汽车电磁涡流减震器力学性能研究
单位代码：10359 学号： 201111030156 密级：公开
分类号：U463.33+5
Hefei University of Technology 硕士学位论文
MASTER’S DISSERTATION
论文题目：汽车电磁涡流减震器力学性能研究学位类别：学历硕士
专业名称：机械设计及理论
作者姓名：胡冲
导师姓名：田杰教授
完成时间：2014年04月
合肥工业大学
学历硕士学位论文
汽车电磁涡流减震器力学性能研究
作者姓名：胡冲
指导教师：田杰教授
学科专业：机械设计及理论
研究方向：数字化设计及现代设计理论
2014年4月
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Research the mechanical properties of automotive electromagnetic eddy current damper
By
Hu Chong
Hefei University of Technology
Hefei，Anhui，P.R.China
April，2014
致谢
三年的研究生生活即将结束，三年的学习和生活充满乐趣和让我感到充实。合肥工业大学以其严谨笃实的教学氛围和兼容并蓄的人文环境，促使我快速成长，衷心感谢合肥工业大学给予我的一切。回想求学之路，既有快乐也有艰辛，特别是论文的完成过程包含了很多人的付出和帮助。在此对给与我关心和关怀的师长、同学、家人致以诚挚的感谢。
首先感谢我的指导老师田老师，田老师严格务实的治学态度、平易近人的人格魅力、精益求精的工作作风对我影响深远。本课题从开题到论文定稿，遇到很多困难，每一步都离不开田老师悉心指导。特别是在一些决断性的选择中给予了我真切的关怀。论文的后期修改田老师也倾注大量心血和耐心的指导，我向田老师表示深切的谢意。
其次同实验室的老师和同学也给予了莫大的帮助，特别是张晔教授给与了我论文修改中很多宝贵意见，在此表示诚挚谢意。实验室师兄弟在生活中相互照应、相互学习、相互帮助让我能愉快的学习和生活。
最后要感谢我的家人和朋友，是你们的关心和支持才让我顺利的走过风风雨雨，让我更好的学习和生活。
作者：胡冲
2014年4月4日
摘要
随着经济和社会的不断发展，人民生活水平的提高，汽车作为不可或缺的消费品正在逐步走向普通人的生活，人们对汽车的舒适性也提出了更高要求。影响汽车舒适性的重要因素是振动，减震器通过衰减汽车由于自身振动和路面激励产生的能量来减小与消除振动，减震器阻尼特性通常用阻力-位移曲线和阻力-速度曲线来表征，它是影响减震器性能的主要特征。我国的减震器生产和设计还处于模仿阶段，很少有企业能独立设计和生产高品质的减震器，大量的都是依靠国外的技术和标准。对减震器阻力特性的测试还是通过传统的台架试验完成，虽然能真实地逼近实际工况，但是此过程耗费大量时间、人力和物力。提高减震器设计能力降低测试成本是本课题的任务。
本课题研究的电磁涡流减震器是减震器研究的前沿领域，电磁涡流减震器阻力特性分析的方法不同于传统的分析方法。依托Matlab软件的强大计算能力和仿真模块，通过自行建立详细物理模型来对电磁涡流减震器阻力特性进行研究。针对电磁涡流减震器计算模型，在Matlab软件环境下编程计算，运用Ansoft软件的电磁有限元分析模块，计算电磁涡流减震器的磁场分布和阻尼力大小，能够更加直观的对比结果。通过一系列的结果对比，证实仿真系统的结果和实验以及有限元分析结果达到了较高的精确度，能满足企业的工程需要。进而将此分析过程通过Matlab的GUI模块形成一套简便的仿真系统指导企业的设计和生产。
关键词：电磁涡流减震器；仿真系统；阻尼特性
ABSTRACT
With the continuous development of economy and society，people's living standards have improved，cars as an indispensible part of consumer goods grudgingly go into people's ordinary life. As for a man，vehicle comfort also put forward higher requirements. Vibration is an important factor that affect vehicle comfort. Shock absorber damps energy so as to reduce or eliminate the shack ，which is caused by vibrating itself and the road excitation. The damping character of shock absorber，which is featured regularly through the resistance-displacement curves and resistance- speed curve，and it is the main character that affect the performance of shock absorber. The production and design of shock absorber in our country are still in the imitation stage，few companies can independently design and manufacture dampers with high quality，a large number of companies are still relying on foreign technologies and their standards. The test of resistance character of shock absorber is completed through the traditional bench test. It is really close to the actual working condition，but this process takes a lot of time，manpower and material resources. Improving design ability of shock absorber and reducing the cost of test are the mission of my paper.
This topic studies the electromagnetic damper，which is the field of preface of shock absorber research，and differs from the traditional hydraulic pressure，air shock absorbers，the methods for the analysis of electromagnetic damping character are different from traditional analysis methods. Relying on the powerful computing power and simulation module of software Matlab，electromagnetic damper resistance character can be studied by establishing precious physical models. Aiming at calculation model of electromagnetic damper，it can be programmed and caculated in Matlab software environment also can applied to electromagnetic finite element analysis in software Ansoft，computer magnetic field distribution and the size of the damping force，It could be more intuitive to compare results. Through a series of comparisions of the results，it can be verified that the results and experiment of the simulation system and the results of finite element analysis have reached a higher precision，and could meet the needs of the enterprise engineering. Moreover this analysis process forms a simple and clear secondary development on simulation system through editing the module in GUI of Matlab that guides the design and manufacture in factories.
