材料物理性能课后题

1. 各向异性虎克定律的物理意义

答：六个应力，包括三个剪应力和三个正应力对六个应变，包括三个正应变和三个剪切应变都有贡献，反之也成立。

以（1）式为例进行说明：在任意的力作用下x方向的正应变有以下项：x方向的拉应力在x 方向的拉伸形变量；y方向的拉应力在x方向的收缩形变量；z方向的拉应力在x方向的收缩量；yz平面的剪切应力在x方向引起的形变量；zx平面上的剪切引力在x方向引起的形变量；xy平面上的剪切引力在x方向引起的形变量.同时每项的应力与应变均复合虎克定律，且个包含一个与之对应的柔顺系数。

同理：其他的应变也有与此相同的描述方法，由此，总共有36个柔顺系数。其数量根据倒数关系、对称性的不同而不同。弹性刚度系数与原子间相互作用势能曲线的关系，弹性刚度系数的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。大部分无机材料具有离子键和共价键，共价键势能曲线的谷比金属键和离子键的深，即：弹性刚度系数大。

2.弹性刚度系数与原子间相互作用势能曲线之间有什么关系？

6. 产生晶面滑移的条件是什么？并简述其原因。

答：产生滑移的条件：面间距大；（面间作用力弱）·每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的电荷相反；（滑移时，没有静电斥力的作用）·滑移矢量（柏格斯矢量）小。（消耗能量小，容易滑动）

8.比较金属与非金属晶体滑移的难易程度。

答：金属非金属

由一种离子组成组成复杂

金属键无方向性共价键或离子键有方向

结构简单结构复杂

滑移系统多滑移系统少

9.晶体塑性形变的机理是什么？

答：原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时，晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状发生变化。如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动，该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能总和；由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级；

实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个数量级。晶体在剪切应力作用下，不是晶体中所有原子都同时移动，即两部分整体错动，而是其中一小部分，这一小部分实际上是晶体中存在许多局部高能区，如位错；在较小外力作用下，位错在滑移面上沿滑移方向运动；使晶体两部分彼此相对移动。

10.试从晶体的势能曲线分析在外力作用下塑性形变的位错运动理论。

答：理想中的原子处于周期性势场中，一维单原子链的势能曲线如图，如果在晶体中存在位错，则在位错处的原子处于亚稳定状态，即原子仍处于势阱中，但其能量高于格点上原子的能量，有位错的一维单原子链的势能曲线如图，位错运动所需的能量要小于格点上原子的运动，如果有外力的作用，则使位错运动的能量进一步降低，更有利于位错的运动。

12.为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？

答：陶瓷多晶体的塑性形变不仅取决于构成材料的晶体本身，而且在很大程度上受晶界物质的控制。因此多晶塑性形变包括以下内容：晶体中的位错运动引起塑变；晶粒与晶粒间晶界的相对滑动；空位的扩散；粘性流动。在常温下，由于非金属晶体及晶界的结构特点，使塑性形变难以实现。又由于在材料中往往存在微裂纹，当外应力尚未使塑变以足够的速度运动时，此应力可能已超过微裂纹扩展所需的临界应力，最终导致材料的脆断。