工程材料力學(xué)性能期末試卷

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上材料的力學(xué)性能 課程期末試卷A卷 標(biāo)準(zhǔn)答案（即評分標(biāo)準(zhǔn)）一、填空（每空1分，共10分）1、應(yīng)力強(qiáng)度因子反映了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)度，它綜合反映了_和裂紋位置、_對裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度的影響。2、對于材料的靜拉伸實驗，在整個拉伸過程中的變形分為彈性變形、塑性變形和_三個階段，塑性變形又可分為_、均勻塑性變形和_三個階段。3、材料塑性的評價，在工程上一般以光滑圓柱試樣的拉伸伸長率和_作為塑性性能指標(biāo)。常用的伸長率指標(biāo)有_、最大應(yīng)力下總伸長率和最常用的_三種。4、根據(jù)外加應(yīng)力的類型及其與裂紋擴(kuò)展面的取向關(guān)系，裂紋擴(kuò)展的基本方式有_、滑開型(型)裂紋擴(kuò)展和_三類。答案：1、外

2、加應(yīng)力；長度。2、斷裂、屈服、不均勻集中塑性變形。3、斷面收縮率；最大應(yīng)力下非比例伸長率；斷后伸長率。4、張開型(型)裂紋擴(kuò)展、撕開型(型)裂紋擴(kuò)展。二、判斷題：（每題1分，共10分）（ ）1、磨損包括三個階段，這三個階段中均能觀察到摩擦現(xiàn)象，最后發(fā)生疲勞韌脆性斷裂。（ ）2、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越大，最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料越易于產(chǎn)生塑性變形；反之，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越硬，則材料越容易產(chǎn)生脆性斷裂。（ ）3、斷裂判據(jù)是裂紋開始擴(kuò)展的斷裂判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的斷裂判據(jù)，顯然，按這種判據(jù)設(shè)計構(gòu)件是偏于保守的。（ ）4、測量陶瓷、鑄鐵的沖擊吸收功時，一般采用夏比U

3、型缺口試樣，很少采用X型及無缺口沖擊試樣。（ ）5、應(yīng)力腐蝕斷裂速度遠(yuǎn)大于沒有應(yīng)力時的腐蝕速度，又遠(yuǎn)小于單純力學(xué)因素引起的斷裂速度。（ ）6、工程設(shè)計和材料選用中一般以工程應(yīng)力、工程應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)；但在材料科學(xué)研究中，真應(yīng)力與真應(yīng)變具有更重要的意義。（ ）7、同一材料用不同的硬度測定方法所測得的硬度值是不相同的，且完全不可以互相轉(zhuǎn)換。（ ）8、缺口使塑性材料得到“強(qiáng)化”，因此，可以把“缺口強(qiáng)化”看作是強(qiáng)化材料的一種手段，提高材料的屈服強(qiáng)度。（ ）9、接觸疲勞過程是在純滾動的條件下產(chǎn)生的材料局部破壞，也經(jīng)歷了裂紋形成與擴(kuò)展兩個階段。（ ）10、疲勞強(qiáng)度屬于強(qiáng)度類力學(xué)性能指標(biāo)，是屬于高溫拉伸的力學(xué)性能

4、指標(biāo)。答案：1、×； 2、Ú； 3、Ú； 4、×； 5、Ú；6、Ú； 7、×；8、×； 9、×； 10、×三、選擇題：（每題1分，共10分）1、形變強(qiáng)化是材料的一種特性，是下列（ ）階段產(chǎn)生的現(xiàn)象。A、彈性變形； B、沖擊變形； C、均勻塑性變形； D、屈服變形。2、缺口引起的應(yīng)力集中程度通常用應(yīng)力集中系數(shù)表示，應(yīng)力集中系數(shù)定義為缺口凈截面上的（ ）與平均應(yīng)力之比。A、最大應(yīng)力； B、最小應(yīng)力； C、屈服強(qiáng)度； D、抗拉強(qiáng)度。3、因相對運動而產(chǎn)生的磨損分為三個階段：（ ）、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損

