天津工业大学材料表界面作业题汇总解答
材料表界面 习题答案
材料表界面习题答案材料表界面习题答案近年来，随着科技的不断发展，材料表界面的研究成为了材料科学领域的热点之一。
材料表界面是指两个或多个不同材料之间的交界面，它们的性质和结构对材料的性能起着至关重要的作用。
因此，研究材料表界面的性质和行为对于开发新材料、改善材料性能以及解决材料失效问题具有重要意义。
一、材料表界面的定义和分类材料表界面是指材料中两个或多个不同相之间的交界面，它们的性质和结构往往与材料本身的性质有很大的差异。
根据不同的分类标准，材料表界面可以分为物理界面和化学界面。
物理界面是指两个相之间仅有形态和结构上的差异，而化学界面则是指两个相之间发生了化学反应，形成了新的化学物质。
二、材料表界面的性质和行为材料表界面的性质和行为受到多种因素的影响，包括界面能量、界面结构、界面化学反应等。
界面能量是指两个相之间的能量差异，它决定了界面的稳定性和相互作用力的大小。
界面结构则指的是界面上原子或分子的排列方式，它对界面的力学性能和电子结构具有重要影响。
界面化学反应是指两个相之间发生的化学反应，它可以导致界面的变化和材料性能的改变。
三、材料表界面的研究方法为了研究材料表界面的性质和行为，科学家们发展了多种研究方法。
其中，最常用的方法包括电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等。
电子显微镜可以观察到材料表界面的形貌和结构，X射线衍射可以分析界面的晶体结构，而拉曼光谱则可以研究界面的振动和光学性质。
四、材料表界面的应用材料表界面的性质和行为在材料科学和工程中具有广泛的应用。
例如，在材料加工过程中，控制材料表界面的性质可以改善材料的加工性能和机械性能。
在材料设计中，通过调控材料表界面的结构和化学反应，可以开发出新的材料，如纳米材料和复合材料。
此外，材料表界面的研究还有助于解决材料失效问题，如腐蚀、疲劳和断裂等。
综上所述，材料表界面是材料科学领域的一个重要研究方向。
通过研究材料表界面的性质和行为，可以为开发新材料、改善材料性能以及解决材料失效问题提供理论指导和技术支持。
天津工业大学工程力学复习材料
BD
刚度合格
五、平面弯曲：
当作用在梁上的载荷和支反力均位于纵向对称面内时，梁 的轴线由直线弯成一条位于纵向对称面内的曲线。 三类强度计算： 校核强度 设计截面
M max WZ [ ]
WZ
M max [ ]
计算最大荷载
M max WZ [ ]
危险截面是弯矩绝对值最大的面 危险点是危险面上距中性轴最远点
620.75N.m 1432.5N.m
max AC
T1 Wp
16T1
d
3 1
16 620.75 103
40
3
49.4MPa[ ]
max DB
T2 Wp
16T1
d
3 2
16 1432.5 103
70
3
21.3MPa [ ]
强度合格 （3）刚度校核
1.41 +
_ 3.8
x=3.1m _ 3
(kN· m) M
+ 2.2
例
M=3kN.m,
q=3kN/m,
a=2m
解：求A、B处支反力 FAY=3.5kN;FBY=14.5KN 剪力图：如图，将梁分为三段 AC：q=0,FQC= FAY CB：q<0,FQB=-8.5kN BD：q<0,FQB=6kN 弯矩图： AC：q=0,FQC>0,直线,MC=7KN.M CB：q<0,抛物线,FQ=0,MB=6.04 BD：q<0,开口向下，MB=-6kN.m
所以：一组平行轴，对过质心的轴的惯性矩最小。
弯曲正应力强度条件
σ max
M
y max max Iz
材料设计科学与工程基础知识单选题100道及答案解析
材料设计科学与工程基础知识单选题100道及答案解析1. 材料设计中，决定材料性能的最基本因素是（）A. 化学成分B. 组织结构C. 加工工艺D. 使用环境答案：A解析：化学成分是决定材料性能的最基本因素。
2. 下列属于金属材料的是（）A. 陶瓷B. 塑料C. 铝合金D. 玻璃答案：C解析：铝合金是典型的金属材料。
3. 高分子材料的特点不包括（）A. 密度小B. 强度高C. 耐腐蚀D. 绝缘性好答案：B解析：高分子材料通常强度相对较低。
4. 复合材料的优点是（）A. 性能单一B. 制备简单C. 综合性能好D. 成本低答案：C解析：复合材料能结合多种材料的优点，具有综合性能好的特点。
5. 材料的热性能不包括（）A. 导热性B. 热膨胀性C. 磁性D. 比热容答案：C解析：磁性不属于材料的热性能。
