材料力学性能考试试题.docx
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材料力学性能考试试题
材料力学性能试题
一、名词解释（共20分,每小题4分）
解理断裂；
应力状态柔性系数；
粘着磨损；
应力腐蚀；
形变硬化；
得分
评分人
二、计算题（共42分,第1题22分，第2题20分）
1、一直径为8mm，标距长为40mm的拉伸试样，在拉力P=6.86kN时，测得其标距伸长为40.842mm。
求材料的弹性模量，和试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。
该试样曾在拉力达到25.72kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到33.26kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为46.4mm，最小处截面直径为6.38mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。
2、一大型构件边缘有一宽度为3.8mm的半椭圆型穿透裂纹，查得其Φ=1.0,其材料的σS=1080MPa，KIC=118MPa.M1/2；板件受960Mpa的单向工作应力，问：
（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）在该应力下工作该板所允许的最大裂纹尺寸
（5）该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力
得分
评分人
三、简述题（共24分,每小题12分）
1．何谓尺寸效应?
为什么尺寸越大的构件其性能相对越差?
2．工程塑料性能的主要特点？
得分
评分人
四、作图题（共14分）
某材料的σ-1为600Mpa，σb为720Mpa，作图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
一、名词解释（共25分,每小题5分）
低温脆性；
塑性断裂；
形变强化；
磨损；
平面应变；
得分
评分人
二、计算题（共45分,第1题25分，第2题20分）
1、一直径为6mm，标距长为30mm的拉伸试样，在拉力P=14.8kN时，测得其标距伸长为31.482mm。
求试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。
该试样曾在拉力达到22.76kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到36.36kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为35.6mm，最小处截面直径为4.60mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。
2、一大型板件中心有一宽度为7.2mm的穿透裂纹，其材料的σS=890MPa，KIC=111MPa.M1/2；板件受736Mpa的单向工作应力，问：
（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
得分
评分人
三、简述题（共14分）
1．什么是J积分的守恒性？
该守恒性在断裂力学中有何意义？
得分
评分人
四、作图题（共16分）
某材料的σb为1100Mpa，其σ-1为860Mpa，任选作出一种疲劳图并在图中标明在任意的r条件下的σr及σmax，σmin，σm，σa
材料力学性能试题答案
一、名词解释（共20分,每小题4分）
解理断裂；
材料在拉应力作用下，沿某特定的晶体学平面（或解理平面）快速分离的穿晶脆性断裂方式，其表现与大理石的断裂方式相似。
应力状态柔性系数；
a=τmax/σmax应力状态柔性系数表示了其应力状态：
τmax相对越大，α值就越高，材料易于塑变→韧断，故而说其应力状态软；反之则硬。
粘着磨损；
在摩擦面润滑缺乏时，摩擦面间凸起部分因局部受力较大而咬合变形并紧密结合，并产生形变强化作用，其强度、硬度均较高，在随后的相对分离的运动时，因该咬合的部位因结合紧密而不能分开，引起其中某一摩擦面上的被咬合部分与其基体分离，咬合吸附于另一摩擦面上，导致该摩擦面的物质颗粒损失所形成的磨损。
应力腐蚀；
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。
形变硬化；
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。
得分
评分人
二、计算题（共42分,第1题22分，第2题20分）
1、一直径为8mm，标距长为40mm的拉伸试样，在拉力P=6.86kN时，测得其标距伸长为40.842mm。
求材料的弹性模量，和试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。
该试样曾在拉力达到25.72kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到33.26kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为46.4mm，最小处截面直径为6.38mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。
解：
d0=8.0mm,F0=πd02/4=50.27mm2
L0=40mm,L1=40.842mm
Lk=46.4mm,
dk=6.38mm,Fk=πdK2/4=31.97mm2
由：
F1×L1=F0×L0=>
F1=F0×L0/L1=50.27×40/40.842=49.23（mm2）
条件应力：
σ=P/F0=6.86kN/50.27mm2=136.46MPa
真实应力：
S=P/F1=6.86kN/49.23mm2=139.35Mpa
相对伸长：
ε=（L1-L0）/L0=（40.842-40）/40=0.021=2.1%
相对收缩：
