竹子的力学特性
选题：从力学观点分析竹子的力学特征
徐锴，材料1302,2013012057
【摘要】本文通过分析竹子的材料和构造，说明竹子的强度特性。并通过该种特性进行一些实际应用设计，本文选用建筑中的应用。
【关键词】竹子，强度，建筑，可持续发展
1、收集的常识【1】：
（1）竹,禾本科，竹木质化,有明显的节,节间常中空，高大、生长迅速,竹枝杆挺拔，修长。（2）分布于热带、亚热带至温带地区，其中东亚、东南亚和印度洋及太平洋岛屿上分布最集中，种类也最多。
（3）在竹材研究方面，国内外对竹材的物理性质研究的较多，研究重点主要集中在密度、吸水率及干缩性等方面。密度在很大程度上决定着竹材的力学性质，密度主要取决于纤维含量、纤维直径及细胞壁厚度，密度随纤维含量增加而增加。
2、分析竹子强度特性【2】
相比较于钢材，竹子体轻,但是硬度大。根据实验测定, 竹材的形变量非常小, 弹性和韧性却很高, 顺纹抗拉强度170M Pa, 顺纹抗压强度达80M Pa。特别是刚竹, 其顺纹抗拉强度最高竟达280M Pa, 几乎相当于同样截面尺寸材的一半。虽然钢材的抗拉强度为一般竹材的2.5～3倍，但若按单位重量计算抗拉能力，则竹材要比钢材强2～3倍。
3、竹强度大的力学分析
3.1 空心圆截面的强度分析【4】
（1）根据化工设备机械基础的弯曲强度理论【4】, 杆件强度主要指标是弯曲应力。弯曲强度条件为
][W
M max max σσ≤=。 要提高杆件的强度, 除了合理安排受力, 降低M max 的数值以外, 主要是采用合理的截面形状, 尽量提高抗弯截面模量W 的数值, 充分利用材料。，实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别是 3d 321W π=实 )1(32
1W 43απ-=D 空 式中, d 是实心杆直径, D 是空心杆外径, 1D 是空心杆内径。2
1D D =
α为空心杆内、外径比值, 当空心杆和实心杆的截面积相同时 ）（2122D -D 4
1d 41ππ=或212D -D d = 则11-1-1D 32
1d 321W W 22433>+==α
ααππ）（空实
（1）根据以上分析, 空心圆截面杆的抗弯强度比同样截面积的实心杆大; 并且空心圆截面杆内、外直径的比值α越大,其抗弯强度也随之增大。 例如, 当α= 0。 7 时, 它的抗弯强度比同样重量的实心圆截面大2倍。 因为, 杆件抗弯时从正应力的分布规律可知在杆截面上离中性轴越远, 正应力越大, 而中性轴附近的应力很小, 这样其材料的性能未能充分发挥作用。 若将实心圆截面改为空心圆截面, 也就是将材料移置到离中性轴较远处, 却可大大提高抗弯强度。
（2）在风荷载下，竹子主要抵抗的是弯矩和剪力。对于抗弯，边缘最大正应力与截面的截面惯性矩I 成反比，而I 随截面半径增大而增大，故空心结构形成的大半径有利于降低边缘最大正应力提高抗弯能力。
3.2 材料分布的强度分析
（1）由于边缘的正应力最大，故将优质材料布置在边缘是最优化的结构布置，竹子就做到了这点：竹壁自外而内，分为竹青、竹肉和竹黄三个部分，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，
由抗拉强度很高的纤维质构成。
（2）对于抗剪，竹节又起到了关键的作用。坚硬实心的竹节将竹身分成小段的区格，在每个区格的端部提供可靠的变形约束，从而也能大大提高竹子的抗剪力能力。
3.3 阶梯状变截面的强度分析
（1）竹子在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力基本相同, 相当于阶梯状变截面杆, 是一种近似的“等强度杆”。
（2）因为在风力作用下, 沿杆自上而下各截面的弯矩越来越大。竹子根部所受弯矩最大, 因而根部最粗, 自下而上各截面弯矩越来越小, 竹子也就越来越细。
（3）另外, 竹节不仅能够增强竹子的抗弯强度, 同时,能大大地提高竹子横向的抗挤压和抗剪切的能力。
4 、竹子最为建筑用材在实际中的应用
4.1 背景：
中国是世界上最大的产竹国。竹子生长快，成材早产量高、用途广。据竹材研究者介绍，竹子的生长速度非常快，比其他木材的生长速度都要快。竹子最快的生长速度是24小时长长2。01米，三个月就能长至30至40米。而中国作为世界上最大的竹材生产国在未来的国际市场上扮演着举足轻重的角色。今天竹子是“环保”可持续保护资源的象征。钢材、水泥、玻璃、砂石、粘土砖及其它金属、化工材料,其原料都是不可再生的矿物资源。建筑材料的全球性紧缺是十分令人担忧的问题,特别在发展中国家。
4.1 实际应用优势与动力
◆竹子在2至3年即可成材，而木材至少需要25年，据哥斯达黎加人计算，每年只需70公顷的竹林就可建造竹房屋1000座，如果以木材为原料，需要砍伐600公顷天然林，使用竹子替代木材做建筑材料，可节约更多森林资源，延缓地球变暖。
◆相同面积的建筑，竹子与混凝土的能耗比为1：8，同等建筑过程中竹子能耗仅为钢材的1/50。
◆与木材和其他人工材料相比，竹子没有辐射。
◆即使未经加工，竹子借助纤维组织，其纵向抗拉伸强度是中碳钢的5至6倍。
◆竹建筑更具灵活性，优点之一是可以通过更换损坏或老化的部分而增强耐用性，经过防腐等手段处理的竹材使用寿命可达30年之久
4.2 实际应用的可行性
竹子在食品、房屋、家具等许多领域的应用历史悠久。在许多国家,竹子以多种方式得以巧妙利用,一生都可为人类服务。竹子是房屋建造最古老的建筑材料之一,作为品质优良的建筑材料,竹子比较便宜,且容易加工。近年来,竹子作为房屋建筑材料的重要性逐渐得到人们的关注。在亚洲,许多低收入家庭利用竹子搭建房屋构架,即便使用其它材料,竹子也是建筑单元的主要组成部分。其可以制成房屋的屋顶桁架、檩子、椽子、柱子、地板、墙体、门窗等各种部分,有时为了隔声的需要可以结合水泥、石膏等材料。竹子建筑除了环保外,还具有造价低、便于安装的优点
4.3 实例分析--我国的传统竹子建筑【5】
我国在2000多年前,竹子就已用于民间房屋的建造,迄今南方各省仍多采用竹子建造一些半永久性或临时性的房屋、棚舍等。竹子在江南民居建筑中一般做夯土墙的骨料使用,可以使夯土墙更加坚固耐用,也可以把竹子剖成长条编成竹笆作为围墙、外墙,竹子还可以编织成窗间墙的防护网、护墙板或者做成框钉竹条用作护窗板。