6. 金属材料的强化方法不包括（）A. 固溶强化B. 弥散强化C. 老化强化D. 细晶强化答案：C解析：老化强化不是金属材料常见的强化方法。
7. 陶瓷材料的主要化学键是（）A. 金属键B. 共价键C. 离子键D. 范德华力答案：B解析：陶瓷材料主要以共价键结合。
8. 下列材料中，韧性最好的是（）A. 陶瓷B. 金属C. 高分子D. 复合材料答案：B解析：金属材料通常具有较好的韧性。
9. 材料的疲劳性能是指（）A. 抵抗多次重复加载的能力B. 高温下的性能C. 低温下的性能D. 腐蚀环境下的性能答案：A解析：材料的疲劳性能指抵抗多次重复加载的能力。
10. 用于航空航天领域的材料通常要求（）A. 低密度B. 高强度C. 耐高温D. 以上都是答案：D解析：航空航天领域的材料需要具备低密度、高强度、耐高温等特性。
11. 纳米材料的特点不包括（）A. 表面效应B. 小尺寸效应C. 宏观量子隧道效应D. 大体积效应答案：D解析：纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，没有大体积效应。
12. 材料的硬度测试方法不包括（）A. 布氏硬度B. 洛氏硬度C. 维氏硬度D. 拉伸硬度答案：D解析：拉伸试验不是用于测试硬度的，常见的硬度测试方法有布氏、洛氏和维氏硬度。
(完整版)作业部分参考答案
22填空题1 •钢材的材料屈服标准值具有97.73 %的保证率，相当于取值为平均屈服强度减去 2_倍标准差。
2 .砼的材料强度标准值具有95 %的保证率，相当于取值为平均材料强度减去1.645倍标准差。
3.一般可变荷载有如下代表值：标准值、准永久值、频遇值和组合值。
4•影响结构抗力不定性的主要因素有结构构件材料性能的不定性、结构构件几何 参数的不定性、结构构件计算模式的不定性。
计算题：4•已知：一种钢管的外径D 的均值为 D 30.2cm ，变异系数 □ 0.03，壁厚t 的均值t1.25cm ，变异系数t 0.05。
求该钢管面积的统计参数。
【解】钢管面积的表达式为2 2A 一[D (D 2t) ] t(D t)4钢管面积的均值为21.25 (30.21.25)113.7 cm钢管面积的方差为A|mt(D-2t )t ) = (30.2-21.25)=87.0cm1.25 0.05 0.063cm钢管面积的变异系数为0.057113.7A |m1.25=3.9cmD -2 因此287.030.2 0.03 0.906cm20.063 3.9240.90642.5cm7.2号试题1.设功能函数Z=R-S,结构抗力R和作用效应S均服从正态分布，平均值(A) =2.56; (B) =3.53; (C) =10.6; (D) =12.4.2.用中心点法求：有一圆形截面钢杆，己知材料的屈服极陕P的均值恥二29HZ标准差◎严2.兀圆杆直経d的均值臨一3”恥皿标范警口A-0, 3crn.当钢杆頑受轻向拉力F—±1B/吋，试确定其可靠指标及失效聲率〜取极限状态方程Z=£ld s R-F4用中心点法m z =^m/m R F当F = 181^时*将吋29口曲，0 >=2. 5N/CDI J・叫= 3.Oc叭标潢番O 3c口代人得1、某地基由多层土组成，各土层的厚度、容重如图所示，试求各土层交界处的竖向自重应力，并绘出自重应力分布图。
材料表面与界面-习题含答案
第一章1、什么是Young 方程？接触角的大小与液体对固体的润湿性好坏有怎样的关系？答:Young 方程:界面化学的基本方程之一。
它是描述固气、固液、液气界面自由能γsv ，γSL ,γLv 与接触角θ之间的关系式,亦称润湿方程，表达式为:γsv -γSL =γLv COSθ.该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态.关系:一般来讲，接触角θ的大小是判定润湿性好坏的依据，若θ=0.cosθ=1，液体完全润湿固体表面,液体在固体表面铺展;若0＜θ＜90°，液体可润湿固体，且θ越小,润湿性越好；90°＜θ＜180°，液体不润湿固体；θ=180°，完全不润湿固体,液体在固体表面凝集成小球。
2、水蒸气骤冷会发生过饱和现象,在夏天的乌云中，用飞机撒干冰微粒,试气温骤降至293K ，水气的过饱和度(P/Ps ）达4，已知在293K 时,水的表面能力为0。
07288N/m,密度为997kg/m 3，试计算：（1）在此时开始形成雨滴的半径.（2）每一雨滴中所含水的分子数。
