材料力学性能考试试题.docx

1、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s、断裂极限b、延伸率和断面收缩率。2、一大型构件边缘有

2、一宽度为3.8mm的半椭圆型穿透裂纹，查得其=1.0,其材料的S=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-1为600Mpa，b为720Mpa，作图求其应力循环对称系数为r时的r，并在疲劳图上标出

3、其相应的max、min、m、a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s、断裂极限b、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

4、的S=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b为1100Mpa，其-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r及max，min，m，a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

5、）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=max/max应力状态柔性系数表示了其应力状态：max相对越大，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

6、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s、断裂极限b、延伸率和断面收缩率。解： d0

7、= 8.0mm, F0 =d02/4 = 50.27 mm2L0= 40mm, L1= 40.842mmLk = 46.4mm,dk = 6.38mm, Fk =dK2/4 = 31.97 mm2由： F1L1=F0L0=F1= F0L0/L1=50.2740/40.842=49.23 (mm2)条件应力：= 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：= (L1-L0)/ L0=(40.842-40)/40= 0.021 = 2.1%相对收缩：=(F0 -F1)/F0=(50.27

8、-49.23)/50.27= 0.0207=2.07%真实应变：e =ln(L1/L0)=ln(40.842/40)=0.0208=2.08%= -e弹性模量：= E= E =/=136.46MPa/2.1%=6.5103MPa屈服极限：S =25.72kN/50.27 mm2 = 511.6MPa断裂极限：b = 33.26kN/50.27 mm2 = 661.6Mpa延伸率： = (LK-L0)/ L0= (46.4-40)/40 = 0.16= 16%断面收缩率:k=(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3.8

9、mm的半椭圆型穿透裂纹，查得其=1.0,其材料的S=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 = 0.0038mKI=Y(a + ry) Y=1.1/=1.1/1.0=1.1ry= Ro/2= KI2/42S2联立求解得：KI=Ya/(1-Y22/42S2)=1.19601060.0038/(1-1.219602/4210802)=1.19601060.0

10、038/(1-1.2142/292)=115.38106/(1-0.1690)=115.38106/0.9115=126.58106=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=KI2/22S2=126.582/2210802=0.00154m=1.54mmry =0.77mm=0.00077m因K I=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=Y(a + ry)= KIC=Y(aC + ry)= aC =

11、 KIC2/ Y22-ryaC = 1182/(1.12 9602)- 0.00077 = 0.004042- 0.00077m=3.272mm板件中所允许的最大裂纹尺寸为：3.272mmKI=Y(a + ry)= KIC=YC(a + ry) =C= KIC/ Y(a + ry)C= 118/1.1(0.0038 + 0.00077)=895.27 MPa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：将使得缺

12、陷出现的机率增加；使应力集中程度增加；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：相对密度较低，因而具有高的比强度，高的耐腐蚀性能高的电绝缘性能；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；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；耐热能力差；导热系数小；易于老化；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-1为600Mpa，b为720Mpa，作图求其应力循环对称系数为r

13、时的r，并在疲劳图上标出其相应的max、min、m、a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

14、磨损。平面应变：x 0 ；y 0；z = 0其：x 0；y 0；z 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s、断裂极限b、延伸率和断面收缩率。解： d0 = 6.0mm, F0 =d02/4 = 28.27 mm2L0= 30mm, L1= 31.482mmLk = 35.6mm,dk = 4.60mm, Fk =dK2/4 = 16.62 mm2由： F1L1=F0L0=F1= F0L0/L1=28.2730/31.482=26.94 (mm2)条件应力：