性能学习题

第一章

一、名词解释

弹性模量、弹性极限、弹性比功、塑性变形、屈服强度、抗拉强度、银文、应变软化现象、应力状态软性系数、硬度

弹性模量：是单位应变所需应力的大小，物理意义是产生100 %弹性变形所需的

应力。

弹性极限σe： 是材料发生可逆的弹性变形的上限应力值，应力超过此值，则材

料发生塑性变形 。

弹性比功： 是材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功，又称弹性

比能或应变比能，用αe表示，它在数值上等于应力-应变曲线弹性段以下所包围的面积

塑性变形:是微观结构的相邻部分产生永久性位移，而不引起材料断裂的现象。 屈服极限：材料的屈服极限定义为应力-应变曲线上屈服平台的应力

抗拉强度σb ：是试样拉断前所承受的最大应力，即试样所能承受的最大载荷

Fb与其原始截面积的比值

银文：一些高聚物在较低的应力（一般低于屈服应力）或环境因素的影响下，其

表面或内部出现的许多肉眼可见的有序或无序的微裂纹

应变软化现象：是指在高分子材料屈服以后，为使材料继续形变的真应力就有一

个不大的下跌 ，相应于应力-应变曲线中的YC段 。

应力状态软性系数：最大正应力和最大切应力的比值

硬度：表征材料软硬程度的一种力学性能指标 500 HBW10/3500/30； 650HV30/20 σP；σe；σs；σb

简述题

1．简述高分子材料的应力-应变曲线类型、主要特点及典型材料。

（1）硬而脆型 此类材料弹性模量高（Oe段斜率大）而断裂伸长率很小（<2％）。在很小应变下，材料尚未出现屈服已经断裂，断裂强度较高，作为刚性制品可承受静压力，不宜冲击。在室温或室温之下，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂等表现出硬而脆的拉伸行为。

（2）硬而强型 此类材料弹性模量高，断裂强度高，断裂伸长率小。通常材料拉伸到屈服点附近就发生破坏（εb大约为5%）。硬质聚氯乙烯制品属于这种类型。

（3）硬而韧型 此类材料弹性模量、屈服应力及断裂强度都很高，断裂伸长率也很大，应力－应变曲线下的面积很大，说明材料韧性好，是优良的工程材料。硬而韧的材料，在拉伸过程中显示出明显的屈服、冷拉或细颈现象，细颈部分可产生非常大的形变。随着形变的增大，细颈部分向试样两端扩展，直至全部试样测试区都变成细颈。很多工程塑料如聚酰胺、聚碳酸酯以及醋酸纤维素、硝酸纤维素等属于这种材料。材料受力时，多属于韧性破坏，受力部位会发白，如聚碳酸酯（σb＝66～70 MPa，E＝2.4×104，εb≈100％）。

（4）软而韧型 此类材料弹性模量和屈服应力较低，断裂伸长率大（200 %～1000 %），断裂强度可能较高，应力－应变曲线下的面积大。各种橡胶制品和增塑聚氯乙烯具有这种应力－应变特征。

（5）软而弱型 此类材料弹性模量低，断裂强度低，断裂伸长率也不大。一些聚合物软凝胶和干酪状材料具有这种特性。如未硫化的天然橡胶，在加工过程中（如汽球成型）需利用这些特性，用吹气胀大达到所需要求的形状后再硫化，成为（4）类材料。

⑥材料弱而脆，一般为低聚物，无做材料的应用价值。

2．影响高分子材料强度的因素有哪些？如何对高分子材料增强？

除了化学组成之外，这些结构因素包括分子量及其分布、支化和交联、结晶度和结晶的形态、共聚的方式、分子取向、增塑以及填料等。 （1）在大分子链中引入极性基团或能形成氢键的基团 （2）对高聚物链段进行适度的交联，可以提高强度 （3）提高高聚物的结晶度；加入成核剂形成微晶；取向 （4）定向聚合制备结构规整均一的高聚物，提高结构的均一性 （5）.填料增强

