空气的主要物理参数

空气的主要物理参数

一、温度

温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主要参数之一。热力学绝对温标的单位K，摄式温标 T=273.15+t

二、压力（压强）

空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。

P=2/3n(1/2mv2)

矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。

换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa

(见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20,

１mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa

三、湿度

表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。

表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。

１、绝对湿度

每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对温度。其单位与密度单位相同（Kg/ m3），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度。

rv=Mv/V

饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水蒸汽量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。这种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气，这时水蒸气分压力叫饱和水蒸分压力，PS，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度rs 。

２、相对湿度

单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（rV）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（rS）之比称为空气的相对湿度

φ＝ rV／ rS

反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。

Φ愈小空气愈干爆，φ＝０为干空气；

φ愈大空气愈潮湿，φ＝１为饱和空气。

温度下降，其相对湿度增大，冷却到φ=1时的温度称为露点

例如：甲地：t = 18 ℃， rV ＝0.0107 Kg/m3,

乙地：t = 30 ℃， rV ＝0.0154 Kg/m3

解：查附表当t为18 ℃， rs ＝0.0154 Kg/m3, ,

当t为30 ℃， rs ＝0.03037 Kg/m3,

∴甲地：φ＝ rV／ rS＝0.7 ＝70 %

乙地：φ＝ rV／ rS＝0.51＝51 %

乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。

露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当达到100％时，此时的温度称为露点。

上例甲地、乙地的露点分别为多少？

３、含湿量

含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿量。d= rV／ rd, rV= φPs/461T rd=(P-φPs)/287T

d=0.622 φPs/(P- φPs)

四、焓

焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。

i=id+d?iV=1.0045t+d(2501+1.85t)

实际应用焓-湿图（I-d)

五、粘性

–流体抵抗剪切力的性质。

当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。

式中：μ－－比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性或绝对粘度。其国际单位：帕.秒，写作：Pa.S。

温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低

六、密度

单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与P、t、湿度等有关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：

根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：

k g/m3

式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；

φ为相对湿度；

Ｔ为空气绝对温度，T= t + 273 , K。

kg/m 3

式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。

注意：Ｐ和Ｐsat 单位一致。

空气比容：n=V/M=1/ r

材料性能参数

材料物理性能参数 表征材料在力、热、光、电等物理作用下所反映的各种特性。常用的材料物理性能参数有内耗、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率和弹性模量等。 内耗材料本身的机械振动能量在机械振动时逐渐消耗的现象。其基本度量是振动一个周期所消耗的能量与原来振动能量之比。测量内耗的常用方法有低频扭摆法和高频共振法。内耗测量多用于研究合金中相的析出和溶解。 热膨胀系数材料受热温度上升1℃时尺寸的变化量与原尺寸之比。常用的有线膨胀系数和体膨胀系数两种。热膨胀系数的测量方法主要有：①机械记录法；②光学记录法;③干涉仪法；④X射线法。材料热膨胀系数的测定除用于机械设计外，还可用于研究合金中的相变。 热导率单位时间内垂直地流过材料单位截面积的热量与沿热流方向上温度梯度的负值之比。热导率的测量，一般可按热流状态分为稳态法和非稳态法两类。热导率对于热机，例如锅炉、冷冻机等用的材料是一个重要的参数。 比热容使单位质量的材料温度升高1℃时所需要的热量。比热容可分为定压比热容cp 和定容比热容cV。对固体而言，cp和cV的差别很小。固体比热容的测量方法常用的有比较法、下落铜卡计法和下落冰卡计法等。比热容可用于研究合金的相变和析出过程。 电阻率具有单位截面积的材料在单位长度上的电阻。它与电导率互为倒数，通常用单电桥或双电桥测出电阻值来进行计算。电阻率除用于仪器、仪表、电炉设计等外，其分析方法还可用于研究合金在时效初期的变化、固溶体的溶解度、相的析出和再结晶等问题。 弹性模量又称杨氏模量，为材料在弹性变形范围内的正应力与相应的正应变之比（见拉伸试验）。弹性模量的测量有静态法(拉伸或压缩)和动态法（振动）两种。它是机械零部件设计中的重要参数之一。