在云南,傣家竹楼属热带雨林竹楼形式,包括德宏、景颇、西双版纳一带。傣族民居以木柱承重,四周围竹墙,为了通风和防潮,房屋整个架空。竹构架歇山顶,坡度很大,屋面覆以小平瓦或排草。湿热带的太阳眩光很强,所以墙体不能开窗,但又要保证通风。竹编的墙透光柔和,既排除了眩光又可以通风
。景颇族的竹楼是长脊短檐、架空低矮的干栏式建筑,竹楼的架空高度很低,一般距地面约50cm,高的也不超过1m,竹屋两侧的竹编墙体上部略向外倾,覆盖脊长而檐短的倒梯形双坡屋顶。从结构上看,景颇民居采用的是纵向承重构架。三列纵向设立的竹子可依家庭大小延长扩展,柱与柱之间无横向的联系构件。另外,承重的柱子与架空层、居住层、围护的墙体三者之间也是相互独立、自成一体的
5、结论
作为一种重要的森林资源，竹子的生物量巨大并广泛应用于人类的日常生活，竹子的经济价值正在不断增长。基于这一趋势，继续对竹材的特性进行深入研究已成必然。竹子因为其特有的材料、构造，具有了各方面强度大的力学特性。通过以上对竹子的介绍可知,竹子在我国作为建筑材料被开发是切实可行的。目前国内发展迅速,大规模的城镇建设消耗了大量能源,也给环境带来了破坏。以可持续发展为方针,针对我国国情、建设采用，就地取材是必要的。我国的竹类资源十分丰富,使用竹子已有几千年的历史,几乎可以涉及到各个领域。所以发展竹材利用是未来必然趋势。
参考文献：
【1】百度百科—“竹子的自然属性”
【2】【3】琳恩·伊丽莎白--《新乡土建筑》—机械工业出版社·2005
【4】赵军、张有忱--《化工设备机械》--化学工业出版社·2007
【5】【6】李慧,张玉坤--《建筑科学》—天津大学出版社·2007
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黄土特性
黄土特性 黄土或黄土状土是一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。我国黄土分布广范,6.6% 的国土面积被黄土覆盖,黄土主要分布在我国中西部地区,其中以西北地区的黄土地层 最厚,最完整。黄土具有颜色淡黄至褐黄、大孔隙、结构疏松、具直立节理(破坏时能 保持直壁)、常含有盐类(主要为碳酸盐与硫酸盐)、成分均匀无层理和遇水具有湿陷性等 显著特点。 3.1.1典型物理化学性质 黄土的颗粒粒径大部分为0.25~以下,主要以粉粒(0.05~0.005~)为主,含量多大于50%,一般土颗粒粒径大小在0.002一200~之间。黄土的粘粒部分(<0.005~)基本上由粘土矿物组成,如蒙脱石、高岭石、绿高岭石和水云母。根据粘土矿物的含量百分比,可将黄土分为蒙脱石黄土、蒙脱石一高岭石黄土和蒙脱石一水云母黄土。粘土矿物成分和比例在某种程度上体现着黄土的湿陷性,因为各种粘土矿物的亲水性不同。如高岭石和水云母等能促使黄土湿陷的发生与发展,而蒙脱石、绿高岭石和水云母等具有特殊的膨胀性,可以阻止湿陷过程的发展。 黄土粉细砂粒部分(0.1一0.05~),其矿物同水不起作用,不影响湿陷过程。在粗粒造岩矿物中,石英、长石和碳酸盐含量较大,对湿陷性无重大影响,而细散粘粒对湿陷过程起重大积极作用,因其具有大的比表面积,会使黄土膨胀、收缩或湿陷,具有不同的力学性质,如压缩、强度等。粉粒在黄土颗粒组成中占绝对优势,而粒径为0.05~0.01~粗粉粒含量最大,一般在50%~60%范围,其浸水活动性也最强。因此有人认为粉粒含量>70%者为重粉质黄土,50%一70%者为中粉质黄土,<50%者为轻粉质黄土。随着浸水,其团粒破坏特征亦不同,所表现的湿陷性亦不同。主要成分:黄土中轻矿物含量占矿物总含量的90%一%%,主要由石英、长石和云母等组成;黄土中的重矿物含量较少,含量在4%~10%之间;黄土的物理力学性质主要由粘土矿物(伊犁石)的多少来决定。而一般土中的粘土与粗矿物成分所占的比例并无规律,或大或小。 化学性质:黄土中的化学成份主要为A12O3和5102,二者含量占总量的60%,其他化学成分还有CaO、Feo和FeZO等。一般土中的这些化学组成并无规律。微观结构:黄上由结构单元(单矿物、集合体和凝块)、胶结物(粘粒、有机质和CaCO3)和空隙(大孔隙、架空孔隙和粒间孔隙等)三部分组成,它表明从空间结构体系的力学强度和稳定性角度分析,构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒。骨架颗粒形态表征传力性能和变形性质,骨架颗粒的连接形式直接影响土结构体系的胶结强度,骨架颗粒的排列方式决定结构体系的稳定性。而一般土的微观结构则表现为单粒结构、片架结构和片堆结构等形式。 3.1.2物理力学性质 黄上物理力学性质的特殊性表现为压密性、振陷性和湿陷性这三个方面。黄土在动 静荷载及浸水后,均可引起振陷变形、湿陷变形和压密变形,振陷变形与湿陷变形分别以振动和浸湿作为诱发因素,使黄土的结构破坏而发生附加湿陷,有时则表现为黄土液化。黄土的湿陷性变形具有突变性、不可逆性和非连续性。黄土与其他一般土相同,一定压应力作用下黄土会出现弹性变形、压密变形、塑性变形和蠕变变形。对于经振动压实后的黄土其性质与一般土有明显的不同,其主要表现为: 1、湿陷性。压实黄土的湿陷性,随干容重和压实功的减小而增大,随含水量增加 而减小。 2、饱和度、渗透性和压缩性。压实黄土的基本性质因含水量的不同而有很大区别, 表现为:其饱和度随含水量的增大而显著减小;渗透系数在最佳含水量附近有一个峰值; 当含水量稍大于最佳含水量时,土体随含水量的增加压缩性显著减小,土体的稳定性也因水份增加而减弱。
7050-T7451铝合金FSW接头的组织与力学性能