5、階段。A、磨合階段； B、疲勞磨損階段；C、輕微磨損階段；D、不穩(wěn)定磨損階段。4、在拉伸過程中，在工程應(yīng)用中非常重要的曲線是（ ）。A、力伸長曲線； B、工程應(yīng)力應(yīng)變曲線； C、真應(yīng)力真應(yīng)變曲線。5、韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，是指材料斷裂前吸收（ ）的能力。A、塑性變形功和斷裂功； B、彈性變形功和斷裂功； C、彈性變形功和塑性變形功； D、塑性變形功。6、蠕變是材料的高溫力學(xué)性能，是緩慢產(chǎn)生（ ）直至斷裂的現(xiàn)象。A、彈性變形； B、塑性變形； C、磨損； D、疲勞。7、缺口試樣中的缺口包括的范圍非常廣泛，下列（ ）可以稱為缺口。A、材料均勻組織；B、光滑試樣；C、內(nèi)部裂紋；D、化

6、學(xué)成分不均勻。8、最容易產(chǎn)生脆性斷裂的裂紋是（ ）裂紋。A、張開； B、表面； C、內(nèi)部不均勻； D、閉合。9、空間飛行器用的材料，既要保證結(jié)構(gòu)的剛度，又要求有較輕的質(zhì)量，一般情況下使用（ ）的概念來作為衡量材料彈性性能的指標(biāo)。A、楊氏模數(shù)； B、切變模數(shù)； C、彈性比功； D、比彈性模數(shù)。10、K的腳標(biāo)表示I型裂紋，I型裂紋表示（ ）裂紋。A、張開型； B、滑開型； C、撕開型； D、組合型。答案：1、C ； 2、A ； 3、A； 4、B ； 5、A； 6、B ； 7、C ； 8、A； 9、C ； 10、A 。四、名詞解釋：（每題5分，共20分）1、規(guī)定非比例伸長應(yīng)力與彈性極限答：1)規(guī)定非

7、比例伸長應(yīng)力，即試驗時非比例伸長達(dá)到原始標(biāo)距長度規(guī)定的百分比時的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號附以角注說明。2)彈性極限是材料由彈性變形過渡到彈塑性變形時的應(yīng)力，應(yīng)力超過彈性極限以后材料便開始產(chǎn)生塑性變形。2、韌性斷裂與裂紋尖端張開位移答：韌性斷裂是材料斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂過程。（2.5分）裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移，稱為裂紋尖端張開位移。（2.5分）3、變動載荷與疲勞強(qiáng)度答：變動載荷是指載荷大小，甚至方向隨時間變化的裁荷。（2.5分）疲勞強(qiáng)度為在指定疲勞壽命下，材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度是保證機(jī)件疲勞壽命的重要材料性能指標(biāo)。（2.5分）4、靜力

8、韌度與疲勞裂紋擴(kuò)展速率答：通常將靜拉伸的-曲線下包圍的面積減去試樣斷裂前吸收的彈性能定義為靜力韌度，它是派生的力學(xué)性能指標(biāo)。（2.5分）疲勞裂紋擴(kuò)展速率指的是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段的速率該階段是疲勞過程第階段，是材料整個疲勞壽命的主要組成部分。（2.5分）五、簡答題：（每題5分，共30分）1、簡述缺口的兩個效應(yīng)，并畫出厚板缺口拉伸時彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布圖。2、簡述氫脆的類型及其特征。3、簡述韌性斷裂和脆性斷裂，并畫出典型宏觀韌性斷口示意圖，并標(biāo)注各區(qū)名稱。答：韌性斷裂：明顯宏觀塑性變形；裂紋擴(kuò)展過程較慢；斷口常呈暗灰色、纖維狀。塑性較好的金屬材料及高分子材料易發(fā)生韌斷。脆性斷裂：無明顯宏觀塑性變

9、形；突然發(fā)生，快速斷裂；斷口宏觀上比較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。淬火鋼、灰鑄鐵、玻璃等易發(fā)生脆斷。4、描述典型疲勞斷口的特征，畫出典型疲勞斷口示意圖，并標(biāo)注各區(qū)名稱。答：典型疲勞斷口具有3個特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。5、簡述缺口的三個效應(yīng)是什么?答：(1)缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，這是缺口的第一個效應(yīng)。(2)缺口改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由原來的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶?，這是缺口的第二個效應(yīng)。(3)缺口使塑性材料強(qiáng)度增高，塑性降低，這是缺口的第三個效應(yīng)。6、應(yīng)力腐蝕斷裂的定義和腐蝕斷裂形態(tài)是什么。答：應(yīng)力腐蝕斷裂是指金屬材料在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下

10、所引起的斷裂。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的裂紋裂紋的共同特點是在主干裂紋延伸的同時，還有若干分支同時發(fā)展裂紋的走向宏觀上與拉應(yīng)力方向垂直微觀斷裂機(jī)理一般為沿晶斷裂，也可能為穿晶解理斷裂或二者的混合斷裂表面可見到“泥狀花樣”的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。六、綜合計算題：（每題10分，共20分）已知平面應(yīng)變修正公式為：K=Y (a)1/2/1-0.056(Y/s)21/2,R0=1/(2.828)×(K/s)2) 1、有一構(gòu)件加工時，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋K=1.1 (a)1/2/，若a =1mm,a/c=0.3（2=1.19），在1000MPa的應(yīng)力下工作對下列材料應(yīng)選哪一種?0.