答:(1）根据Kelvin 公式有'2ln 0R RT M P P ργ=开始形成的雨滴半径为：0ln 2'p pRT MR ργ=将数据代入得：m R 101079.74ln 997293314.8018.007288.02'-⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=（2）每一雨滴中所含水的分子数为N=N A n ，n=m/M=ρV/M ，得个661002.6018.03997)1079.7(14.34)(34233103'=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-A A N M R N M V N ρπρ3、在293k 时，把半径为1。
0mm 的水滴分散成半径为1。
0μm 的小水滴，试计算（已知293K 时水的表面Gibbs 自由为0。
07288J .m —2）（1)表面积是原来的多少倍?(2）表面Gibbs 自由能增加了多少？(9分）答：(1）设大水滴的表面积为A 1，小水滴的总表面积为A 2,则小水滴数位N ，大水滴半径为r 1，小水滴半径为r 2。
工程材料作业习题及答案全
1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。
2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。
3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。
求：①作出Ａ－Ｂ合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）②写出共晶反应式。
③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。
４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。
②α相和β相的重量百分数。
③共晶体中的α相和β相的重量百分数。
（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。
５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。
3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。
4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。
5.根据铁碳相图：①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。
②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。
③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。
6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7．依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：①含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。
天津工业大学材料力学作业题解
π 2 2 FN螺栓 24 × p × ( D − d1 ) p × ( D 2 − d12 ) = = ≤ [σ ]螺栓 σ 螺栓 = 2 π 2 × A螺栓 d 6 d 4
得
[σ ]螺栓 × 6 × d 2 115 × 6 × 17.32 p≤ = = 6.8(MPa) D 2 − d12 186 2 − 652
FS2 （c）
α
B
（a）
1.4 拉伸试样上 A，B 两点间的距离 l 称为标距。受拉力作用后，用变形仪量出两点间的距离 为 ∆l = 4.5 × 10 mm 。若 l 的原长为，试求 A 与 B 两点间的平均应变 ε m 。 解：由平均应变的定义知，AB 的平均应变为
−2
εm =
∆l 5 × 10−2 = =5 ×10 −4 l 100 B l
二、应用截面法，取 m-m 截面以右，n-n 截面以下部分为研究对象，受力图如（c） ，由平衡 条件
∑M
得
O
=0 ， FN × 2 − 3 × 1 − M = 0
M = 1 kN ⋅ m
∑ F =0 ， F
y
S
− 3 + FN = 0
得 AB 杆的变形属于弯曲变形。