7050-T7451铝合金FSW接头的组织与力学性能 杨春艳 陈芙蓉 （内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，呼和浩特市，010051） 摘要：以6.4mm的7050铝合金为研究对象进行搅拌摩擦焊接试验，运用金相显微镜、微机控制电子 万能试验机等测试手段，研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头组织和力学性能的影响。研究表明，6.4mm 厚的7050铝合金，在搅拌头转速为400r/min，焊接速度为60mm/min时，接头强度达到了母材的89%； 焊核区发生了动态再结晶，形成了细小的等轴晶粒，热机影响区晶粒有明显被拉长的迹象，且晶粒粗大，热影响区的晶粒与母材相似，但出现了晶粒粗化现象；焊核底部的晶粒较顶部晶粒细小；焊接接 头的显微硬度呈“W”形分布，母材和焊核区的硬度较高，热影响区和热机影响区的硬度较低。 关键词：搅拌摩擦焊；7050铝合金；等轴晶粒；抗拉强度 0前言 7xxx系列的铝合金，由于其高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀性，使得它在航空、航天、高速列车、高速舰船等工业领域得到了越来越广泛的应用。但作为时效强化型铝合金，由于合金中强化相的类型、分布及其在焊接过程中的溶解和析出行为，使得该类合金采用传统的熔化焊(目前主要为MIG焊)后焊缝中容易出现焊接变形和气孔，残余应力较大，且对应力腐蚀敏感，不能充分发挥材料的性能。因此，探索新的焊接方法在7000系铝合金构件材料中的应用，是非常必要和非常迫切的。 与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）技术具有连接温度低、焊后残余应力小、接头性能高等一系列优点，在航空航天、造船、汽车等领域，尤其是高强铝合金的连接方面具有广阔的应用前景。可以说，搅拌摩擦焊的诞生从根本上解决了高强铝合金的难焊问题。 7050铝合金作为一种Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金，由于具有比强度高、韧性好以及抗应力腐蚀性能优良等优点，逐渐成为搅拌摩擦焊的重点研究对象。但截止目前为止，搅拌摩擦焊在7xxx系列铝合金中的应用还相对有限。文中以已有的铝合金搅拌摩擦焊相关知识为基础,研究了T7状态的7050铝合金FSW焊接工艺参数对其焊缝组织及力其学性能的影响，为进一步优化焊接工艺参数提供依据,并为7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接技术的实际应用奠定基础。 1 试验方法 试验材料为6.4mm厚的7050铝合金轧制板材，其化学成分及力学性能如表1、表2所示。试验采用规格为400mm×120mm×6.4mm的10块试板，每两块为一组。焊前先用钢丝刷打磨除去母材表面氧化膜并用丙酮清洗，采用平板对接形式将其固定在刚性工作台上。焊接试验在龙门式数控搅拌摩擦焊机上进行。焊接试验时选用带右旋螺纹的三角锥形搅拌头，轴肩直径20mm，搅拌针直径8mm，搅拌针长度7.8mm。焊接时，搅拌头顺时针旋转。具体工艺参数如下：每组的焊接速度均为60mm/min，而采用的搅拌头的旋转速度分别为400r/min、600r/min、800r/min、1000r/min、1200r/min。焊接工艺倾角为2.5°，轴向压力为25KN，压入深度为0.2mm。 表1 7050-T7451铝合金的化学成分 Table1 Chemical composition of aluminum Alloy 7050-T7451 %(质量分数) Si Fe Cu Mn Mg Zn Al 0.120.15 2.0~2.60.10 1.9~2.6 6.0余量 表2 7050-T7451铝合金的力学性能 Table2 Mechanical properties of aluminum alloy 7050-T7451 R m/MPa R el/MPa δ/% HV 510 455 10 135 由于始焊端与末焊端容易出现焊接缺陷，所以试验之前需弃用焊缝两端各20mm。沿焊缝横向制取金相试样，并观察其宏观形貌，拉伸试样（见图1）是依据国家标准GB/T2651-1989《焊接接头拉伸试验方法》的规定制取的，每种工艺参数下制取三个拉伸试样。用Keller试剂（1mL浓HF+1.5mL浓HCL+2.5mL浓HNO3+95mLH2O）对抛光后的金相试样进行腐蚀，用Axio lmager型蔡司光学显微镜观察接头的显微组织；用HVS-30Z/LCD 维氏硬度计测试
竹子的力学特性
选题：从力学观点分析竹子的力学特征 徐锴，材料1302,2013012057 【摘要】本文通过分析竹子的材料和构造，说明竹子的强度特性。并通过该种特性进行一些实际应用设计，本文选用建筑中的应用。 【关键词】竹子，强度，建筑，可持续发展 1、收集的常识【1】： （1）竹,禾本科，竹木质化,有明显的节,节间常中空，高大、生长迅速,竹枝杆挺拔，修长。（2）分布于热带、亚热带至温带地区，其中东亚、东南亚和印度洋及太平洋岛屿上分布最集中，种类也最多。 （3）在竹材研究方面，国内外对竹材的物理性质研究的较多，研究重点主要集中在密度、吸水率及干缩性等方面。密度在很大程度上决定着竹材的力学性质，密度主要取决于纤维含量、纤维直径及细胞壁厚度，密度随纤维含量增加而增加。 2、分析竹子强度特性【2】 相比较于钢材，竹子体轻,但是硬度大。根据实验测定, 竹材的形变量非常小, 弹性和韧性却很高, 顺纹抗拉强度170M Pa, 顺纹抗压强度达80M Pa。特别是刚竹, 其顺纹抗拉强度最高竟达280M Pa, 几乎相当于同样截面尺寸材的一半。虽然钢材的抗拉强度为一般竹材的2.5～3倍，但若按单位重量计算抗拉能力，则竹材要比钢材强2～3倍。 3、竹强度大的力学分析 3.1 空心圆截面的强度分析【4】