3、比较结晶态高聚物与非晶态高聚物的塑性变形机理的异同点。

塑性变形主要是由于切应力引起的。是微观结构的相邻部分产生永久性位移，而不引起材料断裂的现象。

结晶态高分子材料:塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程

非晶态高分子材料：在正应力作用下形成银纹和切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束

4. 简述拉伸、压缩、弯曲、几种实验的特点及应用。

压缩试验的特点及应用

（1）单向压缩用于脆性材料，显示其在静拉伸所不能反映的韧性状态下的性能 （2）塑性材料一般不采用压缩

（3）多向不等压缩适用于脆性更大的材料，反映材料的微小塑性差异。 弯曲试验的特点及应用

(1)常用于测定那些由于太硬难于加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出它们的塑性差别。

(2)用来比较和评定材料表面处理层的质量． (3)弯曲不能使塑性材料断裂 扭转试验特点及应用

(1) 测定在拉伸时呈现脆性的材料的强度和塑性。

(2) 对各种表面强化工艺进行研究和对机件的热处理表面质量进行检验。 (3) 精确评定拉伸时出现颈缩的高塑性材料的形变能力和形变抗力。 (4)测定材料的切断强度的最可靠方法。 (5)根据断口特征区分断裂方式是正断还是切断。

5. 试画出非晶态高分子材料的拉伸应力-应变曲线，说明拉伸过程中试样的变化过程。

拉伸过程高分子链的三个阶段及运动情况： ▲弹性形变（开始～e点，键长、键角变化） ▲强迫高弹形变（e点以后，连段运动）

▲塑性变形（y点以后，连段运动，分子间滑移） 5. 简述高分子材料的微观屈服现象 剪切带和银纹化

在单向拉伸到屈服点时出现与拉伸方向成±450的剪切带

高聚物受到张应力作用时，在材料某些薄弱环节上应力集中，而产生局部塑性形变，而在材料表面或内部出现垂直于应力方向的微细凹槽或“裂纹”的现象 6. 简述高分子材料的塑性变形机理

材料的塑性变形是微观结构的相邻部分产生永久性位移，而不引起材料断裂的现象。

无取向的晶态高聚物在塑性变形过程中，首先是球晶的破坏，使与应力垂直的薄晶与无定型相分离，随变形的继续进行，薄晶沿应力方向排列。晶体破碎成小晶块时，分子链仍然保持折叠结构。随着变形进一步发展，小晶体沿拉伸方向整齐排列，形成长的纤维，当薄晶转变为微纤维束的晶块时，分子链沿拉应力方向伸展开，微纤维的定向排列以及伸展开的分子链的定向排列，使高分子材料强度大幅度提高。由于微纤维间的联结，分子链进一步伸展，微纤维结构的继续变形非常困难，从而造成形变硬化。

非晶态（玻璃态）高聚物的塑性变形机理主要是行为银纹。在拉应力作用下，材料的弱结构或缺陷部位往往被先拉开，形成亚微裂纹或空洞。这些空洞继续发展便形成肉眼可见的银纹。银纹内部为有取向的纤维和空洞交织分布，在继续变形过程中，银纹的长度在与拉应力垂直方向上生长，其厚度变化不大。随着塑性变形量的增大，银纹数量不断增多，高密度的银纹可产生超过100%的应变。由于银纹中的纤维取向排列，强度增高，因而随着变形量的增大，材料将不断产生应变硬化。

四、计算题

1. 一直径为3.0mm，长度为180.0mm的杆，在3000N的载荷作用下直径缩至2.7 mm，试求：

（1）在该载荷下的工程应力与工程应变。 （2）在该载荷下的真实应力与真实应变

2. 一个典型拉伸试样的标距为50mm，直径为13mm，试验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问：

（1）若对接后的标距为81mm，伸长率是多少？

（2）若缩颈处最小直径为6.9mm，则断面收缩率是多少？

第二章

一、名词解释题：

高弹性、应变诱导结晶、滞弹性、粘弹性、蠕变、应力松弛、滞后现象、内耗

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