FS = 1 kN
FN
C n n
FN
Fmax =
[σ ] A 100 × 400 = = 50(kN) 2 cos α cos 2 26.6o
6
2.16 在图示杆系中，BC 和 BD 两杆的材料相同，且抗拉和抗压许用应力相等，同为 [σ ] 。为 使杆系使用的材料最省，试求夹角 θ 的值。 解： B 点的受力如图示，平衡条件为
D
∑F ∑F
解上二式，得
x
材料工程技术基础知识单选题100道及答案解析
材料工程技术基础知识单选题100道及答案解析1. 材料的强度指标通常用（）来表示。
A. 伸长率B. 屈服强度C. 硬度D. 冲击韧性答案：B解析：屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的应力，是衡量材料强度的重要指标。
2. 以下哪种材料属于金属材料（）A. 陶瓷B. 塑料C. 钢铁D. 玻璃答案：C解析：钢铁是典型的金属材料。
3. 材料的硬度越高，则其（）A. 耐磨性越好B. 韧性越好C. 塑性越好D. 强度越高答案：A解析：硬度高通常意味着耐磨性好。
4. 常见的晶体结构有（）A. 体心立方B. 面心立方C. 密排六方D. 以上都是答案：D解析：体心立方、面心立方、密排六方都是常见的晶体结构。
5. 合金元素在钢中的作用不包括（）A. 提高硬度B. 降低韧性C. 改善耐蚀性D. 细化晶粒答案：B解析：合金元素一般会改善钢的性能，不会降低韧性。
6. 以下哪种热处理工艺可以提高材料的硬度（）A. 退火B. 正火C. 淬火D. 回火答案：C解析：淬火能使材料获得高硬度。
7. 金属材料的疲劳极限是指（）A. 材料在无限次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力B. 材料在一定次数交变载荷作用下不发生断裂的最大应力C. 材料在一次拉伸试验中能承受的最大应力D. 材料在压缩试验中能承受的最大应力答案：A解析：疲劳极限是材料在无限次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
8. 陶瓷材料的主要特点是（）A. 高强度B. 高韧性C. 耐高温D. 良好的导电性答案：C解析：陶瓷材料具有耐高温的特性。
9. 复合材料的优点不包括（）A. 比强度高B. 可设计性强C. 成本低D. 抗疲劳性能好答案：C解析：复合材料通常成本较高。
10. 高分子材料的分子量越大，则其（）A. 强度越高B. 韧性越好C. 流动性越好D. 加工性能越好答案：A解析：分子量越大，高分子材料的强度越高。
11. 材料的导热性越好，则其（）A. 保温性能越好B. 散热性能越好C. 耐腐蚀性越好D. 耐磨性越好答案：B解析：导热性好，散热性能就好。
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课后习题解答
第一次作业
1、表面张力产生的原因？
液体表面层的分子所受的力不均匀而产生的。
液体表面层即气液界面中的分子受到指向液体内部的液体分子的吸引力，也受到指向气相的气体分子的吸引力，由于气相吸引力太小，这样，气液界面的分子净受到指向液体内部并垂直于表面的引力作用，即为表面张力。
这里的分子间作用力为范德华力。
2、毛细管插入汞中，管中汞柱表面呈凸形，管中液面比管外液面低。
若在常压下，气温降低了，此时毛细管中汞面是上升、不变、还是下降？为什么？ （提示：表面张力随温度的降低而升高）
毛细管中汞面是下降。
因为气温降低，表面张力将升高，根据Laplace 方程，r p /2σ=∆，对于凸液面，表面张力增大，液面下降。
下降高度pgh
h ∆=σ2。
第二次作业
1、请解释下列现象中的任一个：
（1）过冷水
（2）过热液体
（3）过饱和液体
（1）根据Kelvin 公式，微小晶体的蒸气压要比大晶体的蒸气压大，故小晶
体的蒸气压曲线在上方，它与过冷水曲线的交点即为小晶体的熔点。
小晶体的熔点低于O点对应的温度，所以对液态水来说，温度到达O点对应的温度不会结晶，形成虚线所示的过冷水。
（2）沸腾时，气泡的形成必须经过从无到有，从小到大的过程。
而最初形成的半径极小的气泡内的饱和蒸汽压远小于外压，
液体中的小气泡，其曲率半径是负的，根据Kelvin公式，其半径越小，气泡内的饱和蒸气压越小。
小气泡内部承受的压力=p外+∆p = p外+2γ/r
因此在外压的压迫下，小气泡难以形成，液体不能沸腾，要想沸腾，必须过热，使小气泡的饱和蒸气压等于外压而沸腾。
过热较多沸腾时，容易暴沸。