KEYWORDS：Electromagnetic Eddy Current Dampers; Simulation system; Damping Character
目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2 课题目的和意义 (1)
1.2.1 课题研究目的 (1)
1.2.2 课题研究意义 (2)
1.3 主要研究内容 (2)
1.4 国内外研究状况 (3)
1.4.1 国外研究状况 (3)
1.4.2 国内研究状况 (4)
第二章减震器 (6)
2.1 引言 (6)
2.2 汽车减震器 (6)
2.2.1 液压减震器 (6)
2.2.2 充气式气减震器 (7)
2.2.3 电/磁流变液减震器 (7)
2.2.4 电磁涡流减震器 (8)
2.2.5 电磁反馈式减震器 (10)
2.2.6 五种减震器综合分析 (11)
2.3 悬架系统对减震器要求 (12)
2.3.1 悬架系统分类 (13)
2.3.2 悬架系统对减震器减振特性的要求 (14)
第三章电磁涡流减震器阻尼力的计算 (16)
3.1 简介 (16)
3.2 物理模型介绍 (16)
3.3 电磁涡流减震器数学计算 (19)
3.3.1 电磁场数值计算理论 (19)
3.3.2 电磁涡流减震器磁通密度计算 (21)
3.3.3 涡流阻尼力计算 (22)
3.3.4考虑集肤效应的涡流阻尼力 (23)
3.4 Matlab计算和编程 (24)
3.4.1 Matlab软件介绍 (24)
3.4.2 GUI设计 (25)
3.4.3 GUI计算程序编制 (27)
第四章电磁涡流减震器的有限元分析 (31)
4.1 引言 (31)
4.2 麦克斯韦方程组 (31)
4.3 电磁涡流减震器的有限元分析 (33)
4.3.1 有限元分析软件的介绍——Ansoft (33)
4.3.2 电磁涡流减震器二维静态仿真分析 (33)
4.3.3 电磁涡流减震器不同速度下仿真分析 (41)
4.4 小结 (47)
第五章总结与展望 (48)
5.1 本文的主要工作与创新点 (48)
5.2 展望 (48)
参考文献 (49)
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (52)
插图清单
图 1.1 电磁涡流减震器初始原型 (4)
图 2.1 双筒式充气式减震器结构图 (7)
图 2.2 磁流变液减震器示意图 (8)
图 2.3 电磁涡流减震器总成示意图 (9)
图 2.4 日立公司电磁减震器 (10)
图 2.5 电磁反馈式减震器 (10)
图 2.6 减震器阻尼特性曲线图 (15)
图 3.1 电磁涡流减震器三维示意图 (16)
图 3.2 轴向和径向充磁磁通密度结果图 (17)
图 3.3 轴向和径向充磁磁力线密度结果图 (18)
图 3.4 电磁涡流减震器尺寸示意图 (18)
图 3.5 涡流阻尼力计算示意图 (22)
图 3.6 Matlab交互界面窗口 (25)
图 3.7 系统仿真显示界面 (26)
图 3.8 径向磁场积分程序 (28)
图 3.9 集肤深度计算程序 (28)
图 3.10 涡流阻尼力计算程序 (29)
图 3.11 阻尼-速度曲线拟合程序 (29)
图 3.12 Matlab仿真结果 (30)
图 4.1 电磁涡流减震器原理图 (31)
图 4.2 电磁涡流减震器二维仿真模型 (34)
图 4.3 电工铁的B-H曲线 (36)
图 4.4 中碳钢的B-H曲线 (37)
图 4.5 有限元分析网格图 (39)
图 4.6 电磁涡流减震器磁力线分布图 (39)
图 4.7 电磁涡流减震器磁通密度分布图 (40)
图 4.8 水平方向上点的磁通密度水平分量 (41)
图 4.9 竖直方向上点的磁通密度水平分量 (41)
图 4.10 电磁涡流减震器三维仿真模型 (42)
图 4.11 band域参数设置 (43)
图 4.12 肌肤深度参数设置 (44)
图 4.13 不同速度下电磁涡流减震器的阻尼力大小 (45)
图 4.14 电磁涡流减震器阻尼-速度曲线 (46)
图 4.15 两种电磁涡流减震器的阻尼-速度曲线 (46)
插表清单
表 4.1 电磁涡流减震器几何尺寸表 (35)
表 4.2 电磁涡流减震器主要材料列表 (35)
表 4.3 中碳钢的磁导率 (36)
表 4.4 不同牌号钕铁硼永磁材料的电磁性能 (38)
主要符号注释表
B ................................................................磁场强度 r B ...........................................................径向磁场强度
z B ...........................................................轴向磁场强度
C ................................................................阻尼系数 d .............................................................活塞杆直径 E ............................................................总感应电动势 trans E ........................................................导体感应电动势
motional E .....................................................运动体感应电动势
)(k E ........................................................第一类椭圆积分 F ............................ ............... ... .....................力 g ...............................................................磁体间隙 c H ..............................................................矫顽磁力
I ...................................................................电流 J ...............................................................电流密度 m J .........................................................体等效电流密度
m j .........................................................面等效电流密度
s J ...........................................................表面电流密度
)(k K ........................................................第二类椭圆积分 M ...................................................................磁化 n
?.........................................................单元表面法向量 m R ............................................................永磁体半径
