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材料工程基础第一章答案

(1) τ时刻的流线方程； (2 ) τ = 0时在 (a , b , c )处流体质点的迹线。
为 u x = − ky , u y = k ( x − a τ ), u z = 0 , 其中 k 与 a 为常数，
dx dy = 解：（1）由流线方程） − ky k ( x − aτ )
k (x − aτ )dx = −kydy ⇒ 1 2 ⇒ x + y 2 − aτx = C1 2
2 2
解：加速度的欧拉描述为：
ax =
ay =
∂u ∂u ∂u du x ∂u x = + u x x + u y x + u z x = 2τ + a ax + τ 2 + 0 + 0 = 2τ + a 2 x + aτ 2 dτ ∂τ ∂x ∂y ∂z
(
)
du y dτ
=
∂u y ∂τ
+ ux
∂u y ∂x
速度加速度
或
∂u x (a, b, c,τ ) ∂τ ∂ 2 x(a, b, c,τ ) = ∂τ 2
∂τ ∂ 2 y (a, b, c,τ ) = ∂τ 2 ∂u (a, b, c,τ ) a z (a, b, c,τ ) = z ∂τ ∂ 2 z (a, b, c,τ ) = ∂τ 2
a y (a, b, c,τ ) =
或
x = x(a, b, c,τ ) y = y (a, b, c,τ ) z = z (a, b, c,τ )
∂x(a, b, c,τ ) ∂τ ∂y (a, b, c,τ ) u y ( a , b, c , τ ) = ∂τ ∂z (a, b, c,τ ) u z (a, b, c,τ ) = ∂τ u x ( a , b, c , τ ) =

材料工程基础PPT

功能材料
纳米材料与技术
焊接技术与工程材料科学与工程材料化学高分子材料与工程冶金工程材料物理金属材料工程无机非金属材料工程
粉体材料科学与工程
复合材料与工程
宝石及材料工艺学
三、国内、省内高校材料类专业设置的基本情况四、材料工程基础课程开设的目的和意义五、课程主要内容和学习方法六、材料科学研究进展

学科的第二种含义：指高校教学、科研等功能单位，是对高校人才培养、教师教学、科研业务隶属
范围的相对界定
2、专业一般指高校或中等专业学校根据社会分工需要而划分的学业门类。实际上，专业有广义、狭义和特指三种解释。广义的专业是指某种职业不同于其他职业的一些特定的劳动特点。狭义的专业，主要指某些特定的社会职业。这些职业的从业人员从事的是比较高级、复杂、专门化程度较高的脑力劳动。一般人所理解的专业，大多就是指这类特定的职业。
3、二者之间的关系二者具有内在的统一性。学科是科学知识体系的分类，不同的学科就是不同的科学知识体系；专业是在一定学科知识体系的基础上构成的，离开了学科知识体系，专业也就丧失了其存在的合理性依据。在一个学科，可以组成若干专业；在不同学科之间也可以组成跨学科专业。
学科与专业所追求的目标是不同的。学科发展的目标是知识的发现和创新。学科以知识形态的成果服务于社会，一般称之为科研成果，科研成果又可分为科学型和技术型两种。专业的目标是为社会培养各级各类专门人才。学科与专业目标的区别表明两者之间具有不可替代性。
考依据。
二、材料类学科专业的结构与划分 1、学科分类一级学科材料科学与工程二级学科材料学材料物理化学材料加工工程材料工程三级学科无机非金属材料高分子材料金属材料复合材料纳米材料

材料工程基础部分讲解及课后答案

x x( ) y y( )
z z( )
速度
u
dr
u(r,
)
ux
ux (x,
y,
z, )
dx d
d
或
u(x( ), y( ), z( ), )
uy
uy (x,
y,
z, )
dy d
uz
uz (x,
y, z, )
dz d
加速度
a(x,
y,
z, )
du
u
u
dx
u
dy
u
dz
d x d y d z d
)
2z(a,b, c, 2
)
x x(a,b, c, )
y y(a,b, c, ) z z(a,b, c, )
ux
(a,
b, c,
)
x(a, b,
c,
)
uy
(a,b, c,
)
y(a,b, c,
)
uz
(a,b, c,
)
z(a,b, c,
)
• 欧拉描述
位置
r r (x( ), y( ), z( ), ) 或
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
分别积分得：
所以： x c11 2;
y c21 3
z c31
τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
所以： c1 a; c2 b; 质点的迹线方程为
c3 c
x a1 2 y b1 3 z c1
1 6 设流体运动的欧拉描述为u x ky, u y kx a , uz 0, 其中k与a为常数，

