材料力學(xué)性能考試題及答案

1、 07 秋 材料力學(xué)性能 得分一、填空：（每空1分,總分25分）1. 材料硬度的測定方法有 、 和 。 2. 在材料力學(xué)行為的研究中，經(jīng)常采用三種典型的試樣進(jìn)行研究，即 、 和 。3. 平均應(yīng)力越高，疲勞壽命 。4. 材料在扭轉(zhuǎn)作用下,在圓桿橫截面上無正應(yīng)力而只有 ,中心處切應(yīng)力為 ,表面處 。5. 脆性斷裂的兩種方式為 和 。6. 脆性材料切口根部裂紋形成準(zhǔn)則遵循 斷裂準(zhǔn)則；塑性材料切口根部裂紋形成準(zhǔn)則遵循 斷裂準(zhǔn)則；7. 外力與裂紋面的取向關(guān)系不同，斷裂模式不同，張開型中外加拉應(yīng)力與斷裂面 ，而在滑開型中兩者的取向關(guān)系則為 。8蠕變斷裂全過程大致由 、 和 三個階段組成。9磨損目前比較常用

2、的分類方法是按磨損的失效機(jī)制分為 、 和腐蝕磨損等。10深層剝落一般發(fā)生在表面強(qiáng)化材料的 區(qū)域。11誘發(fā)材料脆斷的三大因素分別是 、 和 。得分二、選擇：（每題1分，總分15分）（ ）1. 下列哪項不是陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)a）耐高溫 b) 耐腐蝕 c) 耐磨損 d)塑性好（ ）2. 對于脆性材料，其抗壓強(qiáng)度一般比抗拉強(qiáng)度a) 高 b) 低 c) 相等 d) 不確定（ ）3.用10mm直徑淬火鋼球，加壓3000kg，保持30s，測得的布氏硬度值為150的正確表示應(yīng)為 a) 150HBW10300030  b) 150HRA3000l030   c) 150HRC30300

3、010  d) 150HBSl0300030（ ）4. 對同一種材料，5比10a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不確定（ ）5. 下列哪種材料用顯微硬度方法測定其硬度。a) 淬火鋼件 b) 灰鑄鐵鑄件 c) 退貨態(tài)下的軟鋼 d) 陶瓷（ ）6. 下列哪種材料適合作為機(jī)床床身材料a) 45鋼 b) 40Cr鋼 c) 35CrMo鋼 d) 灰鑄鐵 （ ）7. 下列哪種斷裂模式的外加應(yīng)力與裂紋面垂直，因而它是最危險的一種斷裂方式。a) 撕開型 b) 張開型 c) 滑開型 d) 復(fù)合型（ ）8. 下列哪副圖是金屬材料沿晶斷裂的典型斷口形貌 a) b) c) d) （ ）9. 下列哪種材料

4、中的彈性模量最高a) 氧化鋁 b) 鋼 c) 鋁 d) 銅（ ）10. 韌性材料在什么樣的條件下可能變成脆性材料a) 增大缺口半徑 b) 增大加載速度c) 升高溫度  d) 減小晶粒尺寸（ ）11應(yīng)力腐蝕門檻值正確的符號為a) KISCC b) Kth c) KIC d) CF（ ）12m=0 ， R=-1 表示下列哪種循環(huán)應(yīng)力a) 交變對稱循環(huán) b)交變不對稱循環(huán)c) 脈動循環(huán) d) 波動循環(huán) （ ）13為提高材料的疲勞壽命可采取如下措施a)引入表面拉應(yīng)力 b) 引入表面壓應(yīng)力 c) 引入內(nèi)部壓應(yīng)力 d) 引入內(nèi)部拉應(yīng)力（ ）14工程上產(chǎn)生疲勞斷裂時的應(yīng)力水平一般都比條件屈服強(qiáng)度a