r ...............................................................单元长度 in r .............................................................导体内半径 out r ............................................................导体外半径 c s ...........................................................空气间隙厚度 t ...................................................................时间 v ...................................................................速度 z
?...........................................................单元纵向矢量 z ...............................................................单元长度 Γ................................................................导体体积 c l ，δ.............................................................导体厚度
p δ...............................................................穿透深度
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δ...............................................................圆柱厚度c μ...............................................................流体粘度
μ...........................................................绝对导磁系数a μ...........................................................真空导磁系数o μ...........................................................相对导磁系数r σ.................................................................传导性τ.................................................................磁极距τ...............................................................磁体厚度m ?.................................................................相位角??...........................................................单元切向矢量ω...................................................................频率ω...............................................................固有频率n
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第一章绪论
第一章绪论
1.1引言
广义上的减震器就是消耗振动能量的部件，范围涉及降低斜拉索桥振动[1]的减震器，汽车上用来缓解车辆振动的车用减震器，高层大厦用来平衡稳定的阻尼器，高档机床上用的振动隔离器以及降低转子轴振动的电涡流阻尼器[2-4]等，这些都属于减震器的实际应用。狭义上的减震器一般就是指车用减震器。本文所要研究的汽车电磁涡流减震器是利用导体在变化磁场中产生涡流热，将振动能量转化为涡流热耗散掉。
汽车电磁涡流减震器性能的评价标准是看电磁涡流减震器的阻尼特性曲线[5，6]（阻尼—位移曲线和阻尼—速度曲线）。为了既得到良好的舒适性也不放弃稳定的驾控性，必须让减震器适应不同路况的要求[7]。优良的减震器能快速大幅度地衰减振动能量，同时也能兼顾车辆的舒适性和稳定性，不断地在平衡中寻找契合点。电磁涡流减震器以其快速灵敏的阻尼调节性能、较宽的调节范围和不需要外部供能的优势得到研究人员的重视。电磁
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涡流减震器的研究起步比较晚，直到现在也没有出现商业化的产品，只有少数国外机构做过实验研究。国内学者对电磁涡流减震器的研究还比较少，电磁涡流减震器拥有很大的研究空间。
一般依靠大量的台架试验来测试减震器的性能，但是台架试验成本高、耗时长的缺点使得研究人员不得不寻找新的设计和测试方法。通过Matlab GUI计算程序和Ansoft有限元仿真分析电磁涡流减震器的性能是一种可行的方法。本文重点完成了上述两种研究方法的融合和对比，从而可以快速准确地判断电磁涡流减震器的性能状况，从科研和应用角度来讲都具有非常大的意义。
1.2课题目的和意义
1.2.1课题研究目的
本课题目的是设计一种电磁涡流减震器，研究其阻尼特性的数学模型，并通过Ansoft软件的有限元仿真计算[8-10]验证算法的准确性和稳定性，在Matlab[11-13]中进行二次开发得到相匹配的GUI计算程序。通过该计算程序可以将设计和测试人员从复杂繁琐的台架试验中解放出来。电磁涡流减震器尚处于理论研究阶段，还未大规模商业生产和应用。不
合肥工业大学硕士学位论文
论从学术研究角度还是商业角度而言，先期的研究和相应的仿真系统的开发都尤为重要[14-16]，能够让工程人员更加高效地对设计方案进行评估和修改，减少实验次数，降低实验成本，缩短研发周期。
1.2.2课题研究意义
随着我国汽车工业的快速发展，国内汽车保有量大幅增加，用户和生产商对汽车的平顺性、操纵稳定性和舒适性要求日益苛刻。减震器对这些特性有着极其重要的影响，它能有效地使振动迅速衰减——振幅迅速减小。在设计和生产时，阻尼特性是重要的指标。目前我国的减震器设计和生产能力很低，大量的技术均来源于国外，加上传统的阻尼特性是通过台架试验得到的，故提高国内减震器设计水平并设计出降低试验成本的减震器阻尼特性的仿真系统就成了一项十分紧要的研究课题。减震器的性能好坏主要是通过阻尼特性图来反映。传统的阻尼特性图是通过实验设备在不同频率固定幅值的正弦激励下，得到相应频率下减震器的阻尼—位移曲线和阻尼—速度曲线[17]，然后绘制在同一个图上形成该款减震器的阻尼特性图。但如果希望对该款减震器进行优化使其更适应整车平顺性时，需调整众多参数中的某一个或几个，并进行大量的实验来绘制新的阻尼特性图，且调
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整后的减震器性能很可能不满足期望的要求，必须返回来再重新调整，使得工作量进一步增加。
建立一套计算仿真界面，通过更改减震器的参数计算机即可自行计算并绘制出相应的阻尼特性曲线，会产生更好的效果。目前，整车上匹配何种阻尼特性的减震器一直是困扰主机厂和减震器生产厂家的技术难题，减震器仿真系统对该问题的解决有着一定的帮助。例如把阻尼特性仿真理论运用到整车的仿真中，可以得出减震器阻力特性与整车性能的关系，指导减震器厂家的生产和主机厂对减震器的选用[18，19]。