（1）根据化工设备机械基础的弯曲强度理论【4】, 杆件强度主要指标是弯曲应力。弯曲强度条件为 ][W M max max σσ≤=。 要提高杆件的强度, 除了合理安排受力, 降低M max 的数值以外, 主要是采用合理的截面形状, 尽量提高抗弯截面模量W 的数值, 充分利用材料。，实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别是 3d 321W π=实)1(32 1W 43απ-=D 空 式中, d 是实心杆直径, D 是空心杆外径, 1D 是空心杆内径。2 1D D = α为空心杆内、外径比值, 当空心杆和实心杆的截面积相同时 ）（2122D -D 4 1d 41ππ=或212D -D d = 则11-1-1D 32 1d 321W W 22433>+==α ααππ）（空实 （1）根据以上分析, 空心圆截面杆的抗弯强度比同样截面积的实心杆大; 并且空心圆截面杆内、外直径的比值α越大,其抗弯强度也随之增大。 例如, 当α= 0。 7 时, 它的抗弯强度比同样重量的实心圆截面大2倍。 因为, 杆件抗弯时从正应力的分布规律可知在杆截面上离中性轴越远, 正应力越大, 而中性轴附近的应力很小, 这样其材料的性能未能充分发挥作用。 若将实心圆截面改为空心圆截面, 也就是将材料移置到离中性轴较远处, 却可大大提高抗弯强度。 （2）在风荷载下，竹子主要抵抗的是弯矩和剪力。对于抗弯，边缘最大正应力与截面的截面惯性矩I 成反比，而I 随截面半径增大而增大，故空心结构形成的大半径有利于降低边缘最大正应力提高抗弯能力。 3.2 材料分布的强度分析 （1）由于边缘的正应力最大，故将优质材料布置在边缘是最优化的结构布置，竹子就做到了这点：竹壁自外而内，分为竹青、竹肉和竹黄三个部分，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，由抗拉强度很高的纤维质构成。 （2）对于抗剪，竹节又起到了关键的作用。坚硬实心的竹节将竹身分成小段的区格，在每个区格的端部提供可靠的变形约束，从而也能大大提高竹子的抗剪力能力。 3.3 阶梯状变截面的强度分析 （1）竹子在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力基本相同, 相当于阶梯状变截面杆, 是一种近似的“等强度杆”。 （2）因为在风力作用下, 沿杆自上而下各截面的弯矩越来越大。 竹子根部所受弯矩最大, 因而根部最粗, 自下而上各截面弯矩越来越小, 竹子也就越来越细。 （3）另外, 竹节不仅能够增强竹子的抗弯强度, 同时,能大大地提高竹子横向的抗挤压和抗剪切的能力。 4、竹子最为建筑用材在实际中的应用 4.1 背景： 中国是世界上最大的产竹国。竹子生长快，成材早产量高、用途广。据竹材研究者介绍，竹子的生长速度非常快，比其他木材的生长速度都要快。竹子最快的生长速度是24小时长长
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
不同时代黄土物理力学性质
(一)Q3均质浅黄色湿陷性黄土与Q2红橙色无湿陷性老黄土基本物理力学性质 Q3均质浅黄色湿陷性黄土(即马兰黄土)与Q2红橙色无湿陷性老黄土(即离石黄土上部)的基本物理力学性质 两类黄土间在物理力学性质上的差别，以及在水平方向的变化规律： (1)Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度和干容重较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土大；而孔隙度则较小。 (2)Q2红橙色无湿陷性老黄土的粘土颗粒含量较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土多，而砂粒的含量则较少。 (3)Q2红橙色无湿陷性老黄土液限和塑性指数一般较Q3均质浅黄色湿陷性黄土大。 (4)由北向南，两类黄土的砂粒含量逐渐减少；粉粒和粘粒含量增加。 (5)由北向南，两类黄土的液限和塑性指数逐渐增加。 (6)由北向南，Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的强度有所增加；Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度变化不大。 可以根据干容重、孔隙度、无侧阻抗压强度，粘粒和砂粒的含量等方面的差别，用来鉴别两类黄土。通常， (1)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的干容重小于1.4g/cm3，多在1.3g/cm3左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土的干容重大于1.4g/cm3，甚至可达到1.6g/cm3。
(2)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层孔隙度一般大于50％，甚至可达到65％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层一般小于50％，多在45％左右。 (3)Q3均质浅黄色湿陷性新黄上层无侧限强度小于1公斤／厘米2，多在0.6公斤／厘米2左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土层大于1公斤／厘米2，甚至可达2．5公斤／厘米2。（注：1公斤／厘米2=98Kpa） (4)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层粘粒(＜0.005毫米)含量一般小于20％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层粘粒含量一般大于20％。(而砂粒含量有时见反常现象，故不可作为鉴别两类黄土的依据)。 （二）新近堆积黄土物理力学性质的特点 (1)从全国湿陷性黄土地区的平均统计数值上看，新近堆积黄土和其他类型湿陷性黄土的各项物理力学性质指标基本上相差不太大。 (2)小范围的地区或场地上新近堆积黄土的物理力学性质与其相邻近的其他类型湿陷性黄土的物理力学性质可能有差异性，有时两者相差较大。 (3)新近堆积黄土的物理力学性质比较复杂，变化较大。它的某些指标表现为极不均匀、稳定性差。 (三)新近堆积黄土各项物理力学性质的特征 1．比重：新近堆积黄土的比重和其他类型湿陷性黄土一样，变化不大，一般在2.68~2.74之间。
定性分析竹子的力学特性(红色推荐)