材料工程基础第一章精品PPT课件

红色黑色黄褐色淡黄色
赤铁矿
菱铁矿
磁铁矿
褐铁矿
一、生铁冶炼
对铁矿石的要求：
1、炼铁的原料
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45%
富矿：Fe%＞45%
还原性好；
粒度适中；通常为10~25mm
脉石成分中碱性氧化物含量高；
杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1%
要求：
含碳量高；有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低；在常温及高温下要有足够的机械强度；气孔率要大，粒度要均匀
常用的燃料：
焦炭喷吹用燃料：10~30%，有的达40~50%，包括气体燃料（天然气、焦炉煤气等）、液体燃料（重油、柴油、焦油）、固体燃料（无烟煤粉）
2、高炉设备及工艺过程
金属材料的制备与加工工艺
第一章第二章第三章第四章第五章
金属材料的制备－冶金铸造金属的压力加工金属的焊接金属材料热处理
第一章金属材料的制备－冶金
第一节冶金工艺概述第二节钢铁冶炼第三节有色金属冶炼
第一节冶金工艺概述
冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加工过程的工程技术。
➢ 工艺过程：
浸取
固液分离
溶液净化
金属或化合物提取
第一节冶金工艺概述
电冶金
➢ 定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精
炼金属的冶金过程。
➢ 工艺分类：
电热冶金：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包
括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感应熔炼等。
电化学冶金：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水溶液或熔体中析出的冶金方法。包括水溶液电解和熔盐电解

材料科学与工程基础第一章材料结构

氯化钠是典型的离子键结合，钠原子将其3s态电子转移至氯原子的3d态上，这样两者都达到稳定的电子结构，正的钠离子与负的氯离子相互吸引，稳定地结合在一起(图
1-4)
2. 共价键
• 价电子数为4或5个的ⅣA、ⅤA族元素，离子化比较困难，例如ⅣA 族的碳有四个价电子，借失去这些电子而达到稳态结构所需的能量很高，因此不易实现离子键结合。在这种情况下，相邻原子间可以共同组成一个新的电子轨道，出两个原子中各有一个电子共用，利用共享电子对来达到稳定的电子结构。
周期表中部的ⅢB-ⅧB对应着内壳层电子逐渐填充的过程，把这些内壳层未填满的元素称为过渡元素，由于外壳层电子状态没有改变，都只有1-2个价电子，这些元素都有典型的金属性。
把所有元素按相对原子质量及电子分布方式排列成的表称元素周期表(图1-2)
图1-2 元素周期表
各个元素所表现的行为或性质一定会呈现同样的周期性变化，因为原
型
型
kJ*m ℃
ol-1
离 NaCl 640① 801
金
子 MgO 1000① 2800 属
键
键
共
Si
450 1410 范
价 C（金 713 >3550 德
键
刚石
华
）
键
物质键能 kJ*mol-1
Fe
406
W
849
Ar
7.7
Cl2
3.1
金 Hg
68 -39
氢
NH3
35
属
Al
324 660
键
H2O
51
量子力学的研究发现，电子的旋转轨道不是任意的，它的确切的途径也是测不准的。薛定谔方程成功地解决了电子在核外运动状态的变化规律，方程中引入了波函数的概念，以取代经典物理中圆形的固定轨道，解得的波函数(习惯上又称原子轨道)描述了电子在核外空间各处位置出现的几率，相当于给出了电子运动的“轨道”。这一轨道是由四个量子数所确定，它们分别为主量子数、次量子数、磁量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(＝1、2、3、4...)，它是确定电子离核远近和能级高低的主要参数。在紧邻原子核的第一壳层上，电子的主量子数n＝1，而n ＝ 2、3、4分别代表电子处于第二、三、四壳层。随n的增加，电子的能量依次增加。在同一壳层上的电子，又可依据次量子数l分成若干个能量水平不同的亚壳层。