1.3主要研究内容
本文主要研究内容是：
（1）对各减震器类型进行分类和比较，列举出各减震器的优缺点；
（2）介绍电磁涡流减震器的概念，并给出电磁涡流减震器的理论模型，建立电磁涡流减震器结构的电磁系统模型；
（3）对电磁涡流减震器阻尼力计算方法进行研究，并推导出阻尼力计算公式；
（4）根据电磁涡流减震器物理模型，利用Ansoft电磁有限元分析模
第一章绪论
块进行二维和三维分析，得到电磁涡流减震器模型在不同工况下的阻尼力大小并得到阻尼特性曲线；
（5）在Matlab/GUI模块中，进行电磁涡流减震器阻尼特性计算的二次开发。
1.4国内外研究状况
1.4.1国外研究状况
减震器的出现已经有100多年的历史，早期的汽车减震器只是简单地由弹簧和橡胶垫组成[20]。众所周知，弹簧只能吸收振动但不能消耗振动能量，况且弹簧的振动有可能与车辆的振动产生共振，因此早期的减震器还不能算成功。直到1908年法国人才发明了世界上首个液压减震器，其核心部件就是两块橡胶圈组成的橡胶节流孔，油液通过节流孔产生挤压效应从而达到减震效果。摇臂式减震器在20世纪30年代得到广泛使用，其压力达到10MPa—20MPa。相比较而言其性能得到了明显提升，但是其结构比较复杂，维修困难，易破损。二战后筒式液压减震器取代了摇臂式减震器。筒式液压减震器凭借其较高的性价比和简洁的结构得到汽车厂商的青睐，但是汽车性能和速度的提高后，在恶劣的路况下筒式减震器会出现很多问
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题，比如油腔来油不及时、强烈震动下性能畸变，从而出现噪声和冲击[21]。20世纪50年代新发展起来的充气式减震器克服了上述问题，从而在市场应用上与筒式液压减震器并驾齐驱。
20世纪60年代之前的减震器都是定参数定阻尼系数的减震器，其阻尼特性是不能由根据实际的行驶状况进行调节的。到60年代后期随着汽车技术飞速发展，出现了阻尼可调式减震器，最典型的代表就是节流孔可调式减震器[22]。20世纪80年代伴随着计算机技术的发展和应用，各大高端汽车厂商相继使用传感器来监测路况，从而根据实际路况来调节减震器阻尼，汽车减震技术迎来了智能化时代。目前，阻尼可调式减震器的种类分别有涡流式减震器、应变感应式减震器、电流变/磁流变液减震器、节流孔可调式减震器等。1995年德国宝马公司进行了首次电流变液减震器的测试，由于采用了先进的传感器技术使得减震器能在0.0015秒内进行调节，进而揭开了减震器发展的新纪元[23]。
电磁涡流减震器的出现从理论上提出了一种新的思路，即不使用液力，而是使用电磁力和电磁涡流的作用力，使得阻尼力改变，达到柔性调节。在电磁涡流减震器研究方面，加拿大学者Babak Ebrahimi[24，25]等做了大量工作，2008年Babak Ebrahimi发表的论文第一次提出了电磁涡流减震器的
合肥工业大学硕士学位论文
简单模型（如图1.1所示）。利用两块永磁体和一块铝导体板来产生弹性
和变化的阻尼效果。这种高性能阻尼器适用于各种场合。为了优化设计
进行了仿真，评估了设计参数，制造了样机进行试验来证明理论模型的
正确性。
图 1.1 电磁涡流减震器初始原型
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Fig 1.1 Initial prototype of electromagnetic eddy currents damper 2010年Babak Ebrahimi发表了论文《Permanent magnet configuration in design of an eddy current damper》，主要是在前文的基础上讨论了在被动电磁涡流减震器中不同永磁体结构对系统阻尼的影响。这种阻尼器可以用在各种振动隔离系统中，比如精密机械、微机械悬架系统、结构隔振。通过解析法分析了阻尼器的阻尼特性，并用实验证明了结果的准确性，同时分别使用解析法和有限元法对永磁体的尺寸和结构进行了优化。2011年Babak Ebrahimi，Hamidreza Bolandhemmat，Mir Behrad Khamesee，Farid Golnaraghi等人发表了论文《A hybrid electromagnetic shock absorber for active vehicle suspension systems》，提出了电磁涡流减震器的主动控制系统，并指出主动悬架系统在改善汽车乘坐舒适度和处理各种路况方面优于被动和半主动悬架系统。尽管主动悬架系统具有优越性能，但是它还是有些缺点需要解决。首先，其能量消耗、成本、重量都很大。其次，在电源故障
情况下，没有自动防故障装置[26，27]。
1.4.2国内研究状况
由于国内的汽车工业发展水平和起点比较低，关于减震器的研究，国
45钢力学性能
45钢： 特性 用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。 正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于 80mm时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。 力学性能 正火：850 ；淬火：840 ；回火：600 ；抗拉强度：不小于600Mpa ；屈服强度：不小于355Mpa ；伸长率： 16[1] % ；收缩率：40% ；冲击功：39J ；钢材交货状态硬度[1]：热轧钢：≤229HB退火钢：≤197HB 成分 主要成分为Fe（铁元素），且含有以下少量元素：
C：0.42~0.50% Si：0.17~0.37% Mn：0.50~0.80% P：≤0.035% S：≤0.035% Cr：≤0.25% Ni：≤0.25% Cu：≤0.25%[1] 密度7.85g/cm3，弹性模量210GPa，泊松比0.269。 处理方法 热处理 推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火600。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62)为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58)。 2.45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 渗碳处理 一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质+表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2%，芯部一般在0.1－－0.25%（特殊情况下采用0.35%）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度(HRC58－－62)，芯部硬度低，耐冲击。
材料力学性能课后答案(时海芳任鑫)
第一章 1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性围快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移, 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ 0.2（屈服强度）；（3）ζ b （抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率） 4.常用的标准试样有5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。