定性分析竹子的力学特性 结12，高鸣，2001010132 初次见到竹子的人大概都为竹子如此之细却能长那么高而感到惊讶，尤其是竹子多生长在南方，而且最茂密的季节是夏季，很难想象竹子在南方夏天的狂风骤雨中如何屹立不倒。笔者试图通过自己有限的一点知识，从竹子的结构出发浅谈竹子的受力优点。 先看一下竹子的结构有哪些特点。竹子的断面是圆环形，中空，一般直径6厘米，壁厚0.5厘米，大约每隔15厘米有一个实心坚硬的竹节。 对于空心固体的受力性能，意大利科学家伽利略曾经做过专门的研究，这里摘录如下：“人类的技艺（技术）和大自然都在尽情地利用这种空心的固体。这种物质可以不增加重量而大大增加它的强度，这一点不难在鸟的骨头上和芦苇上看到，它们的重量很小，但是有极大的抗弯力和抗断力，麦秆所支持的麦穗重量，要超过整株麦茎的重量，假如与麦秆同样重量的物质却生成实心的而不是空心的，它的抗弯和抗断力就要大大减低。”“实际上也曾经发现并且用实验证实了，空心的棒以及木头和金属的管子，要比同样长短同样重量的实心物体更加牢固，当然，实心的要比空心的细一些。人类的技艺就把这个观察到的结果应用到制造各种东西上，把某些东西制成空心的，使它们又坚固又轻巧。” 竹子在自然界中主要受自重荷载和风荷载。在自重荷载下（无风时），竹子相当于一根受压杆，根据欧拉公式，临界荷载：2 2)(l EI F Pcr μπ= ，对于竹子，E 是它的材料性能， 取决于竹纤维的强度，生长在土地上长度系数2=μ， 这些都是常数。除去长度因素外，还和截面抗弯刚度Pcr F EI 成正比。显然，在同样的重量下，把截面作成空心圆环对于提高抗弯刚度EI 是最有利的。计算表明，假如把竹子做成实心的，则其抗弯能力是原来的1/10。因此，竹子特有的空心圆环形的截面保证了它的受压整体稳定性，从而能提高其生长高度。那么竹子如何保证受压局部稳定性呢？竹节的作用此时就体现了。竹节所起到的作用与箱形截面柱中横向加劲肋是一样的，从而保证了竹子的受压局部稳定性。同时，竹节的存在也保证了竹子的抗扭能力，避免竹子发生扭转失稳。 在风荷载下，竹子主要抵抗的是弯矩和剪力。对于抗弯，边缘最大正应力与截面截面惯性矩I 成反比，而I 随截面半径增大而增大，故空心结构形成的大半径有利于降低边缘最大正应力提高抗弯能力。同时，由于边缘的正应力最大，故将优质材料布置在边缘是最优化的结构布置，竹子就做到了这点。竹壁自外而内，分为竹青、竹肉和竹黄三个部分，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，由抗拉强度很高的纤维质构成。对于抗剪，竹节又起到了很关键的作用。坚硬实心的竹节将竹身分成小段小段的区格，在每个区格的端部提供可靠的变形约束，从而也能大大提高竹子的抗剪能力。举个例子，农业上小麦减产主要原因之一“倒伏”，就是小麦返青拔节时，由于雨水过多，生长迅速而拔节快，形成节与节之间间距大，减低了麦秆的抗剪能力，头重脚轻杆软倒伏于地。 从上面的分析可以看出，竹子的结构特点十分符合它在自然界中的受力需要。自然界中的许多动植物身上都有许多这样的特点，这些都是生物在进化过程中逐渐产生的有利于其生存的特点，受力优越性便是其中之一。
钢材力学性能标准一览表
钢材力学性能指标汇总表 钢筋的公称横截面积与公称重量 公称直径，mm 公称横截面积mm 2 公称重量，Kg/m 6.5 33.18 8 50.27 0.395 10 78.54 0.617 12 113.1 0.888 14 153.9 1.21 16 201.1 1.58 18 254.5 2.00 20 314.2 2.47 22 380.1 2.98 25 490.9 3.85 28 615.8 4.83 32 804.2 6.31 36 1018 7.99 40 1257 9.87 50 1964 15.42 注：表中公称重按密度为7.85g/cm3计算。 一、钢筋混凝土用热轧带肋钢精GB1499-1998 1、力学性能 牌号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 不小于 HRB335 6~25 28~50 335 490 16 HRB400 6~25 28~50 400 570 14 HRB500 6~25 28~50 500 630 12 2、弯曲性能（按下表规定的弯心直径弯曲180°后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹） 牌号公称直径mm 弯曲试验弯心直径 HRB335 6~25 28~50 3a 4a HRB400 6~25 28~50 4a 5a HRB500 6~25 28~50 5a 7a 二、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91 表面形状钢筋级别强度等级代号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯d弯心直径a公称直径 不小于 光圆Ι R235 8~20 235 370 25 180°d=a 三、低碳钢热轧圆盘条GB/T701-1997 牌号屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯180°d弯心直径a公称直径 不小于 Q215 215 375 27 d=0 Q235 235 410 23 d=0.5a 四、冷轧扭钢筋JG3046-1999
材料力学性能