材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编(供参考)

材料物理习题集 第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础） 1.一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3） 计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。（P5） 1 2 34 1 31192 11 11 o' (2) 6.610 = (29.1105400 1.610) =1.6710 2 K 3.7610 sin sin218 2 h h p mE m d d λ π λ θλ λ θθ - -- - = ? ????? ? =? = =?= 解：（1）= （2）波数= （3）2 2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 22623 22626102610 （1）1、22p、33p （2）1、22p、33p3d、44p4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。（非书上内容）

3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级 的能量比费米能级高出多少k T ？（P15） 1()exp[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT = -+?-=-=-=?=-=-?解：由将代入得将代入得 4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0 F 。（P16） 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=解： 由 5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。（Na 的摩尔质量M=22.99， .0ρ?33 =11310kg/m ）（P16）

常用的岩土和岩石物理力学参数

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： （7.2）当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K值(利用压缩试验或者P波速度试验估计)，然后再用K和ν来计算G值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值） （Goodman,1980）表7.1 干密度 (kg/m3) E(GPa) νK(GPa) G(GPa) 砂岩19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210- 2570 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980）表7.2 干密度(kg/m3) 弹性模量E(MPa) 泊松比ν 松散均质砂土1470 10-26 0.2-0.4 密质均质砂土1840 34-69 0.3-0.45 松散含角砾淤泥质砂土1630 密实含角砾淤泥质砂土1940 0.2-0.4 硬质粘土1730 6-14 0.2-0.5 软质粘土1170-1490 2-3 0.15-0.25 黄土1380 软质有机土610-820 冻土2150 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5中弹性常量：E1, E3,ν12,ν13和G13；正交各向异性弹性模型有9个

弹性模量E1,E2,E3,ν12,ν13,ν23,G12,G13和G23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验 室）表7.3 Ex(GPa) Ey(GPa) νyx νzx Gxy(GPa) 砂岩43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩15.7 9.6 0.28 0.21 5.2 石灰石39.8 36.0 0.18 0.25 14.5 页岩66.8 49.5 0.17 0.21 25.3 大理石68.6 50.2 0.06 0.22 26.6 花岗岩10.7 5.2 0.20 0.41 1.2 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量Kf，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M。纯净水在室温情况下的Kf值是2 Gpa。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的Kf，不用折减。这是由于对于大的Kf流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC3D中用到的流动时间步长, tf与孔隙度n，渗透系数k以及Kf有如下关系： （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数来决定改变Kf的结果。 （7.4）其中 其中，——FLAC3D使用的渗透系数 ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） ——水的单位重量

材料物理性能

材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论

1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变

空气物理性质与压力

空气物理性质 空气的组成： 成分 氮氧氩二氧化碳其他 体积（%）78.09 20.95 0.93 0.03 0.078 重量（%）75.53 23.14 1.28 0.05 0.075 空气的密度： 空气具有一定的质量，质量常用密度来表示。密度是单位体积内空气的质量，用ρ表示。ρ=M/V 式中M、V分别为气体的质量与体积。 空气的粘度： 空气质点相对运动时产生阻力的性质。空气粘度的变化只受温度变化的影响，而压力变化 对其影响甚微，可忽略不记。 空气的运动粘度与温度的关系： t(oC) 0 5 10 20 30 40 60 80 100 v(m2s-1) 0.136 0.142 0.147 0.157 0.166 0.176 0.196 0.21 0.238 (10-4) 空气的压缩性与膨胀性： 当气体的压力变化时体积随之改变的性质称为气体的压缩性；气体因温度变化体积随之改变的性质称为气体的膨胀性。空气的压缩性和膨胀性都远大于液体的压缩性和膨胀性。气体的 体积随温度和压力的变化规律服从气体状态方程。 mym2005-09-29 09:54 气动控制系统设计计算 气动控制系统的设计步骤 气动控制系统是由电气信号处理部分和气压功率输出部分所组成的闭环控制系统。通常，气动控制系统的设计步骤为： 1）明确气动控制系统的设计要求； 2）确定控制方案，拟定控制系统原理图； 3）确定气压控制系统动力元件参数，选择反馈元件； 4）计算控制系统的动态参数，设计校正装置并选择元件。