5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。 6.今有45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消振材料，所以常用它做机床和动力机器的底座、支架，以达到机器稳定运转的目的。刚性好不容易变形加工工艺朱造型好易成型抗压性好耐磨损好成本低 7.什么是包申格效应？如何解释？它有什么实际意义？答：（1）金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。（2）理论解释：首先，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，背应力反作用于位错源，当背应力足够大时，可使位错源停止开动。预变形时位错运动的方向和背应力方向相反，而当反向加载时位错运动方向和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。（3）实际意义：在工程应用上，首先，材料加工成型工艺需要考虑包申格效应。例如，大型精油输气管道管线的UOE 制造工艺：U 阶段是将原始板材冲压弯曲成U 形，O 阶段是将U 形板材径向压缩成O 形，再进行周边焊接，最后将管子径进行扩展，达到给定大小，
工程材料力学性能 东北大学
课后答案 第一章 一、解释下列名词 材料单向静拉伸载荷下的力学性能 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应可以用位错理论解释。 第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。 其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。 实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。派拉力：位错交互作用力（a 是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L 是位错间距。） 2．2．晶粒大小和亚结构晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏
常用材料力学性能.
常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800
7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢
高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT
MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃
英制螺栓机械性能要求..
英制螺栓（SAE J429）的机械性质：
配合的螺帽为ASTM A563中的产品： These values are the as the over-tapping required for zinc coated nuts in Specification ASTM A563 1/4至1-1/2英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的B普通螺帽（hex）；1-1/2至3英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）；1/4至3英寸镀锌产品配合的螺帽为ASTM A563的DH重型螺帽（heavy hex） 英制螺栓（ASTM A307）的化学成份和机械性质： 配合的螺帽为ASTM A563中的产品： 1/4至1-1/2英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A 普通螺帽（hex）；1-1/2至4英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）；1/4至4英寸镀锌产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）
These values are the as the over-tapping required for zinc coated nuts in Specification ASTM A563 译文：这些值为镀锌产品的要求，在ASTM A563中对螺帽有具体要求。 英制螺栓（ASTM A193）的机械性质：
NOTES: 1.The minimum temperature for Grades B5, B6X,and B7 shall be 1100°F; for Grade B16, 1200°F; 译文：等级为B5，B6X和B7的最小回火温度为1100°F，而等级为B16的最小回火温度为1200°F 2.To meet the tensile strength requirements, the hardness shall be over Brinell 201(Rockwell B94)minimum. 译文：硬度一定要在201布氏（94HRB）硬度以上，抗拉强度一定能达到。 3.Class 1 is solution treated-Class 1A is solution treated in the finished condition for corrosion resistance; heat treatment is critical due to physical property requirements. Class 2 is solution treated and strain-hardened. Austenitic steels in the strain-hardened condition may not show uniform properties throughout the section particularly in sizes over 3/4 in .in diameter. 译文：Class 1将其视为1级对待，Class 1A的材料应进行表面处理,具有防腐蚀性能，Class 2类的各等级的材料应接受碳化物固溶处理后应变硬化奥氏体钢, 尤为3/4以上的螺栓,经硬化后可能出现整个面上各部分性能不均匀现象. 4. For diameters 3/4 in. and smaller, a maximum hardness of Brinell 241(Rockwell B 100) is permitted. 译文：直径为3/4或更小的产品，硬度要求为最大241布氏（100HRB）硬度。 5. For diameters 1-1/2 in. and larger, center(core) properties may be lower than
工程材料力学性能-第2版答案 束德林
《工程材料力学性能》束德林课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指 数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对 组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格
材料力学性能-考前复习总结(前三章)
