《材料性能学》习题试题集

《材料性能学》习题一、名词术语阐释在理解的基础上用自己的语言阐释各章讲授涉及到的名词术语。二、名词术语分类对下列名词术语进行分类，并说明分类的依据（可用数字表示该名词术语）：1.屈服强度；2.热膨胀；3.载流子；4.介电常数；5.循环硬化；6.矫顽力；7.磁致伸缩；8.Hollomon关系；9.热导率；10.河流花样；11.断面收缩率；12.磁化曲线；13.击穿；14.光子；15.塑性变形；16.断裂韧度；17.蠕变；18.磁导率；19.持久强度；20.吕德斯带；21.偶极子；22.Coffin-Manson关系式；23.贝纹线；24.加工硬化；25.弹性极限；26.热传导；27.原子固有磁矩；28.电偶极矩；39.循环软化；30.疲劳极限；31.解理刻面；32.Paris公式；33.热膨胀系数；34.解理台阶；35.伸长率；36.磁滞回线；37.极化；38.过载持久值；39.玻尔磁子；40.马基申定则；41.驻留滑移带；42.谐振子；43.应力-应变曲线；44.韧窝；45.滞弹性；46.格留乃森定律；47.铁磁性；48.声子；49.磁矩；50.弹性变形；51.压电常数；52.最大磁能积53.脆性疲劳条带；54.磁致伸缩。三、填空请填写下列空白：1.在材料力学性能中，涉及裂纹体的性能指标包括__________裂纹尖端应力强度因子______和__________断裂韧度___。2.凡是影响___载流子浓度_____________和_____载流子迁移率___________的因素，都将影响材料的导电性能。3.疲劳极限可以分为____________________对称应力循环下的疲劳极限___和____________________非对称应力循环下的疲劳极限____两类。4.影响介质绝对折射率的材料性能参数包括______介质的介电常数_______和____介质的磁导率_________。5.根据铁磁体的磁化曲线，可以表征铁磁性材料的_饱和磁化强度sM___________、_饱和磁感应强度sB____________、_起始磁导率____________和___最大磁导率__________。9.热传导的物理机制包括___电子导热________________、____声子导热_____________和____光子导热________________。10.研究分析材料的物理性能，涉及的基础物理单元包括力学_______________、_______热学___________、_______光学__________、_____电学_____________、和______磁学____________。11.根据电介质的极化形式，可以将其分为___位移极化_____________和___松弛极化_____________两类。12.固体材料发光的物理机制一种是_____分立中心发光________________，一种是_______复合发光_________________。13.疲劳裂纹萌生可以分为____表面疲劳裂纹萌生_______________________和___内部疲劳裂纹萌生__________________________。14.以应力值表征的材料弹性性能指标有弹性极限_____________和_比例极限_____________。15.研究材料性能的影响因素,通常涉及__________、________________和______________。16.根据铁磁体的磁滞回线，可以表征铁磁性材料的_剩余磁感应强度___________、_矫顽力_________、__磁滞损耗__________和_最大磁能积__________。17.由格留乃森定律可以导出金属的体积膨胀系数与___热容_________和___体积___________之间的关系。18.典型的疲劳断口总是由____疲劳源________、_疲劳区___________和_瞬断区__________三部分构成。19.金属材料静拉伸宏观断口的三个区域是______纤维区______、___放射区_________和____剪切唇_______。四、判断题1.若在材料的微观形貌中发现韧窝存在，宏观上即可判定为韧性断裂。错2.材料的各种硬度值均以载荷-变形的关系来表征。错3.弹性后效、循环韧性、力学松弛均属于非理想弹性变形的范畴。对4.通常，低周疲劳用应变-寿命曲线表征，高周疲劳用应力-寿命曲线表征。对低周疲劳实验一般在横应变幅控制模式下进行，用应变-寿命曲线或塑性应变-寿命曲线而非应力-寿命曲线来表征低周疲劳抗力。5.材料的断裂韧度与裂纹大小、形状以及外力大小无关。错6.