（3）根据Kevlin公式，微小晶体颗粒的饱和浓度大于普通晶体的饱和浓度，晶体颗粒越小，溶解度越大。
当溶液在恒温下浓缩时，溶质的浓度逐渐增大，达到普通晶体的饱和度时，对微小晶体仍未达到饱和，所以不析出微小晶体，溶液称为过饱和溶液。
在一个饱和溶液中，若有大小不同的粒子存在，对于大粒子已饱和的溶液，对小粒子仍未达到饱和，所以陈放一段时间，小粒子将消失，大粒子略有增大，这就是重量分析中的陈化过程。
第三次作业
1
当1滴液体的体积小于6μL 时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部分。
如图所示，在直角三角形 ACO ′中，α+β= 90°，θ= 90°+(β-α) =(β+α)+(β-α)=2β，
r h O A O C =''=
βtan 22sin r h h
+=β，22cos r h r +=β
22222222cos sin 22sin sin r h hr r h r
r h h +=
+∙+===βββθ 2、20℃时水的表面张力为72.8mN/m ，汞的表面张力为484mN/m ，而汞－水的界面张力为375mN/m ，请判断：
（1）水能否在汞的表面上铺展开？
（2）汞能否在水的表面上铺展开？
（1） S LS =σSG - σSL - σLG =484-375-72.8=36.2>0
水能在汞的表面上铺展。
（2） S LS =σSG - σSL - σLG =72.8-375-484=-786.2<0
汞不能在水的表面上铺展。
第四次第五次作业
1、什么是表面活性剂？表面活性剂的分子结构有什么特点？表面活性剂的浓度对溶液的表面张力有怎样的影响？为什么有这样的影响？
（1）表面活性剂是指能使溶剂表面张力降低，且使表面呈现活性状态的物
质。
（2）分子结构是由两种不同性质的基团所组成。
一种为非极性亲油基团，另外一种为极性亲水基团，即表面活性剂既具有亲水性又有疏水性，形成一种所谓的“两亲结构”的分子。
（3）随着表面活性剂浓度的增加，表面张力而下降，当达到临界浓度时，表面张力就不再发生变化。
（4）表面活性剂其亲水端向水，亲油段相空气，其浓度的上升会使分子聚集在表面，这样，空气和水的接触面减小，表面张力急剧下降，与此同时，水中的表面活性剂也聚集在一起，排列成憎水基向里，亲水基向外的胶束。
表面活性剂浓度进一步增加，水溶液表面聚集了足够多的表面活性剂的分子，无间隙地布满在水溶液表面上，形成单分子膜。
此时，空气和水完全处于隔绝状态，表面张力趋于平缓。
2、何谓HLB值？HLB值对表面活性剂的选用有何指导意义？
（1）HLB值是指表面活性剂的亲水性与亲油性的相对大小。
（2）HLB越大表示该表面活性剂的亲水性越强,HLB值越低，则亲油性越强.由此,可根据表面活性剂的HLB值的大小,初步选择我们所需要的活性剂类型。
3、什么是相转移温度？用PIT表示表面活性剂的亲水、亲油性较HLB值有什么优点？
（1）相转型温度是指非离子型表面活性剂在低温下可形成水包油(O/W)型乳状液,随着温度升高，溶解度降低,HLB值下降，使得乳状液从原来的（Ｏ／Ｗ）型转变为油包水型（Ｗ／Ｏ）所对应的温度。
又称为亲水-亲油平衡温度。
（2）与HLB都可以反映出亲水亲油性，PIT但是，PIT可以反映出油的种类、水溶液性质、温度和相体积等的影响。
同时PIT测定简单、精度高。
4、什么是CMC浓度？试讨论影响CMC的因素。
请设计一种实验测定CMC 的方法。
（1）CMC浓度是指随着表面活性剂浓度上升，溶液的表面张力逐渐下降，直至表面张力几乎不变时所发生转折时的浓度。
（2）疏水基的影响、亲水基、温度、添加剂（电解质、有机物）。
（3）测定方法：测定电导率、渗透压、冰点、增溶性、洗净力等物理量发
生显著变化的转折点
5、温度对离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂溶解度的影响有什么不同？为什么离子型表面活性剂在K.P点以上溶解度迅速增大，而非离子型表面活性剂溶液在C.P点变成浑浊？
（1）离子型：在足够低的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到一定值后，溶解度会突然增大——Krafft现象非离子型：溶解度随温度升高而下降，当温度升高到一定温度时，溶液会突然变浑浊
（2）离子型：表面活性剂以胶束形式溶解非离子型：温度上升时，氢键被削弱，达到C.P.点时，氢键断裂，表面活性剂从溶液中析出，溶液变得浑浊。