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文档简介
1、无机资料物理性能习题答案1资料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5mm、长度为25cm并遇到4500N的轴向拉力若直径拉细至2.4mm且拉伸变形后圆杆的体积不变求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变并比较议论这些计算结果。解依据题意可得下表由计算结果可知真应力大于名义应力真应变小于名义应变。1-4一陶瓷含体积百分比为95的Al2O3E380GPa和5的玻璃相E84GPa试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5的气孔再估量其上限和下限弹性模量。解令E1380GPaE284GPaV10.95V20.05。则有当该陶瓷含有5的气孔时将P0.05代入经验计算公式可得其上、下限弹性模量分别变
2、成331.3GPa和293.1GPa。1-5试分别画出应力废弛和应变蠕变与时间的关系表示图并算出t0t和t时的纵坐标表达式。解Maxwell模型能够较好地模拟应力废弛过程Voigt模型能够较好地模拟应变蠕变过程拉伸前后圆杆有关参数表体积V/mm3直径d/mm圆面积S/mm2拉伸前109拉伸后124真应变91710909.4450060MPaAF名义应力0851.0100AAll名义应变99510524.445006MPaAFT真应力2.36505.08495.03802211GPaVEVEEH上限弹性模量1.3238405.038095.0112211GPaEVEVEL下限弹性模量.10011
3、100/0eEEeeEttt则有其蠕变曲线方程为./00000et-t/e则有其应力废弛曲线方程为1以上两种模型所描绘的是最简单的状况事实上因为资料力学性能的复杂性我们会用到用多个弹簧和多个黏壶经过串并联组合而成的复杂模型。如采纳四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。1-6一圆柱形Al2O3晶体受轴向拉力F若其临界抗剪强度f为135MPa求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值并求滑移面的法向应力。解2、无机资料的脆性断裂与强度2-1求融熔石英的联合强度设预计的表面能力为1.75J/m2Si-O的均衡原子间距为1.610-8cm弹性模量从60到75GpaaEthGPa64.28
4、62.25106.175.11075601092-2融熔石英玻璃的性能参数为E73Gpa1.56J/m2理论强度th28Gpa。如资猜中存在最大长度为2m的内裂且此内裂垂直于作用力方向计算由此致使的强度折减系数。2c2mc110-6mcEc2GPa269.010114.356.11073269强度折减系数1-0.269/280.992-3证明测定资料断裂韧性的单边切口、三点曲折梁法的计算公式cos0015.053cos82332min2MPaPaNFFf此拉力下的法向应力为为系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移应t/力松0t/弛曲线应t/变蠕变t/曲线FN60533mm2/7.38/6.3
5、7/8.21/6.4/9.22/92/72/52/32/12/3WcWcWcWcWcBWSPKcIC是一回事。证明PcSMc4/17.38/6.37/8.21/6.4/9.22/92/72/52/32/12/3WcWcWcWcWcBWSPKcIC2-4一陶瓷三点曲折试件在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图。假如E380Gpa0.24求KIc值设极限荷载达50Kg。计算此资料的断裂表面能。解c/W0.1Pc509.8NB10W10S40代入下式/7.38/6.37/8.21/6.4/9.22/92/72/52/32/12/3WcWcWcWcWcBWSPKcIC212EKIC28.3103802/
6、94.01063.12192622EKICJ/m22-5一钢板受有长向拉应力350MPa如在资猜中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺点长8mm2c。此钢材的折服强度为1400MPa计算塑性区尺寸r0及其裂痕半长c的比值。议论用此试件来求KIC值的可能性。151031.04/125.0/0cr0.021用此试件来求KIC值的不行能。2-6一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂如边裂长度为12mm20.049mm32um分别求上述三种状况下的临界应力。设此资料的断裂韧性为1.62MPa.m2。议论讲结果。cYKIY1.121.98cKI98.12/1818.0c31c2mmMPac25.18102/81
7、8.03MPac04.577102/818.063资料的热学性能3-1计算室温298K及高温1273K时莫来石瓷的摩尔热容值并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。1当87.554.46-30.0461.974.18J/mol.K2当据杜隆-珀替定律3Al2O3.2SiO4Cp2124。94523.74J/mol.K3-4康宁1723玻璃硅酸铝玻璃拥有以下性能参数0.021J/cm.s.4.610-6/p7.0Kg/mm2.E6700Kg/mm20.求25第一及第二热冲击断裂抵挡因子。第一冲击断裂抵挡因子ERf1666108.96700106.475.0108.97170第二冲击断裂抵挡因子ER
8、f11700.0213.57J/cm.s3-5一热机零件由反响烧结氮化硅制成其热导率0.184J/cm.s.最大厚度120mm.假如表面热传达系数h0.05J/cm2.s.假设形状因子S1估量可兹应用的热冲击最大同意温差。4474资料的光学性能4-1一入射光以较小的入射角i和折射角r经过一透明显玻璃板若玻璃对光的衰减可忽视不计试证明显透事后的光强为1-m2定律所得的计算值。趋近按可见跟着温度的高升PetitDulongCmP4解rinsinsin21WWWmWWWWmnnWW111122121其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气则211mWWmWW3-2光经过一块厚度为1mm的透明Al2O
9、3板后强度降低了15试计算其吸收和散射系数的总和。解:11.000625.185.0ln1085.0cmseeIIeIIsxsxs5资料的电导性能5-2实验测出离子型电导体的电导率与温度的有关数据经数学回归剖析得出关系式为TBA1lg1试求在丈量温度范围内的电导活化能表达式。2若给定T1500K110-91.cmT21000K210-61.cm计算电导活化能的值。解1/10TBA10ln/lnTBA10ln/TBAe/.10ln10lnTBAee/1kTWeAWkB.10ln式中k/1084.04KeV2500/10lg9BA1000/10lg6BAB-3000W-ln10.-30.8610-
10、45005.9410-45000.594eV55-3本征半导体中从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参加电导。激发的电子数n可近似表示为2/expkTENng式中N为状态密度k为波尔兹曼常数T为绝对温度。试回答以下问题1设N1023cm-3k8.6”10-5eV.K-1时SiEg1.1eVTiO2Eg3.0eV在室温20和500时所激发的电子数cm-3各是多少2半导体的电导率-1.cm-1可表示为ne式中n为载流子浓度cm-3e为载流子电荷电荷1.610-19C为迁徙率cm2.V-1.s-1当电子e和空穴h同时为载流子时hheeenen假设Si的迁徙率h500cm2.V-1.s-1且不随温度
11、变化。求Si在室温20和500时的电导率解1Si20298106.82/1.1exp10523n1023e-21.833.321013cm-3500773106.82/1.1exp10523n1023e-82.551019cm-3TiO220298106.82/0.3exp10523n1.410-3cm-3500773106.82/0.3exp10523n1.61013cm-3220hheeenen3.3210131.610-1914505001.0310-2-1.cm-1500hheeenen2.5510191.610-1914505007956-1.cm-166资料的功能转换性能6-1金红石TiO2的介电常数是100求气孔率为10的一块金红石陶瓷介质的介电常数。6-2一块1cm4cm0.5cm的陶瓷介质其电容为2.4-6F消耗因子tg为0.02。求相对介电常数消耗要素。6-3镁橄榄石Mg2SiO4瓷的构成为45SiO25Al2O3和50MgO在1400烧成并急冷保存玻璃相陶瓷的r5.4。因为Mg2SiO4的介电常数是6.2估量玻璃的介电
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