“自发磁化”是指在“分子场”的作用下相邻原子自旋磁矩同向或反向平行排列。错7.所谓复合发光是指将发光离子复合到基体材料中，从而使材料具备发光能力。错8.区分理想弹性变形和非理想弹性变形的依据是：应变与应力的加载路径是否有关。错应变对应力的相应是线性的，服从胡克定律；应力和应变同相位，应变是瞬时达到的，与时间无关；应变是应力的单值函数，应变与应力的加载路径无关。9.韧度是衡量材料断裂前吸收弹性变形功和断裂功大小的性能指标。错韧度是衡量材料韧性大小的性能指标，韧性是指材料断裂前吸收变形功和断裂功的能力。10.自发磁化理论可以解释温度对铁磁性的影响、磁晶各向异性和磁致伸缩。对11.金属材料发生颈缩的判据可以由Hollomon关系式推导得出。对12.表征压电性能的指标是压电常数和机电耦合系数。对13.本征半导体的自由电子浓度和空穴浓度相等，而空穴迁移率小，所以本征半导体的导电能力微弱。错14.相变对材料的热容和热膨胀均有影响。对15.应力状态软性系数值越大，材料的硬度值越低。错16.韧度一般可分为静力韧度、冲击韧度和断裂韧度三类。对17.缺口敏感度是表征材料缺口尖端应力集中状态的性能指标。错，脆化倾向。18.实际屈服强度低于理论屈服强度的原因是材料中存在裂纹。错19.金属材料的应变硬化指数表征金属抵抗继续塑性变形的能力。对20.材料的韧脆转变温度可以通过冲击试验来确定。对21.工程上将I型裂纹在平面应变状态下的临界应力强度因子作为断裂韧度是因为I型裂纹在工程实践中最为普遍。错22.变动应力下，无论产生循环硬化或循环软化，超过一定周次后都能形成稳定、封闭的滞后回线。对23.采用蠕变极限这一性能指标就能表征材料的蠕变性能。24.研究材料的热容和热膨胀都应该从晶格热振动入手。错25.铁电性是一种特殊的介电性，具有非线性极化的性质，其本质来源于晶体的自发极化。26.杂质半导体均靠多数载流子导电，且多子的类型也相同。错27.衡量材料介电性的性能指标有介电常数、介电损耗和介电强度。对28.介电常数和磁导率随入射光波长的变化越大，材料的色散就越大。对29.红宝石呈红色是因为Al2O3中掺入Cr3+离子后不吸收红光所致。错30.减少材料中的夹杂，提高材料的纯净度，可使断裂韧性提高对五、简答题1.论述晶体热容理论的演进过程。元素的热容定律——杜隆-铂替定律：元素的定容摩尔热容为25J/（molK）;化合物的热容定律——奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素院子热容之和。爱因斯坦量子热容理论。德拜理论。2.阐述“材料性能宏观表征”的含义。3.分别阐述铁电性和铁磁性概念的内涵，并对二者进行比较分析。铁磁性：在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。磁化率是很大的正数，且M或B与外磁场强度H呈非线性关系变化，如铁、钴、镍等。铁磁体在温度高于某临界温度后变为顺磁体。在无外电场作用下可发生自发极化，在晶体内部形成许多电偶极矩平行排列的小区域；在施加外电场时，极化强度p随外电场强度E为非线性增加，介电常数是一个与电场强度有关的变化值；在外电场交变是，极化强度与电场强度的关系曲线具有电滞回线特点，即必须施加反向电厂才能够将计划强度降为零，存在剩极化和矫顽力，该类晶体称为铁电体。4.论述双原子模型在材料性能微观分析中的运用。（1）弹性模量的微观分析（2）热膨胀的物理本质5.材料性能的宏观表征中存在哪些“三阶段”现象，对此你有什么解释？退火低碳钢拉伸时的力学响应大致分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。伪弹性：常规弹性变形阶段、应力诱发马氏体相变阶段、马氏体常规弹性变形阶段。非晶体热导率-温度关系：中低温温度范围，光子导热的贡献可以忽略，主要为声子热导，温度升高，热容增大，声子热导率上升；600-900K温度区间，随着温度不断升高，热容不再增大，逐渐为一常数，声子热导率亦不再随温度升高而增大，但此时光子热导开始增大，因而热导率开始上扬。温度高于900K区间在这一阶段，温度升高时，声子热导率变化仍不大，但光子的平均自由程明显增大，光子的热导率随温度的三次方规律急剧增大，因此热导率曲线急剧上扬。铁磁物质的基本磁化曲线可以大体分为三个阶段。畴壁可逆迁移区，畴壁不可逆迁移区，磁畴旋转区。金属电阻率和温度的关系：温度小于2K，电阻率与温度的平房成正比。温度在2K和德拜温度之间，电阻率和温度的5次方成正比。温度高于德拜温度，电阻率和温度成正比。温度对半导体电阻的影响：低温区、饱和区、本征区；6.对比分析三大工程材料的主要力学、物理性能。六、计算、论证题