第一章 1.退火低碳钢在拉伸作用下的变形过程可分为弹性变形，不均匀屈服塑性变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形和断裂 2.弹性表征材料发生弹性变形的能力 3.应力应变硬化指数表征金属材料应变硬化行为的性能指标，反应金属抵抗均匀苏醒变形的能力 4.金属材料在拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观塑性变形的一种标志 5. σs 呈现屈服现象的金属材料拉伸时试样在外力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs 6. σ0.2 屈服强度 7.断裂类型：韧性断裂和脆性断裂；穿晶断裂和沿晶断裂；解理断裂、纯剪切断裂和微孔聚集型断裂 8.塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力 9.韧性断裂和脆性断裂的断口形貌：①韧性断裂断口呈纤维状，灰暗色；中低碳钢断口形貌呈杯锥状，有纤维区，放射区和剪切唇三个区域②脆性断裂断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状，有人字纹花样 10.沿晶断裂断口形貌：沿晶断裂冰糖状 11.常见力学行为：弹性变形，塑性变形和断裂 第二章 1.应力状态软性系数Tmax与σmax的比值 2.相对关系压缩试验α=2，扭转试验α=0.8 3（1）渗碳层的硬度分布---- HK或-显微HV （2）淬火钢-----HRC （3）灰铸铁-----HB （4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV （6）龙门刨床导轨-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度) （7）渗氮层-----HV （8）高速钢刀具-----HRC （9）退火态低碳钢-----HB （10）硬质合金----- HRA 第三章 1.冲击韧性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Ak表示 2.冲击吸收功摆锤冲击试样前后的势能差 3.低温脆性实验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降。原因：材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果 4. 韧脆转变温度转变温度tk称为韧脆转变温度 第四章 1.断裂韧度（K IC ）在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力（与组织有关） 2.应力场强度因子（K I）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（与本身有关） 3.断裂韧度（G IC）表示材料阻止裂纹失稳扩展是单位面积所消耗的能量 4.K IC的测量标准三点弯曲试样，紧凑拉伸试样，F形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样
湿陷性黄土的压实度及含水率对力学性质的影响 康烨
湿陷性黄土的压实度及含水率对力学性质的影响康烨 摘要：为研究非饱和湿陷性黄土的工程力学性质，评估黄土隧道基底稳定性， 通过相关试验，分析了黄土作为隧道基底的基本物理力学性质，研究了不同压实度、含水率条件下黄土的强度与变形特性。研究表明：湿陷性黄土易于压实，压实后空气容积率接近黏性土的空气体积率，残余变形能得到有效控制。最优含水率条件下，压实度k≥0.95的黄土变形呈软化特征；k≤0.93的黄土，围压较低时，变形为软化型；围压较高时，变形为硬化型。围压越高，含水率越大，压实系数越小，则试样塑性越明显。黄土的内摩擦角、粘聚力与压实度正相关，与含水率负相关，可用y=A ln（x）+B较精确的拟合。 关键词：湿陷性黄土；强度；变形；密实度；含水率；隧道桩土复合基底；极限强度 Effects of water content and compaction coefficient on mechanical behaviors of collapsed loess KANG Ye RAILWAY ENGINEERING CONSULTING GROUP CO.,LTD.，Beijing 100055 Abstract：In order to study the engineering mechanics behavior of unsaturated collapsible loess and to evaluate stability of loess tunnel base, the basic physic-mechanical properties of loess were analyzed in the experiments, the strength and deformation behaviors of disturbed loess with different water content and compaction coefficient were studied. Conclusions indicate the loess is easy to compacted, compacted loess has the same volume ratio of air with cohesive soil, and residual deformation can be contained. For specimens at optimum water compactness higher than 95%, the deformation character is softening. For specimens at optimum water compactness lower than 93%, the deformation character is softening in the case of low confining pressure, however it is hardening in the case of high confining pressure. For specimen with higher water content, higher confining pressure and lower compactness, the plastic deformation is more significant. There