mym2005-09-29 09:54 气动比例、伺服控制 气动比例伺服控制系统是由电气信号处理部分和气动功率输出部分所组成的闭环控制系统。 气动比例、伺服控制系统与液压比例、伺服控制系统比较有如下特点： 1）能源产生和能量储存简单。 2）体积小、重量轻。 3）温度变化对气动比例、伺服机构的工作性能影响很小。 4）气动系统比较安全，不易发生火灾，并且不会造成环境污染。 5）由于气体的可压缩性，气动系统的响应速度低，在工作压力和负载大小相同时，液压系统的响应速度约为气动系统的50倍。同时，液压系统的刚度约为相当的气动系统的400倍。6）由于气动系统没有泵控系统，只有阀控系统，阀控系统的效率较低。阀控液压系统和气动伺服系统的总效率分别为60%和30%左右。 7）由于气体的粘度很小，润滑性能不好。在同样加工精度情况下，气动部件的漏气和运动副之间的干摩擦相对较大，负载易出现爬行现象。 综合分析，气动控制系统适用于输出功率不大（气动控制系统的极限功率约为4kW），动态性能要求不高，工作环境比较恶劣的高温或低温，并对防火有较高要求的场合。

第二章湿空气的物理性质及其焓湿图

第2章 创造满足人类生产、空气环境的主体又是通风工程的处理对象，2.1 湿空气的物理性质 2.1.1 空气的组成 通风工程的媒介是空气，（N 2）、氧（O 2）、氩（Ar ）、二氧化碳（CO 2体；多数成分如氮（N 2）、氧（O 2）、氩（Ar 定，少数成分如二氧化碳（CO 2）组成。目前推荐的干空气标准成分见表2-1和图表2-1 注：该表中气体成分随时间和场所的不同，有较大变化； *氡有放射能，由Rn 220和Ｒn 222两种同位素构成，因为同位素混合物的原子量变化，所以不作规定。（Rn 220半衰期54s ，Ｒn 222半衰期3.83日）

2.1.2 湿空气的物理性质 通风空调的空气成分与人们平时所说的“空气”实际是干空气加水蒸汽的混合物，即湿空气。 在湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变化却对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要影响，且使湿空气的物理性质随之改变[4]。因此研究湿空气中水蒸汽含量的调节在通风空调中占有重要地位。 地球表面的湿空气中，尚有悬浮尘埃、烟雾、微生物及化学排放物等，由于这些物质并不影响湿空气的热力学特性，因此本章不涉及这些内容。 1、压力 空气分子永不停息、无规则的热运动对容器壁面产生的压强，习惯叫做空气的绝对静压，是气体状态的基本参量之一。海平面的标准大气压为101325Pa 。压力的单位有Pa 、mbar 等，大气压力各单位之间的换算见表2-2。 大气压力随海拔高度而变化，可由以下经验公式计算： 2559.550)105577.21(H P P ??-=-，Pa （2-1） 式中 P 0——海平面大气压力，Pa ； H ——海拔高度，m 。 当海平面P 0=101325Pa 时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，大气压力随海拔高度的变化如图2-2所示。大气压力值一般在士5%范围内波动。 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 405060708090100110 大气压 P /k P a 海拔高度 /km 图2-2 大气压与海拔高度的关系 湿空气各组分气体的分压力遵循道尔顿定律。即： i P P ∑= （2-2） 对于理想气体遵循的状态方程为： mRT PV = 或 RT P =υ （2-3）

材料物理性能复习总结

材料物理性能复习总结

第一章电学性能 1.1 材料的导电性 ，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。 一、金属导电理论 1、经典自由电子理论 在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。 2、量子自由电子理论 金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。 0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。 不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。 马基申定则：，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻。 3、能带理论 能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。 图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。 图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没

