《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s M ___________、_饱和磁感应强度s B ____________、_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