11、2/MPa130014001500Kc/( MPa·m1/2)756055解：/s=1000/1300，1000/1400，1000/1500均大于0.6，所以必修進(jìn)行塑性區(qū)修正。由K=1.1 (a)1/2/得Y=1.1 ()1/2/所以修正后的K=1.1 (a)1/2/2-0.212(/s)21/2 （2分）（1）K=1.1 (a)1/2/2-0.212(/s)21/2=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/1.19-0.212(1000/1300)21/2=59.75 MPa·m1/2 （2分）（2）K=1.1 (a)1/2/2

12、-0.212(/s)21/2=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/1.19-0.212(1000/1400)21/2=59.23 MPa·m1/2 （2分）（3）K=1.1 (a)1/2/2-0.212(/s)21/2=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/1.19-0.212(1000/1500)21/2=58.91 MPa·m1/2 （2分）將三者列表比較：/MPa10000.2/MPa130014001500Kc/( MPa·m1/2)756055K/( MPa·

13、m1/2)59.7559.2358.91可見應(yīng)選第一種材料。 （2分）2、一塊含有長為16mm中心穿透裂紋K= (a)1/2的鋼板，受到350MPa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。（1）如果材料的屈服強(qiáng)度是1400MPa，求塑性區(qū)尺寸和裂紋頂端應(yīng)力場強(qiáng)度因子值；（2）試與第1題相比較，對應(yīng)力場強(qiáng)度因子進(jìn)行塑性修正的意義。解：已知： a=8mm=0.008m, =350 MPa, K=(a)1/2（1）/s=350/1400 < 0.6，K=(a)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5（MPa·m1/2） （3分）R0=1/(2.828)×

14、;(K/s)2 =1/(2.828)×(55.5/1400)2=0.00017m=0.17mm （3分）（2）第1題中/s大于0.6，裂紋尖端不但有彈性變形，而且會有塑性變形，不符合彈性力學(xué)理論，如不進(jìn)行修正，計算所得數(shù)值會與實際不符。（4分） B卷綜合計算題：（每題10分，共20分）1、一塊含有長為16mm中心穿透裂紋K= (a)1/2的鋼板，受到350MPa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。（1）如果材料的屈服強(qiáng)度分別是1400Mpa和385 MPa，求裂紋頂端應(yīng)力場強(qiáng)度因子值；（2）試比較和討論上述兩種情況下，對應(yīng)力場強(qiáng)度因子進(jìn)行塑性修正的意義。1、解：已知： a=8mm=0.008m

15、, =350 MPa, K=(a)1/2（1）/s=350/1400 < 0.6，K=(a)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5（MPa·m1/2） （3分）/s=350/385 > 0.6，所以必須進(jìn)行塑性區(qū)修正，Y= ()1/2 （2分）K=Y (a)1/2/1-0.056(Y/s)21/2=(a)1/2/1-0.056(/s)21/2=350×(3.14×0.008)1/2/1-0.056(350/385)21/2=60（MPa·m1/2） （2分）（2）比較列表如下：/MPa3500.2/MPa

16、140035K/( MPa·m1/2)55.560/s=350/385 > 0.6，裂紋尖端不但有彈性變形，而且會有塑性變形，不符合彈性力學(xué)理論，如不進(jìn)行修正，計算所得數(shù)值會與實際不符。 （3分）2、已知某材料的s2J/m2，E2×105MPa，2.5×10-10m，(1)如存在0.8mm長的的垂直拉應(yīng)力的橫向穿透裂紋（可視為無限寬薄板），求該材料的裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力。(2)求這種材料的理論斷裂強(qiáng)度，并結(jié)合(1)題，討論理論斷裂強(qiáng)度和實際斷裂強(qiáng)度。解：(1)已知20.8mm=0.0008m=8×10-4mc= ( Es/)1/2=2×105×106×2/(4×10-4)1/2=3.16×107Pa= 31.6