材料物理性能期末复习题

期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 ．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为I0?（1-m）2x。 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产

常用的岩土和岩石物理力学参数

(E, ν与) (K, G) 的转换关系如下： K E 3(1 2 ) G E （7.2） 2(1 ) 当 ν值接近 0.5 的时候不能盲目的使用公式 3.5，因为计算的 K 值将会非常的高，偏离 实际值很多。最好是确定好 K 值 (利用压缩试验或者 P 波速度试验估计 )，然后再用 K 和 ν 来计算 G 值。 表 7.1 和 7.2 分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值） （Goodman,1980） 表 7.1 干密度 (kg/m 3) E(GPa) ν K(GPa) G(GPa) 砂岩 19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩 26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石 2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210-257 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石 2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩 73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980） 表 7.2 松散均质砂土 密质均质砂土 松散含角砾淤泥质砂土 密实含角砾淤泥质砂土 硬质粘土 软质粘土 黄土 软质有机土 冻土 3 弹性模量 E(MPa) 泊松比 ν 干密度 (kg/m ) 1470 10-26 0.2-0.4 1840 34-69 0.3-0.45 1630 1940 0.2-0.4 1730 6-14 0.2-0.5 1170-1490 2-3 0.15-0.25 1380 610-820 2150 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况， 横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量： E E 3 , ν12 , ν 和 G 13 ；正交各向异性弹性模型有 9 个弹性模量 E 1, 13 1,E 2,E 3, ν12 , ν , ν 和 G 23。这些常量的定义见理论篇。 1323 ,G 12,G 13 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。 一些学者已经给出了用 各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表 3.7 给出了各向 异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表 7.3 E x (GPa) E y (GPa) νyx νzx G xy (GPa) 砂岩 43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩 15.7 9.6 0.28 0.21 5.2

材料物理性能

1.根据受力应变特征材料分为：脆性材料，延性材料，弹性材料。 2.材料受载荷后形变的三个阶段：弹性形变，塑形形变，断裂 3.弹性模量：材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。意义：反映材料抵抗应变的能力，是原子间结合强度的标志。影响因素（键合方式，晶体结构，温度，复相的弹性模量）。机理：对于足够小的形变应力与应变成线性关系，系数为弹性模量，物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现，弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。 4.滞弹性：固体材料的应变产生与消除需要有限的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。衡量指标：应力弛豫和应力蠕变。应力弛豫：在持续外力作用下发生形变的物体在总变形值保持不变的情况下，徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。应力蠕变：固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。 5.塑性形变指一种在外力移去后不能回复的形变。滑移系统：滑移方向和滑移面。产生条件：a-（几何条件）面间距大滑移矢量小 b（静电条件）每个面上是同种电荷原子，相对滑移面上的电荷相反。无机非材料不产生原因：a.滑移系统少；b.（位错运动激活能大）位错运动需要克服的势垒比较大，位错运动难以实现。施加应力，或者由于滑移系统少无法达到临界剪应力，或者在达到临界剪应力之前就导致断裂；c.伯格斯矢量大。 6.高温蠕变定义：材料在高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。影响因素：温度和应力。机理：a晶格机理（位错攀移理论，由于热运动位错线处一列原子移去或移入，位错线向上移一个滑移面。）b扩散蠕变理论（空位扩散流动，应力造成浓度差，导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变）c晶界机理（多晶体蠕变，高温下晶界相对滑动，剪应力松弛，有利蠕变。低温下晶界本身是位错源，不利蠕变） 7.理论断裂强度：理论下材料所能承受的最大应力。实际强度：实际情况中材料在外加应力作用下，沿垂直外力方向拉断所需应力。 8.断裂韧性：是材料的固有性能，由材料的组成和显微结构所决定，是材料的本征参数。物理意义：反映了具有裂纹的材料对外界作用的抵抗能力。 9.微裂纹能量判据：弹性应变能的变化率等于或大于裂纹扩展单位裂纹长度所需的表面能增量，裂纹失稳而扩展。脆性断裂本质：微裂纹的快速扩展。 10.亚临界裂纹扩展：脆性材料在受到低于其临界应力的使用应力作用下裂纹扩展取决于温度，应力和环境介质，随着时间的推移而缓慢扩展。机理：环境介质的作用引起裂纹的扩展；高温下裂纹尖端的应力空腔作用。 11.预测材料寿命方法：无损探伤法和保证试验法 12.材料强度影响因素：a内在因素：材料的物性，如弹性模量，热膨胀系数，导热性，断裂能b显微结构：相组成、晶界（晶相、玻璃相、微晶相）、晶粒尺寸（尺寸小强度大）、气孔（有气孔强度小）、微裂纹（长度、尖端的曲率大小）c外在因素：使用温度（先不大后温度升高强度降低最后出现塑性形变）、应力、气氛环境、试样的形状大小（越大强度越低）、表面（例如：无机材料的形变滖温度升高而变化的情况）d.工艺因素：原料的纯度粒度形状、成型方法、升温制度、降温速率、保温时间、气氛及压力等。 13.提高强度改善韧性原则：在一定条件下，晶体中的滑移系统数目及可动程度都是物质本质结构所决定，脆性本质难以改变，要从脆性的根源和量度入手。关键是：提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力；减小材料内部所含裂纹缺陷尺寸，以减缓裂纹尖端的应力集中效应。具体途径：弥散增韧，相变增韧，微晶高密度高均匀度高纯度，预加应力，化学强化。 14.热容本质：各个频率声子数目随温度的升高而增加，在宏观上表现为吸热。 15.德拜温度：是晶体中能量最大声子被激发出来的特征温度。物理意义：反映了原子间结合力的又一重要物理量，与键的强度，弹性模量，熔点有关。