is positive correlation between internal friction angle, cohesionand degree of compaction, but negative correlation between internal friction angle, cohesion and water content. And the relationship can be fitted with y=A ln（x）+B. Key words：collapsed loess; deformation; strength; water content; compactness; tunnel composite substrate 1 引言 黄土是指粒径介于粘土与细砂之间，范围为>0.005毫米～<0.05毫米的陆相黄色粉砂质土状堆积物，其颗粒之间结合不紧，孔隙度一般在40%～50%。其颗粒 组成以粉粒为主，其含量可以达50%以上。在我国，湿陷性黄土主要分布在北纬30°～48°间自西而东的条形地带上，面积约64万平方公里，其中山西、陕西、甘肃等省，是典型的湿陷性黄土分布区。 我国黄土覆盖地区广，占全国土地面积的6%，工程建设不可避免的要在湿陷性黄土地基上进行。工程实践表明，湿陷性黄土具有特殊的工程性质及遇水湿陷性，从而导致湿陷性黄土地基出现各种各样的工程问题。 本文鉴于郑西客专及其他黄土区隧道基底所出现的地基不均匀沉降、坍塌和陷穴等工程病害，以新建大准至朔黄铁路联络线项目工程柳条山隧道基底湿陷性黄土为研究对象，通过室内击实与三轴试验，分析研究了湿陷性黄土的隧道基底
黄土、黄土力学与黄土工程问题
黄土、黄土力学与黄土工程问题 谢定义 （西安理工大学） 半个世纪来对黄土、黄土力学与黄土工程的研究使得人们的认识逐渐向黄土客观真实的规律相靠近，增强了人们用黄土力学的理论、观点和方法解决复杂黄土工程问题的思考面、可靠度和主动性。但是在它基础上的进一步深化仍然是一个非常具有现实意义的问题。下面仅就笔者接触到的一些主要材料，分别就黄土地质，黄土力学，黄土地基，黄土边坡和黄土洞室等几个方面的有关问题简要地考察一下半个世纪以来研究工作的一些基本结论。 1. 黄土地质 （1）我国的黄土具有覆盖广（平原，丘陵，高原，山地），厚度大（低阶地5-10m，高阶地20，50-180，200m，兰州西津村400m），大面积连续（乌梢岭以东，太行山以西，长城以南，秦岭以北的黄河中游地区，28万km2 ）和性质特殊（对水的特殊敏感性）等特点。 （2）从地质特征看，干旱、半干旱地区（北纬33°～47°）黄土以粉粒为主，欠压密、高孔隙、富含可溶性盐（加固凝聚力）以及垂直节理发育等特征。 （3）黄土的成因有风成因，水成因和多成因等不同的学说。有一般认为，典型的、或原生的黄土主要是风成黄土；黄土状土或次生黄土多为其他成因的黄土（如冲积，洪积，坡积，湖泊沉积，冰水沉积，洪积－坡积，洪积－冲积，残积－坡积，冲积－坡积等）或是经过其它营力改造过的风成黄土。 （4）黄土在地貌上有高原类的塬（古地形平坦开阔处）、梁（长条形，长几公里到几十公里，顶宽几十米到几百米）、峁（园、椭圆形、丘陵）和河谷类的多级堆积阶地（宽广处）和基床阶地（狭窄处）。 （5）在中国黄土高原区，黄土对水的敏感性有由西北向东南逐渐减弱的趋势。顺着这个方向，黄土的含水量由小到大，天然容重由低到高，粘粒含量由少到多，湿陷起始压力由小到大，黄土层厚度由厚到薄。 （6）对中国黄土按其基本特征可划分为陇西地区，陇东-陕北-晋西地区，关中地区，山西地区（汾河流域区，晋东南区），河南地区，冀鲁地区（河北区，山东区），北部边缘地区（宁陕区，河西走走廊区，内蒙中部-辽西区）及新疆地区等八个大区。 （7）黄土常按其地层、年代和成因分为统称老黄土的早更新世黄土Q1（也称午城黄土）与中更新世黄土Q2（也称离石黄土)和统称为新黄土的晚更新世黄土Q3（也称马兰黄土）和全新世黄土Q4（分为早期的Q41和新近堆积的Q42)。黄土按其湿陷特性分为非湿陷性黄土和湿陷性黄土。黄土按颗粒组成还可分为砂黄土、粉黄土、粘黄土以及砂质粉黄土、粘质粉黄土、粉质粘黄土等。 2. 黄土力学 （8）黄土对水作用的特殊敏感性表现为它在天然低湿度下的高强度和低压缩性，和一旦浸水甚至增湿时强度大幅度骤降（湿剪性）和变形大幅度突增（湿陷性）的现象。它在定量上有不可忽视性，在定性上有急速发展性。 （9）对黄土的水敏性从产生机理、影响因素、预估方法、指标选择以及工程应用诸方面的研究成了黄土力学研究的特色和重点。力荷载和水荷载（广义的力）及它们在状态、路径、速率、历史、水平上的变化与黄土湿度、密度、结构特性综合作用的力学效应和物理
黄土的物理力学性质
黄土的物理力学性质 §2-1 黄土的物理性质 试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。 由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。 试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。 黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。 一．主要成分分析 组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。 水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。