材料工程基础第一章部分讲解及课后答案

x x( ) y y ( ) z z ( )
dx d dy u y u y ( x, y , z , ) d dz u z u z ( x, y , z , ) d u x u x ( x, y , z , )
速度
dr u u ( r , ) d 或 u ( x( ), y ( ), z ( ), )
uy
u y y
uz
u y z
2 b 2 y b 2
duz u z u u u ux z u y z uz z 0 d x y z dx dy dz 由 u x ax 2 , u y by 2 , uz 0 d d d
d x y z du u u u u z z ux z u y z uz z 0 az d x y z
dx 2x ux ; 1 d
2

u y
ux
u y
uy
u y
uz
u y

6y 1 2
u
x
0; yz yz 2e 2 yz yz 2e 2 yz z; 2 yz y; 2
y z e 2e y z e e uz 2e
uy e
1-2设流体运动的欧拉描述为 ux ax , uy by , uz 0, 试求流体运动加速度的欧拉描述和拉格朗日描述（a+b=0）
2 y (a, b, c, ) 2 u (a, b, c, ) a z ( a , b, c , ) z 2 z (a, b, c, ) 2
a y (a, b, c, )

材料工程基础第一章答案(1)

所以，水沿管线的流动为紊流，动能修正系数 1.0，根据总流伯努力方程，
Re u1 D 3 0.2 6 105 2 103 6 1.0 10
不计阻力损失： 2 u12 p1 u2 p H1 H2 2 2g g 2g g
p p1 9 1 0.12 3 1 0 2g g 2 g d 02 g d0
ReA u A DA
2 0.15 3 2000 0.1 u D 4.5 0.15 ReB B B 6.75 2000 0.1
所以均为层流：
A B 2
取B点为基准点，由题，满足伯努利方程，忽略阻力损失，有：
2 2 pA 1u A pB 2u B ZA ZB g 2g g 2g
uB 1m / s
取A点所在的面为基准面，则有ZB 1m，将值代入以上两式中：
uB AB 1 0.42 uA 4m / s AA 0.22
2 2 70 103 40 103 42 12 pA pB uA uB (0 1) 3.82m 0 (Z A Z B ) 1000 9.8 2 9.8 g 2g
解：假设水由A流向B,且为紊流，根据伯努力方程有： 2 2 pA 1u A pB 2u B ZA ZB h1A B g 2g g 2g
1 2 1
由连续性方程有：
u A AA uB AB
PB 40kN / m2
2 由题： PA 70kN / m

2
2 (v2 v12 )
3
2 Pp v 2 对p-p面与3-3面，取3-3面中心线 P v p 3 3 H H p 3 为基准面有： g 2g g 2g

工程材料基础知识课后习题答案

第一章工程材料基础知识参考答案1．金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。

强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力（即应力σ，单位为Mpa）表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。

金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。

常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号αk表示。

疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。

疲劳强度用σ–1表示，单位为MPa。

2．对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。

硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。

3．比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。

答：（1）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。

实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。

布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F 的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。

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x
（a
2 a3
）ea
2
a
2 a2
2 a3
;
y
（
a
2 a3
）ea
2
a
2 a2
2 a3 ;
zc
所以：流体运动加速度的拉格朗日描述为
ax
2x 2
a3
2 ea a
2; a
ay
2 y 2
a3
2 a
ea
2 a
;
az 0;
1-3 流体运动的速度由 u x2 , y 2, xz 给出，当τ=1时，求质点
x
y
2
2 z 2
2
由已知条件得： a x;
bc
y e
z
;
bc
yz e
代入上式得速度的欧拉描述：
u x 0;
u e y
yz 2e
e
yz 2e
yz 2
yz 2
z;
u e z
yz 2e
e
yz 2e
yz 2
yz 2
y;
1-2设流体运动的欧拉描述为 ux ax 2,uy by 2,uz 0, 试求流体运动加速度的欧拉描述和拉格朗日描述（a+b=0）
ux
2x
1
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
分别积分得：
所以： x c11 2;
y c2 1 3
z c31
τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
所以： c1 a; c2 b; 质点的迹线方程为
x
a a uy
3
e
1 3
(
3
1)
(2
3
);
uz
8
2( 1 1)
e
(1
1)
y
z 3
1-4
流体运动的速度由
ux
2x 1
,uy
3y 1
,uz
z 1
描述
（1）求其加速度的欧拉描述
（2）求矢径r=r(a,b,c,τ)的表达式和加速度的拉格朗日描述
（3）求流线和迹线
解：（1）加速度的欧拉描述为
求得：c1 3;
-1
c2 3e 3 ;
c2 2e2;
求得：
x
2
2
3
y
3e
1 3
(
3
1)
z
2e2
1
1
所以，流体运动的速度的拉格朗日描述为
u x 4 3;
x
u u
y
3
e2
1 ( 3
3
1)
;
y
z
4
2( 1 1)
e
z
所以，流体运动加速度的拉格朗日描述为
a ux 12 4;
• 拉格朗日描述
位置 r r (a, b, c, ) 或
速度 u u(a, b, c, ) 或
加速度
ax (a,b, c,
)
ux
(a,b, c,
)
2x(a,b, c, )
2
ay
(a,b, c,
)
u y
(a, b,
c,
)
2
y(a, b, 2
c,
)
az
(a, b,
c,
)
uz
(a, b,
uz
uz z
0
由
dx d
ux
ax 2 ,
dy d
uy
by
2,
dz d
uz
0
积分得：
x
c1ea
2
a
2 a2
2 a3 ;
y
c2eb
2
b
2 b2
2 b3 ;
当 0时刻，x a, y b, z c 代入上式得：
2 c1 a a3
2 c2 b b3
又因：a b 0
c3 c
z c3
y b1 3
uy
3b1 2;
uz
z
c1
c
所以, 拉格朗日描述的加速度：
ax
ux
2 a;
ay
u y
6b1 ;
az
z
0
（3）由流线方程得：
dx dy dz
2x
3y
z
1 1 1
1
1
1
即x 2 1 y3
c1;
x z
2
c2 ;
y3 z
c3;
质点的迹线方程为：