空气的物理性质

空气的物理性质 ．温度 温度是描述空气冷热程度的物理量，主要有三种标定方法：摄氏温标、华氏温标和绝对温标（又称热力学温标或开氏温标）。 2．压力 空气的压力就是当地的大气压，用符号p表示。常用单位有国际单位帕（Pa）；工程单位kfg/cm2；液柱高单位毫米汞柱高和毫米水柱高。 3．湿度 空气湿度是指空气中含水蒸气量的多少，有以下几种表示方法： （1）绝对湿度。即每平方米空气中含有水蒸气的质量，用符号γZ表示,单位为kg/m3。如果在某一温度下，空气中水蒸气的含量达到了最大值，此时的绝对湿度称为饱和空气的绝对湿度，用γB表示。 （2）相对湿度。为了能准确说明空气中的干湿程度，在空调中采用了相对湿度这个参数，它是空气的绝对湿度γZ与同温度下饱和空气的绝对湿度γB的比值，用符号φ表示。4．比焓 空气的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓，工程上简称焓。因此，空气的比焓是指1kg干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和，用符号h表示，单位是kj/kg。 5．密度和比容 空气的密度是指每立方米空气中干空气的质量与水蒸气的质量之和，用ρ表示，单位为kg/m3。 空气的比容是指单位质量的空气所占有的容积，用符号ν表示，单位为m3/kg。因此空气的密度与比容互为倒数关系。 湿空气是水蒸汽和干空气的混合物。完全不含水蒸汽的空气称为干空气，干空气本身是氮、氧及少量其它气体的混合物，其成分比较稳定。大气中的空气或多或少都含有水蒸汽，因此人们在日常生活及工程上遇到的都是湿空气。随地理位置、季节、气候等条件影响，大气成分有些变动。通常认为干空气各组分的标准容积分数如下表： 在某些过程如干燥、空气调节等问题中，空气中的水蒸汽起着特殊作用，所以我们必须研究气体和蒸汽的混合物的热力性质，特别是干空气和水蒸汽的混合物—湿空气的热力性质。

材料物理性能(总结)