ψ=（F0-F1）/F0=（50.27-49.23）/50.27=0.0207=2.07%
真实应变：
e=ln（L1/L0）=ln（40.842/40）=0.0208=2.08%=-ψe
弹性模量：
σ=Eε=>E=σ/ε=136.46MPa/2.1%=6.5×103MPa
屈服极限：
σS=25.72kN/50.27mm2=511.6MPa
断裂极限：
σb=33.26kN/50.27mm2=661.6Mpa
延伸率：
δ=（LK-L0）/L0=（46.4-40）/40=0.16=16%
断面收缩率:
ψk=（F0-Fk）/F0=（50.27-31.97）/50.27=0.364=36.4%
2、一大型构件边缘有一宽度为3.8mm的半椭圆型穿透裂纹，查得其Φ=1.0,其材料的σS=1080MPa，KIC=118MPa.M1/2；板件受960Mpa的单向工作应力，问：
（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）在该应力下工作该板所允许的最大裂纹尺寸
（5）该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力
解：
a=0.0038m
KI=Yσ√（a+ry）Y=1.1√π/Φ=1.1√π/1.0=1.1√π
ry=Ro/2=KI2/4√2πσS2
联立求解得：
KI=Yσ√a/√（1-Y2σ2/4√2πσS2）
=1.1√π×960×106×√0.0038/√（1-1.21×π×9602×/4√2π×10802）
=1.1√π×960×106×√0.0038/√（1-1.21×42×/√2×92）=115.38×106/√（1-0.1690）
=115.38×106/0.9115=126.58×106=126.58MPa.M1/2
该裂纹尖端的应力场强度因子：
KI=126.58MPa.m1/2
该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸Ro：
Ro=2ry=KI2/2√2πσS2=126.582/2√2π×10802=0.00154m=1.54mm
ry=0.77mm=0.00077m
因KI=126.58MPa.m1/2>KIC=118MPa.m1/2，故该板件不能安全工作；
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=1182/（1.12×π×9602）-0.00077=0.004042-0.00077m=3.272mm
板件中所允许的最大裂纹尺寸为：
3.272mm
KI=Yσ√（a+ry）=>KIC=YσC√（a+ry）=>σC=KIC/Y√（a+ry）
σC=118/1.1√π√（0.0038+0.00077）=895.27MPa
板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力为：
=895.27MPa
得分
评分人
三、简述题（共24分,每小题12分）
1．何谓尺寸效应?
为什么尺寸越大的构件其性能相对越差?
尺寸效应：
——构件的力学性能随其尺寸的增加而下降的现象。
原因：
尺寸的增加：
①将使得缺陷出现的机率增加；
②使应力集中程度增加；
③使构件易于出现平面应变状态，使其应力状态变硬（约束作用加大）。
且材料强度越高，其尺寸效应越明显.
2．工程塑料性能的主要特点？
工程塑料性能的主要特点：
①相对密度较低，因而具有高的比强度，
②高的耐腐蚀性能
③高的电绝缘性能；
④有很好的减震、减噪性能和很好的减摩擦能力及耐磨性：
能吸收噪音，减缓震动，并且有一定的自润滑性，在无润滑的条件下也可有效地工作；
⑤刚度强度低；蠕变强度及蠕变温度低：
室温下就可蠕变，持久强度低；
⑥耐热能力差；
⑦导热系数小；
⑧易于老化；
⑨不耐有机溶剂溶解腐蚀。
得分
评分人
四、作图题（共14分）
某材料的σ-1为600Mpa，σb为720Mpa，作图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
或：
疲劳图2
一、名词解释（共25分,每小题5分）
低温脆性：
指金属材料在低于某温度后韧性大幅度下降的现象
塑性断裂：
指断裂前有明显塑性变形，断口纤维状，常表现为一些同心圆环花样，断口粗糙，无光泽而呈暗灰色，有撕裂棱，断口常呈杯状，常因断裂前的明显塑性变形引起警戒而提前失效，危害相对较轻。
形变强化；
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。
磨损:
因接触面之间的相对运动导致其物质丢失的现象，称之为磨损；
另外，也把工件因磨擦引起物质丢失导致尺寸不足所致失效的方式叫磨损。
平面应变：
εx≠0；εy≠0；εz=0
其：
σx≠0；σy≠0；σz≠0
为三向拉应力状态。
一般为厚板的应力状态。
得分
评分人
二、计算题（共45分,第1题25分，第2题20分）
1、一直径为6mm，标距长为30mm的拉伸试样，在拉力P=14.8kN时，测得其标距伸长为31.482mm。
求试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。
该试样曾在拉力达到22.76kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到36.36kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为35.6mm，最小处截面直径为4.60mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。
解：
d0=6.0mm,F0=πd02/4=28.27mm2
L0=30mm,L1=31.482mm
Lk=35.6mm,
dk=4.60mm,Fk=πdK2/4=16.62mm2
由：
F1×L1=F0×L0=>
F1=F0×L0/L1=28.27×30/31.482=26.94（mm2）
条件应力：
σ
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