金属材料的力学性能指标是表示其在力或能量载荷作用下（环境）变形和断裂的某些力学参量的临界值或规定值。 材料的安全性指标：韧脆转变温度Tk；延伸率；断面收缩率；冲击功Ak；缺口敏感性NSR 材料常规力学性能的五大指标：屈服强度；抗拉强度；延伸率；断面收缩率；冲击功Ak；硬度；断裂韧性 第一章单向静拉伸力学性能 应力和应变：条件应力条件应变 = 真应力真应变 应力应变状态：可在受力机件任一点选一六面体，有九组应力，其中六个独立分量。其中必有一主平面，切应力为零，只有主应力，且 ，满足胡克定律。 应力软性系数：最大切应力与最大正应力的相对大小。 1 弹变1）弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。ae=1/2σeεe=σe2/2E。取决于E和弹性极限，弹簧用于减震和储能驱动，应有较高的弹性比功和良好弹性。需通过合金强化及组织控制提高弹性极限。 2）弹性不完整性：纯弹性体的弹性变形只与载荷大小有关，而与加载方向及加载时间无关，但对实际金属而言，与这些因素均有关系。 ①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。与材料成分、组织及试验条件有关，组织约不均匀，温度升高，切应力越大，滞弹性越明显。金属中点缺陷的移动，长时间回火消除。 弹性滞后环：由于实际金属有滞弹性，因此在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线不重合，形成一封闭回路。吸收变形功 循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力（塑性区加载，塑性滞后环），也叫内耗（弹性区加载），或消震性。 ②包申格效应： 定义：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。（反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了） 解释：与位错运动所受阻力有关，在某滑移面上运动位错遇位错林而使其弯曲，密度增大，形成位错缠结或胞状组织，相对稳定。卸载后同向拉伸，位错线不能显著运动。但反向载荷使得位错做反向运动，阻碍
模具的力学性能要求
1.1模具的力学性能要求 1.1.1.1编辑: 上传时间:2006-6-29 10:45:13 模具的力学性能要求--常规力学性能 模具材料的性能是由模具材料的成分和热处理后的组织所决定的。模具钢的基本组织是由马氏体基体以及在基体上分布着的碳化物和金属间化合物等构成。 模具钢的性能应该满足某种模具完成额定工作量所具备的性能，但因各类模具使用条件及所完成的额定工作量指标均不相同，故对模具性能要求也不同。又因为不同钢的化学成分和组织对各种性能的影响不同，即使同一牌号的钢也不可能同时获得各种性能的最佳值，一般某些性能的改善会损失其他的性能。因而，模具工作者常根据模具工作条件及工作定额要求选用模具钢及最佳处理工艺，使之达到主要性能最优，而其他性能损失最小的目的。 对各类模具钢提出的性能要求主要包括：硬度、强度、塑性和韧性等。 模具的力学性能要求--硬度 硬度表征了钢对变形和接触应力的抗力。测硬度的试样易于制备，车间、试验室一般都配备有硬度计，因此，硬度是很容易测定的一种性能，而且硬度与强度也有一定关系，可通过硬度强度换算关系得到材料硬度值。按硬度范围划定的模具类别，如高硬度（52～60HRC），一般用于冷作模具，中等硬度（40～52HRC），一般用于热作模具。
钢的硬度与成分和组织均有密切关系，通过热处理，可以获得很宽的硬度变化范围。如新型模具钢012Al和CG－2可分别采用低温回火处理后硬度为60～62HRC，采用高温回火处理后硬度为50～52HRC，因此可用来制作硬度要求不同的冷、热作模具。因而这类模具钢可称为冷作、热作兼用型模具钢。 模具钢中除马氏体基体外，还存在更高硬度的其他相，如碳化物、金属间化合物等。表l为常见碳化物及合金相的硬度值。 表1 各种相的硬度值 相硬度HV 铁素体约100 马氏体：ωC0.2% 约530 马氏体：ωC0.4% 约560 马氏体：ωC0.6% 约920 马氏体：ωC0.8% 约980 渗碳体(Fe 3C) 850～1100 氮化物1000～3000 金属间化合物500 模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的碳量（或含氮量），马氏体中的含碳量 I I
材料力学性能课后习题答案
1弹性比功： 金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性： 金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性： 金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．xx效应： 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面： 这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性： 金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性： 指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶： 当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样： 解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。 9.解理面： 是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂： 穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂： 裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变： 具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性： 理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答： 主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。 1、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？
材料力学性能考试题及答案分析
07 秋材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1. 材料硬度的测定方法有、和。 2. 在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研 究，即、 和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有 , 中心处切应力为 ,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则； 塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准 则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加 拉应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和