一章 1、原子间的键合类型有几种？（P1) 金属键、离子键、共价键、分子键和氢键 2、什么是微观粒子的波粒二象性？（P1） 光子这种微观粒子表现出双重性质——波动性和粒子性，这种现象叫做波粒二象性。 3、什么是色散关系？什么是声子？声子的性质？（P20、P25） 将频率和波矢的关系叫做色散关系。 声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。 性质：（1）声子的粒子性：声子和光子相似，光子是电磁波的能量量子，电磁波可以认为是光子流，光子携带电磁波的能量和动量。 （2）声子的准粒子性：准粒子性的具体表现：声子的动量不确定，波矢改变一个周期或倍数，代表同一振动状态，所以不是真正的动量。 4、声子概念的意义？（P25） （1）可以将格波雨物质的相互作用过程理解为，声子和物质的碰撞过程，使问题大大简化，得出的结论也正确。 （2）利用声子的性质可以确定晶格振动谱。 5、简述高聚物分子运动的特点。（P29） （1）运动单元的多重性（2）分子运动时间的依赖性（3）分子运动的温度依赖性6、影响高聚物玻璃化温度的因素（P33） （1）分子链结构的影响（2）分子量的影响（3）增塑剂的影响（4）外界条件的影响 7、影响高聚物流动温度的因素（P39） (1) 分子量（2）分子间作用力（3）外力 8、线性非晶高聚物的力学状态？（P29） 二章 1、材料的热学性能的内容。(P41) 材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等。 2、什么是热容？（P42）什么是杜隆-柏替定律和奈曼-柯普定律（P43） 热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。 杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(k·mol)； 奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 3、试述线膨胀系数与体膨胀系数的关系。（P50） 4、请分析热膨胀与其他性能的关系。（P49） 5、影响材料热膨胀系数的因素。（P50） （1）化学组成、相和结构的影响（2）化学键的影响（3）相变的影响 6、简述影响热导率的因素。（P55） （1）温度的影响（2）显微结构的影响（3）化学组成的影响 （4）复相材料的热导率（5）气孔的影响 7、什么是热稳定性？无机材料受热损坏类型有几种？（P60） 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。

材料物理性能_吴其胜_习题解答

材料物理性能习题与解答 吴其胜 工学院材料工程学院 2007，3

目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)

1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 )(0114.0105.3101014010009 40000cm E A l F l E l l =?????=??= ?= ?=?-σ ε0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力

1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者： 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为