5、) 高 b) 低 c) 一樣 d) 不一定（ ）15下列曲線中哪種為脆性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線a) b) c) d)得分三、判斷：（每題1 分，總分15分）（ ）1.材料的力學(xué)行為與材料的力學(xué)性能是同一概念。（ ）2. 比例極限、彈性極限與屈服強(qiáng)度都是表征材料對微量塑性變形的抗力，它們之間沒有質(zhì)的差異而只有量的差別。（ ）3. 壓縮可以看作是反向拉伸。因此，拉伸試驗時所定義的各個力學(xué)性能指標(biāo)和相應(yīng)的計算公式，在壓縮試驗中基本上都能應(yīng)用。 （ ）4. 根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的斷口特征，不能判斷斷裂的性質(zhì)和引起斷裂的原因。（ ）5. 評價陶瓷材料的強(qiáng)度一般用抗彎強(qiáng)度。（ ）6. KIC為平面應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂韌

6、性（ ）7. 解理斷裂中，“河流”的流向與裂紋擴(kuò)展方向相反，故可從“河流”的流向去尋找斷裂源。（ ）8. Griffith強(qiáng)度理論指出，含裂紋板材的實際斷裂強(qiáng)度與裂紋半長的平方根成正比。（ ）9. 金屬材料的切口強(qiáng)度不是材料常數(shù)，切口敏感度系數(shù)也不是材料常數(shù)。（ ）10. 塑性材料在平面應(yīng)力的切口根部裂紋形成應(yīng)力大于平面應(yīng)變狀態(tài)下的。（ ）11. 硬度越高，材料的耐磨性能越好。（ ）12. 高強(qiáng)度材料的切口敏感度低, 低強(qiáng)度高塑性材料的切口敏感度高,而脆性材料完全切口敏感的。（ ）13. 金屬只有在特定介質(zhì)中才能發(fā)生腐蝕疲勞。（ ）14. 陶瓷材料的彈性模量比金屬材料的高，且對氣孔敏感。（ ）

7、15. 適量的微裂紋存在于陶瓷材料中將降低熱震損傷性。得分四、名詞解釋：（每題3 分，總分15分） 1. 低溫脆性2. 應(yīng)力腐蝕斷裂3. 形變強(qiáng)化4應(yīng)力強(qiáng)度因子5抗熱震性 得分五、簡答：（總分20分）1.試畫出連續(xù)塑性變形強(qiáng)化材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線? 解釋連續(xù)塑性變形強(qiáng)化工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化趨勢，并說明如何根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線確定材料的屈服強(qiáng)度？（5分）2. 試用位錯增殖理論解釋多晶體金屬產(chǎn)生明顯物理屈服的現(xiàn)象？（5分）3簡述Kth及其工程實際意義. （5分） 4簡述蠕變中的強(qiáng)化與軟化過程 （5分）得分六、計算：（10分）已知一構(gòu)件的工作應(yīng)力=800,裂紋長度=4，應(yīng)力場強(qiáng)度因子=,鋼材隨增加而下降

8、，其變化如下表所示：11001200130014001500108.5085.2569.7554.2546.50若按屈服強(qiáng)度計算的安全系數(shù)=1.4，試找出既保證材料強(qiáng)度儲備又不發(fā)生脆性斷裂的鋼材強(qiáng)度。若=1.7時，上述材料是否滿足要求?（10分）材料2007年“材料力學(xué)性能”試卷A標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)一、填空題1壓入法，回跳法，刻畫法2光滑試樣，切口試樣，帶裂紋試樣3越低4切應(yīng)力，零，最大5穿晶斷裂，沿晶斷裂6正應(yīng)力，正應(yīng)變7垂直，平行8減速蠕變階段，恒速蠕變階段，加速蠕變階段9黏著磨損，磨料磨損（微動磨損，沖蝕磨損，接觸疲勞磨損也可）10過渡區(qū)11切口，低溫，高速加載二、選擇題1-5 d a