三个阶段组成。 9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。 11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和。 二、选择：（每题1分，总分15分） （）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a) 高b) 低c) 相等d) 不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／ 30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （）4.对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定
（）5. 下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7. 下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而它是最危险的一种断裂方式。 a) 撕开型 b) 张开型 c) 滑开型 d) 复合型（）8. 下列哪副图是金属材料沿晶断裂的典型断口形貌 a) b) c) d) （）9. 下列哪种材料中的弹性模量最高 a) 氧化铝 b) 钢 c) 铝 d) 铜 （）10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料 a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度 c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸 （）11．应力腐蚀门槛值正确的符号为 a) K ISCC b) ΔK th c) K IC d) CF
材料力学性能期末考试[1]
第一章 1，静载荷下材料的力学性能包括材料的拉伸、压缩、扭转、弯曲及硬度等性能。2，在弹性变形阶段，大多数金属的应力与应变之间符合胡克定律的正比例关系，其比例系数称为弹性模量。 3，弹性比功为应力-应变曲线下弹性范围内所吸收的变形功。 4，金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小余1%~4%）,而后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象，称为包辛格效应。 包辛格效应消除方法：(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶 温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。 5，屈服标准： （1），比利极限：应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力。 （2），弹性极限：试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为准则，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 （3），屈服强度：以规定发生一定的残余变形为标准。 6，影响材料强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。 影响材料强度的外在因素有：温度、应变速度、应力状态。 7，影响金属材料的屈服强度的四种强化机制： ①固溶强化；②形变强化；③沉淀强化和弥散强化；④晶界和亚晶强化。8，加工硬化的作用： (1) 加工硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件安全。 (2) 加工硬化和塑性变形适当配合可使金属均匀塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施。（如果没有加工硬化能力，任何冷加工成型的工艺都是无法进行。）(3) 可降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。 9，应力状态软性系数α： α值越大，表示应力状态越“软”，金属越易于产生塑性变形和韧性断裂。α值越小，表示应力状态越“硬”，金属越不易于产生塑性变形而易于产生脆性断裂。 10，冲击弯曲试验的作用：主要测定脆性或低塑性材料的抗弯强度。 第二章 1，由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将会发生变化，产生所谓的“缺口效应”。 2，冲击韧性的定义是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用标准试样的冲击吸收功A k表示。 3，细化晶粒提高韧性的原因： (1) 晶界是裂纹扩展的阻力； (2) 晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中； (3) 晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减小，避免了产生沿晶脆性断裂。 4，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。 5，韧脆转变温度：
普通混凝土力学性能试验方法标准
普通混凝土力学性能试验方法 2004-5-23 15:57:28 admin 普通混凝土力学性能试验方法GBJ81―85 主编部门：城乡建设环境保护部批准部门：中华人民国计划委员会施行日期：1986 年7 月1 日关于发布《普通混凝土拌合物性能试验方法》等三本标准的通知计标〔1985〕1889 号根据原建委（78）建发设字第562 号通知的要求，由城乡建设部中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制的《普通混凝土拌合物性能试验方法》等三本标准，已经有关部门会审。现批准《普通混凝土拌合物性能试验方法》GBJ80 －85、《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ81－85 和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ82―85 等三本标准为标准，自一九八六年七月一日起施行。该三本标准由城乡建设部管理，其具体解释等工作由中国建筑科学研究院负责。出版发行由我委基本建设标准定额研究所负责组织。
计划委员会一九八五年十一月二十五日编制说明本标准是根据原建委（78）建发设字第562 号通知的要求，由中国建筑科学研究院会同各有关单位共同编制而成的。在编制过程中，作了大量的调查研究和试验论证工作，收集并参考了国际标准和其它国外有关的规标准，经过反复讨论修改而成的。在编制过程中曾多次征求全国各有关单位的意见，最后才会同有关部门审查定稿。本标准为普通混凝土基本性能中有关力学性能的试验方法。容包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、静力受压弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度等五个方法。由于普通混凝土力学性能试验涉及围较广，本身又将随着仪器设备的改进和测试技术的提高而不断发展，故希望各单位在执行本标准过程中，注意积累资料、总结经验。如发现有需要修改补充之处，请将意见和有关资料寄中国建筑科学研究院混凝土研究所，以便今后修改时参考。城乡建设环境保护部一九八五年七月第一章总则第1.0.1 条为了在确定混凝土设计特征值、检验或控制现浇混凝土工程或预制构件的质量时，有一个统一的混凝土力学性能试验方法，特制订本标准。第1.0.2 条本标准适用于工业与民用建筑和一般构筑物中所用普通混凝土的基本性能试验。
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案.