水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。它的含量直接影响到黄土的湿陷性。 中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。 难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。当碳酸钙遇到CO2和H2CO3时溶解，溶解后的阴离子与颗粒表面的阳离子发生交换。当碳酸钙呈现固体结晶状时，是土体骨架的一部分。当它以薄膜状分布或与粘土一起构成次生团粒时，起胶结作用。一般来说，碳酸钙的含量大时，土的强度高。 黄土中的有机质表面能大，持水性强，它以聚集于大孔孔壁或分散于粘粒中形态存在，当其呈分散分布时，构成土的胶结成分，受水浸湿时，会吸收大量水分，而使土崩解。 二．颗粒组成 一般黄土的颗粒组成有两个特点，即小于0.25mm颗粒占绝大多数，且以粉粒（0.005~0.05）为主。用乙种比重计法对本文试验所用的土质进行颗粒分析，其颗粒分析结果见表2-2。 三．压实黄土的微观结构特性 原状黄土是自然历史的产物，它是在一定历史时期内经过了各种复杂作用后形成的，而压实黄土是利用人为的方法，将原状黄土经过粉碎，过筛，加水重塑，击实而成，因此，击实后的黄土改变了土的原始结构，具有独特的结构特征。 公路工程中的路基一般为压实土，为了进一步了解路基土体的结构，下面我们就介绍压实黄土的微结构特性。
土体抗拉张力学特性研究现状与展望
土体抗拉张力学特性研究现状与展望 ： 传统非饱和土力学认为来源于土壤学或土壤物理学中的基质吸力就是非饱和土的粒间吸力，下面是小编搜集整理的一篇探究抗拉张力学特性试验的论文范文，供大家阅读参考。 1、引言 在传统工程地质环境及土力学性质的研究中，土体通常不主动作为抗拉材料使用，认为土的抗拉强度很小或几乎视为零[1,2],实际工程中土体的抗拉强度常常被忽略，多侧重于抗压和抗剪，对抗拉张的研究较少[3,4].然而，许多工程问题中的土体会发生开裂现象，诸如红色问题土中常见的崩岗[5]、滑坡以及黄土中常见的滑塌[6]等地质灾害孕育过程中坡顶几乎都产生的张拉裂缝[7,8],其破坏模式是拉张和剪切的耦合，都与其抗拉张力学特性密切相关。 抗拉张强度是评价非饱和土的崩岗、崩塌及土坝、堤防、路基、垃圾填埋场等边坡的稳定性的重要参数，黄文熙[9]早就指出抗拉张是黏性土的一个比较重要的力学 性质。试验研究表明[4,10] 天然非饱和黏性土的抗拉强度一般可达到十几到几十千帕，从抗拉力学角度，土体的抗拉强度几乎相当于同等面积内2m×3m间距锚杆的抗拔力。可见，抗拉强度在 土体稳定性中起着相当重要的作用，忽略土的抗拉张强度显然是对土的强度认识上的不全面。 本文从土体抗拉张力学特性的实验研究和理论分析2个角度出发，介绍并对比分析了国内外土体抗拉张力学特性的试验以及理论方面的最新研究，通过总结分析历史上大量的岩土破坏试验抽象概括出了土体的8种破坏模式，随后认为土体变形破坏的实质是拉剪耦合的渐进性发展过程，并指出研究非饱和土抗拉特性的核心问题就是要弄清土体抗议与粒间吸力之间的关系，最后总结了研究现状中存在的主要问题，展望了今后的研究与发展方向。 2、抗拉张力学特性试验研究 土体的抗拉张力学特性的测试主要在室内进行，分2类：一类是直接测定法，即单轴拉伸试验和三轴拉伸试验方法;另一类是间接测定方法，包括径向压裂试验、弯 曲梁试验和环状试样法等。比较土体抗剪特性及理论的研究，土体抗拉张特性的研究程度无论从试验手段还是从理论方面都还是远远落后的。例如，至今仍没有统一规范并获得业界普遍认同的土体抗张特性测试仪器。不过，当前抗拉张的新型试验
材料力学性能答案
《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、 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，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 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？ 5、 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。 6、 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。 7、 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
常用土层和岩石物理力学性质
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 1(2ν+= E G （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 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 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 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。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 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
K f ，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K f 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K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （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νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为： ） G 3K (22G 3K u u u +-= ν （7.6） 这些值应该和排水常量k 和ν作比较，来估计压缩的效果。重要的是，在FLAC 3D 中，排水特性是用在机械连接的流变计算中的。对于可压缩颗粒，比奥模量对压缩模型的影响比例与流动。 7.3 固有的强度特性 在FLAC 3D 中，描述材料破坏的基本准则是摩尔-库仑准则，这一准则把剪切破坏面看作直线破坏面： s 13N f φσσ=-+ （7.7）