9、d a d 6-10 d b c a b 11-15 a a b b a三、判斷題1-5 X X 6-10 X X X X 11-15 X X 四、名詞解釋1、低溫脆性：一些具有體心立方晶格的金屬，當(dāng)溫度降低到某一溫度時，由于塑性降低到零而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。2、應(yīng)力腐蝕斷裂：材料在靜應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的脆性斷裂。3、形變強(qiáng)化：絕大多數(shù)金屬材料在室溫下屈服后，要使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行，必須不斷增大應(yīng)力，所以在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為流變應(yīng)力不斷上升。這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。4、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，故稱為應(yīng)力強(qiáng)度因子。（它綜合反映了外加應(yīng)力裂紋長度

10、對裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度的影響。）5、抗熱震性：材料承受溫度驟變而不破壞的能力稱為材料的抗熱震性。b五、簡答題1、答：連續(xù)塑性變形強(qiáng)化材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如右圖所示（2分）；屈服強(qiáng)度：工程上通常以產(chǎn)生0.2%的殘留變形時的應(yīng)力記為屈服強(qiáng)度。（2分；文字回答或做圖均可）（2分）工程應(yīng)力應(yīng)變曲線呈先升后降的趨勢，這與工程應(yīng)力的定義有關(guān)，并不代表材料的本性。具體解釋為：當(dāng)拉伸應(yīng)力超過彈性極限時，便在試件標(biāo)據(jù)內(nèi)的最弱部位產(chǎn)生塑性變形，并使該部位的材料發(fā)生變形強(qiáng)化，從而增大材料進(jìn)一步塑性變形的抗力，這時，只有提高應(yīng)力，才能在次弱部位產(chǎn)生塑性變形，材料隨即有在此處強(qiáng)化，因此，在曲線上表現(xiàn)為隨應(yīng)變的增大，應(yīng)力也在

11、連續(xù)的升高，一直到b點(diǎn)，到達(dá)b點(diǎn)后，材料的變形強(qiáng)化已不能補(bǔ)償由于橫截面積的減小而引起的承載能力的下降，因而在曲線上表現(xiàn)為下降。（3分）2、答：金屬材料塑性應(yīng)變速率與可動位錯密度、位錯運(yùn)動速率及柏氏矢量的關(guān)系式為.由于變形前的材料中可動位錯很少，為了適應(yīng)一定的宏觀變形速率的要求，必須增大位錯運(yùn)動速率。而位錯運(yùn)動速率又取決于應(yīng)力的大小，其關(guān)系式為.于是，要增大位錯運(yùn)動速率，就必須有較高的外應(yīng)力，就出現(xiàn)了上屈服點(diǎn)。（3分）接著發(fā)生塑性變形，位錯大量增殖，增大，為適應(yīng)原先的形變速率，位錯運(yùn)動速率必然大大降低，相應(yīng)的應(yīng)力也就突然降低，出現(xiàn)了屈服降落現(xiàn)象。（2分）3、答：Kth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的K臨界值，

12、稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值，即：K<Kth時，裂紋不擴(kuò)展；K<Kth，裂紋開始擴(kuò)展，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能，也是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的阻力就越大，材料性能就越好。（3分） KYa1/2Kth，根據(jù)該式，若已知裂紋件的裂紋尺寸a和材料的疲勞門檻值Kth，就可求得該件無限疲勞壽命的承載能力。若已知裂紋件的工作載荷和Kth，即可求得裂紋的允許尺寸。（2分）4、答：蠕變過程中位錯因受到各種障礙的阻滯產(chǎn)生塞積現(xiàn)象，滑移便不能繼續(xù)進(jìn)行。只有施加更大的外力才能引起位錯重新運(yùn)動和繼續(xù)變形，這就是強(qiáng)化。（2分）但蠕變式在恒應(yīng)力下進(jìn)行的，位錯可借助于熱激活來克服某些障礙，使得變形不斷產(chǎn)生，這就是軟化。（2分）在整個蠕變過程中，材料的強(qiáng)化和軟化過程是一起發(fā)生的。（1分）六、計算題答：（1）保證材料強(qiáng)度儲備的判據(jù)為：=0.2/n （2分） 所以0.2=nn 當(dāng)n=1.4時，0.21.4×800=1120（MPa） （1分） 當(dāng)n=1.7時，0.21.7×800=1360（MP