由Hollomon關(guān)系式推導(dǎo)得出。對(duì) 12. 表征壓電性能的指標(biāo)是壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。對(duì) 13. 本征半導(dǎo)體的自由電子濃度和空穴濃度相等，而空穴遷移率小，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電

10、能力微弱。錯(cuò) 14. 相變對(duì)材料的熱容和熱膨脹均有影響。對(duì) 15. 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)值越大，材料的硬度值越低。錯(cuò) 16. 韌度一般可分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度三類(lèi)。對(duì) 17. 缺口敏感度是表征材料缺口尖端應(yīng)力集中狀態(tài)的性能指標(biāo)。錯(cuò)，脆化傾向。 18. 實(shí)際屈服強(qiáng)度低于理論屈服強(qiáng)度的原因是材料中存在裂紋。錯(cuò) 19. 金屬材料的應(yīng)變硬化指數(shù)表征金屬抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。對(duì) 20. 材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度可以通過(guò)沖擊試驗(yàn)來(lái)確定。對(duì) 21. 工程上將I型裂紋在平面應(yīng)變狀態(tài)下的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子作為斷裂韌度是因?yàn)镮型裂紋在工程實(shí)踐中最為普遍。錯(cuò) 2

11、2. 變動(dòng)應(yīng)力下，無(wú)論產(chǎn)生循環(huán)硬化或循環(huán)軟化，超過(guò)一定周次后都能形成穩(wěn)定、封閉的滯后回線。對(duì) 23. 采用蠕變極限這一性能指標(biāo)就能表征材料的蠕變性能。 24. 研究材料的熱容和熱膨脹都應(yīng)該從晶格熱振動(dòng)入手。錯(cuò) 25. 鐵電性是一種特殊的介電性，具有非線性極化的性質(zhì)，其本質(zhì)來(lái)源于晶體的自發(fā)極化。 26. 雜質(zhì)半導(dǎo)體均靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，且多子的類(lèi)型也相同。錯(cuò) 27. 衡量材料介電性的性能指標(biāo)有介電常數(shù)、介電損耗和介電強(qiáng)度。對(duì) 28. 介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨入射光波長(zhǎng)的變化越大，材料的色散就越大。對(duì) 29. 紅寶石呈紅色是因?yàn)锳l2O3中摻入Cr3+離子后不吸收

12、紅光所致。錯(cuò) 30.減少材料中的夾雜，提高材料的純凈度，可使斷裂韌性提高對(duì) 五、 簡(jiǎn)答題 1. 論述晶體熱容理論的演進(jìn)過(guò)程。 元素的熱容定律——杜隆-鉑替定律：元素的定容摩爾熱容為25J/（molK）; 化合物的熱容定律——奈曼-柯普定律：化合物分子熱容等于構(gòu)成此化合物各元素院子熱容之和。 愛(ài)因斯坦量子熱容理論。 德拜理論。 2.闡述“材料性能宏觀表征”的含義。 3.分別闡述鐵電性和鐵磁性概念的內(nèi)涵，并對(duì)二者進(jìn)行比較分析。 鐵磁性：在較弱的磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度。磁化率是很大的正數(shù)，且M或B與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H呈非線性關(guān)系變化，如鐵、鈷、鎳等。鐵磁

13、體在溫度高于某臨界溫度后變?yōu)轫槾朋w。 在無(wú)外電場(chǎng)作用下可發(fā)生自發(fā)極化，在晶體內(nèi)部形成許多電偶極矩平行排列的小區(qū)域；在施加外電場(chǎng)時(shí)，極化強(qiáng)度p隨外電場(chǎng)強(qiáng)度E為非線性增加，介電常數(shù)是一個(gè)與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)的變化值；在外電場(chǎng)交變是，極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線具有電滯回線特點(diǎn)，即必須施加反向電廠才能夠?qū)⒂?jì)劃強(qiáng)度降為零，存在剩極化和矯頑力，該類(lèi)晶體稱(chēng)為鐵電體。 4.論述雙原子模型在材料性能微觀分析中的運(yùn)用。 （1）彈性模量的微觀分析 （2）熱膨脹的物理本質(zhì) 5.材料性能的宏觀表征中存在哪些“三階段”現(xiàn)象，對(duì)此你有什么解釋?zhuān)? 退火低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)響應(yīng)大致分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個(gè)階段。

14、 偽彈性：常規(guī)彈性變形階段、應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變階段、馬氏體常規(guī)彈性變形階段。 非晶體熱導(dǎo)率-溫度關(guān)系：中低溫溫度范圍，光子導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)可以忽略，主要為聲子熱導(dǎo)，溫度升高，熱容增大，聲子熱導(dǎo)率上升； 600-900K溫度區(qū)間，隨著溫度不斷升高，熱容不再增大，逐漸為一常數(shù)，聲子熱導(dǎo)率亦不再隨溫度升高而增大，但此時(shí)光子熱導(dǎo)開(kāi)始增大，因而熱導(dǎo)率開(kāi)始上揚(yáng)。 溫度高于900K區(qū)間在這一階段，溫度升高時(shí)，聲子熱導(dǎo)率變化仍不大，但光子的平均自由程明顯增大，光子的熱導(dǎo)率隨溫度的三次方規(guī)律急劇增大，因此熱導(dǎo)率曲線急劇上揚(yáng)。 鐵磁物質(zhì)的基本磁化曲線可以大體分為三個(gè)階段。疇壁可逆遷移區(qū)，疇壁不可逆遷移區(qū)，磁疇旋轉(zhuǎn)區(qū)。 金屬電阻率和溫度的關(guān)系：溫度小于2K，電阻率與溫度的平房成正比。 溫度在2K和德拜溫度之間，電阻率和溫度的5次方成正比。 溫度高于德拜溫度，電阻率和溫度成正比。 溫度對(duì)半導(dǎo)體電阻的影響： 低溫區(qū)、飽和區(qū)、本征區(qū)； 6.對(duì)比分析三大工程材料的主要力學(xué)、物理性能。 六、計(jì)算、論證題