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。 15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量；G 切变模量；r σ规定残余伸长应力；2.0σ屈服强度；gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率；n 应变硬化指数 【P15】 三、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 四、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 五、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理
材料力学性能期末考试
一、名词解释 包辛格效应、疲劳门槛值、应力腐蚀门槛值、平面应力状态、平面应变状态、蠕变极限、低周疲劳、高周疲劳、滞弹性、弹性比功、冲击韧性、断裂韧性、氢脆、应力腐蚀、粘着磨损、磨粒磨损、微动磨损、蠕变、持久强度、应力松弛、腐蚀疲劳、加工硬化指数 二、指出下列力学性能指标的名称，物理意义及单位 A K 、K 1、K IC 、K 1SCC 、c a 、E 、σf 、σb 、σ 0.2、σys 、σP 、δ、σ-1、th K ?、C 650103σ、ε、?、H B 、HRC 、H V 、G 、G IC 、 三、填空题 1、低碳钢拉伸试验的过程可以分为 、 和 三个阶段。 2、材料常规力学性能的五大指标为： 、 、 、 。 3、陶瓷材料增韧的主要途径有 、 、 、 显微结构增韧以及复合增韧六种。 4、常用测定硬度的方法有 、 和 测试法。 1、聚合物的弹性模量对 非常敏感，它的粘弹性表现为滞后环、 和 ，这种现象与温度、时间密切有关。 2、影响屈服强度的内在因素有： 、 、 、 ；外在因素有： 、 、 。 3、缺口对材料的力学性能的影响归结为四个方面： 、 、 、 。 4、材料或零件在 和腐蚀介质的共同作用下造成的失效叫腐蚀疲劳。 四、请说明下面公式各符号的名称以及其物理意义 c IC c a Y K /=σ、、n SS A σε= 、n K S ε=、 m K c dN da )(?= 五、简答题 1. 金属疲劳破坏的特点是什么？典型疲劳断口具有什么特征？提高疲劳强度的途径有哪些？ 2. 和常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点?造成这种差别的原因何在? 3. 提高金属材料的屈服强度有哪些方法?试用已学过的专业知识就每种方法各举一例。 4. 缺口对材料的性能有哪些影响？为什么缺口冲击韧性被列为材料常规性能的五大指标之一？它和断裂韧性有何关系？ 5. 为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性? 6. 提高零件的疲劳寿命有哪些方法? 试就每种方法各举一应用实例，并对这种方法具体分析，其在抑制疲劳裂纹的萌生中起有益作用，还是在阻碍疲劳裂纹扩展中有良好的效果? 7. 为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义? 8. 缺口冲击韧性为什么被列为材料常规性能的五大指标之一，怎样正确理解冲击韧性的功能：(a)它是
材料力学性能考试答案
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什 么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τ max 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σ b 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承
材料力学性能复习重点汇总
第一章 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素 与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度 位错增值和运动 晶粒、晶界、第二相等 外界影响位错运动的因素 主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）
单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。 派拉力： 位错交互作用力 （a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）2．晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。 屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素 加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。 4．第二相（弥散强化，沉淀强化） 不可变形第二相 提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。 不可变形第二相 位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。 弥散强化：
衡量金属材料力学性能的指标名称 符 基本单位及其含义说明
指标 法定计量单位 计算公式 试验仪器 含义说明 名称 符号 名称 单位 弹性 弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性 弹性指标 正弹性模量 E 兆帕〔斯卡〕 MPa 式中 σ──应力 ε──应变 P ──垂直应力（N ） l 0──试样原长（mm ） F 0──试样原来的横截面积（mm 2） Δl ──绝对伸长量（mm ） 拉伸试验机或万能材料试验机 金属在弹性范围内，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎克定律），这个比例系数就称为弹性模数或弹性模量。根据应力，应变的性质通常又分为：正弹性模数（E ）和剪切弹性模数（G ），弹性模数的大小，相当于引起物体单位变形时所需应力之大小，所以，它在工程技术上是衡量材料刚度的指标，弹性模数愈大，刚度也愈大，亦即在一定应力作用下，发生的弹性变形愈小 切变弹性模量 G 兆帕〔斯卡〕 MPa 式中 ──切应力 ──相应的扭转滑移 M ──扭转力矩 l 0──试样计算长度（mm ） ──计算长度l 0两端的扭 转角度（经度） ──扭转时试样截面相对于轴线的极惯性矩（对圆截面 ）（mm 4） 扭转试验机或万能材 料试 验机 比例极限 σp 兆帕 〔斯卡〕 MPa 式中 ──比例极限载荷（N ） F ──试样横截面积 （mm 2） 拉伸试验机 或万 能材 料试验机 指伸长与负荷成正比地增加，保持直线关系，当开始偏离直线时的应力称比例极限，但此位置很难精确测定，通常把能引起材料试样产生残余变形量为试样原长的0.001％或0.003％、0.005％、0.02％时的应力，规定为比例极限 弹性极限 σe 兆帕〔斯卡〕 MPa 式中 ──弹性极限载荷（N ） F ──试样横截面积（mm 2） 拉伸试验机或万 能材 料试 验机 这是表示金属最大弹性的指标，即在弹性变形阶段，试样不产生塑性变形时所能承受的最大应力，它和σp 一样也很难精确测定，一般多不进行测定，而以规定的σp 数值代替之 强度 强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力 强度极限 σ 兆帕〔斯卡〕 MPa 式中 ──最大载荷（N ） F ──试样横截面积（mm 2） 指金属受外力作用，在断裂前，单位面积上所能承受的最大载荷 抗拉强度 σb 兆帕〔斯卡〕 MPa 式中 ──最大拉力（N ） F ──试样横截面积（mm 2） 拉伸试验机 或万 能材 料试验机 指外力是拉力时的强度极限，它时 衡量金属材料强度的主要性能指标