常用钢铁材料物理参数

25Mn 2.10E+110.28 8.00E+100.000013 800048 450 490000000 295000000 35Mn 2.10E+110.28 8.00E+100.000013 800048 450 560000000 335000000 45Mn 2.10E+110.28 8.00E+100.000013 800048 450 620000000 375000000 60Mn 2.10E+110.288 8.19E+100.0000121 782048 450 695000000 410000000 65Mn 2.11E+110.288 8.19E+100.000012 782048 450 735000000 430000000 70Mn 2.15E+110.29 8.20E+100.0000119 784048 450 785000000 450000000 T2 1.37E+110.31 5.20E+100.00001728898048 450 715000000 420000000 T3 1.08E+110.35 4.41E+100.00001692891048 450 715000000 420000000 T7 2.10E+110.275 8.00E+100.000013 790048 450 715000000 420000000 T8 2.23E+110.277 8.72E+100.0000106 784048 450 1080000000 930000000 T8Mn 2.10E+110.275 8.00E+100.000013 790048 450 1080000000 930000000 T9 2.10E+110.275 8.00E+100.000013 790048 450 1130000000 980000000 T10 2.10E+110.275 8.00E+100.000013 790048 450 1150000000 990000000 30Cr 2.06E+110.29 7.90E+100.000013 782044 460 885000000 685000000 40Cr 2.11E+110.277 8.28E+100.00001199787044 460 980000000 785000000 45Cr 2.06E+110.29 7.90E+100.000013 782044 460 1030000000 835000000 50Cr 2.06E+110.29 7.90E+100.000013 782044 460 1080000000 930000000 15CrMo 2.12E+110.284 8.25E+100.00001337788044 460 440000000 295000000 20CrMo 2.10E+110.278 8.22E+100.0000127 784044 460 885000000 685000000 20CrMoH 2.10E+110.278 8.22E+100.0000127 784044 460 1258000000 1079000000 25Cr2MoV 2.11E+110.3 8.10E+100.0000118 762044 460 1090000000 1042000000 25Cr2MoVA 2.11E+110.3 8.10E+100.0000118 762044 460 930000000 785000000 25Cr3Mo3VNb 2.20E+110.28 8.55E+100.00001007781044 460 885000000 685000000 30CrMo 2.11E+110.279 8.22E+100.0000127 785044 460 9300000000 785000000 35CrMo 2.13E+110.286 8.24E+100.0000125 787044 460 980000000 835000000 42CrMo 2.12E+110.28 8.25E+100.00001243785044 460 1080000000 930000000 7Cr7Mo3V2Si 2.25E+110.36 8.22E+100.0000111 772044 460 1080000000 930000000 9Cr2Mo 2.36E+110.3 9.07E+100.0000115 781044 460 1080000000 930000000 Cr12MoV 2.18E+110.28 8.53E+100.0000104 785044 460 920000000 750000000 Cr4Mo4V 2.18E+110.29 8.41E+100.00001088787044 460 1080000000 930000000 CrWMn 2.20E+110.29 8.56E+100.00001172793044 460 925000000 750000000 20CrMnMo 2.07E+110.254 8.25E+100.0000112 787044 460 1175000000 885000000 40CrMnMo 2.07E+110.254 8.25E+100.0000112 787044 460 9800000000 785000000 20CrMnTi 2.12E+110.289 8.17E+100.0000127 786044 460 1080000000 835000000 30CrMnTi 2.05E+110.25 8.20E+100.00001072785044 460 1470000000 121000000 20CrMnSi 2.10E+110.276 8.23E+100.0000129 780044 460 785000000 635000000 40CrMnSiMoV 1.93E+110.26 8.10E+100.0000125 778044 460 1988000000 1945000000 5Cr21Mn9Ni2N 2.05E+110.265 8.10E+100.0000168 773044 460 1090000000 598000000 5Cr21Mn9Ni12N 1.98E+110.27 7.76E+100.0000185 773044 460 870000000 464000000 20CrNiMo 2.08E+110.295 8.09E+100.0000128 787044 460 980000000 785000000 20CrNi2MoA 2.10E+110.275 8.50E+100.00001072787044 460 1150000000 835000000 2Cr12NiMoWV 2.16E+110.27 8.44E+100.00001038784044 460 885000000 735000000 28CrNiMoV 2.14E+110.28 8.29E+100.000012 787044 460 1150000000 835000000 30Cr2Ni4MoV 2.04E+110.286 7.94E+100.0000117 786044 460 1150000000 835000000 40CrNiMo 2.09E+110.295 8.07E+100.0000128 787044 460 980000000 800000000 40CrNiMoA 2.09E+110.295 8.07E+100.0000128 787044 460 980000000 835000000 45CrNiMoV 2.14E+110.29 8.28E+100.00001211783044 460 1553000000 1374000000 45CrNiMoVA 2.14E+110.29 8.28E+100.00001211783044 460 1470000000 1325000000 10Cr2Mo1 2.01E+110.291 7.98E+100.0000111 78301250000000 1050000000 10Cr9Mo1VNb 2.20E+110.29 8.50E+100.0000117 77801250000000 1050000000 10CrMo910 2.16E+110.283 8.42E+100.0000122 78701250000000 1050000000 12Cr1MoV 2.14E+110.286 8.35E+100.000013037860450000000 255000000 12Cr1MoVTiB 2.10E+110.27 8.20E+100.0000126978301250000000 1050000000 12Cr3MoVSiTiB 2.18E+110.27 8.61E+100.0000121677801250000000 1050000000 12CrNi3 2.12E+110.31 8.09E+100.0000119 7840930000000 685000000 材料牌号 弹性模量 泊松比 剪切模量热胀系数密度导热系数比热 抗张强度 屈服强度