《材料力学性能》考试试题Word文档下载推荐.docx

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统分人

得分

评分人

一、名词解释（共20分,每小题5分）

形变硬化

冲击韧性；

切削磨损；

缺口效应；

二、计算题（共44分,第1题24分，第2题20分）

1、一直径为6mm，标距长为30mm的标准拉伸试样，在弹性变形阶段，测得拉力P=6.6kN时，标距产生0.24mm的伸长。

求材料的弹性模量；

求拉力P=12kN时，试样受到的条件应力、条件应变及真应力、真应变。

（16分）

该试样在拉力达到25.02kN时，开始发生明显的塑性变形；

在拉力达到37.24kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为36.2mm，最小处截面直径为5.34mm；

求该材料的屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。

（8分）

2、一大型板件中心有一宽度为6.4mm的穿透裂纹，板件受636Mpa的单向工作应力，经测定其材料的σS=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；

问：

（20分）

（1）该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸

（2）该裂纹尖端的应力场强度因子的大小

（3）该板件是否能安全工作

（4）该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力

三、简述题（共20分,每小题10分）

1．磨损过程有哪三个阶段?

其特点有哪些？

2．疲劳破坏与静载破坏有何不同？

四、作图题（共16分）

已知某材料的σ-1为760Mpa，σb为1100Mpa，作出其疲劳图并在图中标出其应力循环的安全工作区，求其应力循环对称系数为r时的σr，并在疲劳图上标出其相应的σmax、σmin、σm、σa，该材料在σmax=920Mpa，σmin=320Mpa的循环应力下工作，问是否安全？

解理断裂；

高温蠕变；

应力腐蚀；

二、计算题（共42分,第1题22分，第2题20分）

1、一直径为10mm，标距长为50mm的拉伸试样，在拉力P=16.30kN时，测得其标距伸长为50.24mm。

求试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。

该试样在拉力达到30.66kN时，开始发生明显的塑性变形；

在拉力达到46.48kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为58.6mm，最小截面直径为6.52mm；

求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。

（22分）

2、一大型板件中心有一宽度为8.6mm的穿透裂纹，其材料的σS=930MPa，KIC=117MPa.m1/2；

板件受850Mpa的单向工作应力，问：

（4）该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力（20分）

三、简述题（共20分,第1题10分，第2题10分））

1．疲劳裂纹扩展各阶段在断口上有何特征表现？

（10分）

2．何谓尺寸效应?

为什么尺寸越大的构件其性能相对越差?

四、作图题（共18分）

某材料的σb为990Mpa，其σ-1为520Mpa，任选作出一种疲劳图，在图中标明在任意的r条件下的σr及σmax，σmin，σm，σa，并标明该疲劳图的应力循环安全工作区。

材料力学性能试题答案

指材料在明显屈服后，随着塑性变形量的加大，所需应力值也须相应加大（即材料的外拉力也需增加）的现象。

表征材料阻碍继续塑性变形的能力。

材料在受到冲击载荷的作用下发生断裂时所消耗吸收的能量总和。

两摩擦副一方有硬凸起或接触面间夹有硬的质点，并在因相对运动在另一摩擦面上产生切削划痕并导致其物质丢失的现象。

因缺口的存在，改变了缺口根部的应力的分布状态，出现：

1应力状态变硬（由单向拉应力变为三向拉应力）；

2应力集中的现象称为缺口效应。

解：

d0=6.0mm,L0=30mm,

P1=6.6kN时⊿L1=0.24mm；

P2=12kN

因P1、P2均远小于材料的屈服拉力25.02kN，试样处于弹性变形阶段，据虎克定律有：

P1:

P2=⊿L1:

⊿L2=（L1-L0）:

（L2-L0）

⊿L2=L2-L0=（L1-L0）×

P2/P1=0.24×

12/6.6=0.436（mm）2分

L1=L1+⊿L1=30.24（mm）L2=L2+⊿L2=30.436（mm）

此时：

F0=πd02/4=28.27mm2

由：

F2×

L2=F0×

L0=>

F2=F0×

L0/L2=28.27×

30/30.436=27.87（mm2）

2分

条件应力：

σ=P/F0=12kN/28.27mm2=424.48Mpa2分

相对伸长：

ε=（L2-L0）/L0=（30.436-30）/30=0.0145=1.45%2分

弹性模量:

E=σ/ε=424.48Mpa/0.0145=2.92×

1010Pa2分

相对收缩：

ψ=（F0–F2）/F0=（28.27-27.87）/28.27=0.0141=1.41%2分

真实应力：

S=P/F2=12kN/27.87mm2=430.57Mpa2分

真实应变：

e=ln（L2/L0）=ln（30.436/30）=0.0144=1.44%=-ψe2分

Lk=36.2mm,

dk=5.34mm,Fk=πdK2/4=22.40mm2

屈服极限：

σS=25.02kN/28.27mm2=885.0MPa2分

断裂极限：

σb=37.24kN/28.27mm2=1317.3Mpa2分

延伸率：

δ=（LK-L0）/L0=（36.2-30）/30=0.207=20.7%2分

断面收缩率:

ψk=（F0-Fk）/F0=（28.27-22.40）/28.27=0.208=20.8%2分

a=0.0064/2=0.0032（m）

KI=Yσ√（a+ry）=σ√π（a+ry）Y=√π

ry=Ro/2=KI2/4√2πσs2

联立求解得：

KI=Yσ√a/√（1-Y2σ2/4√2πσs2）

=√π×

636×

106×

√0.0032/√（1-0.056×

π×

6362×

/7602）

3.14×

（636/760）2）=68.08×

106=68.08（MPa.M1/2）

该裂纹尖端的应力场强度因子：

KI=68.08MPa.m1/2

该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸Ro：

Ro=2ry=KI2/2√2πσS2=68.082/2√2π×

7602=0.00160m=1.60mm

ry=0.80=0.00080m

因KI=68.08MPa.m1/2<

KIC=96MPa.m1/2，故该板件能安全工作；

在该工作条件下，板件中所允许的最大裂纹尺寸aC：

KI=Yσ√（a+ry）=>

KIC=Yσ√（aC+ry）=>

aC=KIC2/Y2σ2-ry

aC=962/（π×

6362）-0.00080=0.00726-0.0008=6.46mm

板件中所允许的最大裂纹尺寸为：

6.46mm×

2=12.9mm

KIC=YσC√（a+ry）=>

σC=KIC/Y√（a+ry）

σC=96/√π√（0.0032+0.0008）=856.6MPa

此板带此裂纹所能承受的最大安全工作应力为：

=856.6MPa

σm=（σmax+σmin）/2=（920+320）/2=620（Mpa）

σa=（σmax-σmin）/2=（920-320）/2=300（Mpa）

图中位于D点，坐标为（620，300），处于应力循环的安全工作区，故该应力循环安全。

在拉应力作用下，将材料沿某特定的晶体学平面快速分离的穿晶脆性断裂方式称为解理断裂，称该晶体学平面为解理平面；

在该解理平面上，常常会出现一些小台阶，叫解理台阶；

这些小台阶有汇聚为大的台阶的倾向，表现为河流状花样。

金属材料在高温和持久载荷的共同作用下，出现随时间的延长而塑性变形增加的现象。

3应力状态变硬（由单向拉应力变为三向拉应力）；

4应力集中的现象称为缺口效应。

金属材料在拉应力及特定的化学介质的共同作用下，产生的早期的、低寿命的、低应力脆性疲劳断裂。