因：
dx d
x x( ) y y( )
z z( )
速度
u
dr
u(r, )
ux
ux (x,
y,
z,
)
dx d
d
或
u(x( ), y( ), z( ), )
uy
uy (x,
y,
z, )
dy d
uz
uz (x,
y,
z,
)
dz d
加速度
a(x,
y,
z, )
du
u
u
dx
u
dy
u
dz
d x d y d z d
ax
dux d
ux
ux
ux x
uy
ux y
uz
ux z
1
2
x
2
1
4x
2
2x
1 2
ay
du y d
u y
ux
u y x
uy
u y y
uz
u y z
6y
1 2
a z
duz d
uz
ux
uz x
uy
uz y
uz
uz z
0
分别对速度的欧拉描述进行积分得：
因：
dx d
ux
2x
1
解：加速度的欧拉描述为：
a dux x d
ux
ux
ux x
uy
ux y
uz
ux z
2 a ax 2
0 0 2 a2 x a 2
ay
du y d
u y
ux
u y x
uy
u y y
uz
u y z
2
b2 y b 2
az
duz d
uz
ux
uz x
uy
uz y
;
dy d
uy
3y
1
;
dz d
uz
z
1
所以： x c11 2;
y c2 1 3
z c31
（2）由题意得： τ=0时，x=a, y=b z=c ;代入上式有：
所以： c1 a; c2 b; c3 c
x a1 2 y b1 3 z c1
所以：
ux
x
a1 2
2a1 ;
c,
)
2z(a,b, c, )
2
x x(a,b, c, ) y y(a,b, c, ) z z(a,b, c, )
ux
(a, b,
c,
)
x(a, b,
c,
)
uy
(a,b, c,
)
y(a,b, c,
)
uz
(a,b, c,
)
z(a,b, c,
)
• 欧拉描述
位置
r r (x( ), y( ), z( ), ) 或
p(1,3,2)的速度及加速度（即求速度和加速度的拉格朗日描述）
解：由题意，流体运动的速度的欧拉描述为
u u u x2 ; y 2; xz
x
y
z
dx d
ux
x2 ;
dy d
uy
y 2;
dz d
uz
xz
积分得：x
2
2
c1;
3
y c2e 3 ;
2
z c3e
代入已知条件τ=1时刻，质点p的坐标为（1，3，2）
• 拉格朗日描述
f=f (a,b,c,t)
说明：f 为流体质点的某一物理量，上式表示在运动初始时刻坐标为 (a,b,c)的流体质点在t时刻该物理量的值或表达式。
• 欧拉描述
f F (x( ), y( ), z( ), )
说明：①用其表示流体质点在不同时刻运动到空间某一点的位置 ②在直角坐标系中，欧拉坐标可以直接用直角坐标(x,y,z)表示。
u
ux
u x
uy
u y
uz
u z
u
(u
• )u
——哈密顿算子；
i
j
k
x y z
1-1流体质点的位置用x
a,
y
e
b 2
c
e
b
c 2
,
z
e
b
2
c
e
b
c 2
,表示，求其速
度的拉格朗日描述与欧拉描述。
解：速度的拉格朗日描述
u u u x 0; y e b c e b c ; z e b c e b c ;