《材料力學(xué)性能》課程習(xí)題集

1、材料力學(xué)性能課程習(xí)題集 習(xí)題 1解釋下列名詞： （1）彈性比功；（2）包申格效應(yīng)；（3）解理面；（4）塑性、脆性和韌性；（5）解理臺(tái)階；（6）河流花樣；（7）穿晶斷裂和沿晶斷裂。 2 常用的標(biāo)準(zhǔn)試樣有5倍試樣和10倍試樣，其延伸率分別用5和10表示，說(shuō)明為什么510。 3某汽車彈簧，在未裝滿載時(shí)已變形到最大位置，缺載后可完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)；另一汽車彈簧，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來(lái)越小，即產(chǎn)生了塑性變形，而且塑性變形量越來(lái)越大。試分析這兩種故障的本質(zhì)及改變措施。 4、金屬的彈性模量主要取決于什么?為什么說(shuō)它是一個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)不敏感的力學(xué)性能? 5、今有45、40Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材

2、料，你選擇那種材料作為機(jī)床機(jī)身？為什么？ 6、什么是包辛格效應(yīng)，如何解釋，它有什么實(shí)際意義? 7、產(chǎn)生頸縮的應(yīng)力條件是什么?要抑制頸縮的發(fā)生有哪些方法? 8、為什么材料的塑性要以延伸率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量?它們?cè)诠こ躺细饔惺裁磳?shí)際意義? 9、試用位錯(cuò)理論解釋：粗晶粒不僅屈服強(qiáng)度低，斷裂塑性也低；而細(xì)晶粒不僅使材料的屈服強(qiáng)度提高，斷裂塑性也提高。 10、延性斷口有幾部分組成？其形成過(guò)程如何？ 11、板材宏觀脆性斷口的主要特征是什么？如何根據(jù)斷口特征尋找斷裂源？ 12、簡(jiǎn)述延性斷裂過(guò)程中基體和第二相的作用，其形態(tài)對(duì)材料韌性水平有何關(guān)系。 13、由Hall-Petch關(guān)系式和解理斷裂表達(dá)式討論晶粒尺寸細(xì)

3、化在強(qiáng)韌化中的作用。 14、為什么材料發(fā)生脆斷要先有局部的塑性變形?試從理論上給予解釋，并從試驗(yàn)上舉出一 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明上述的論點(diǎn)是正確的。 n15試證明對(duì)可用Hollmon關(guān)系S=K描述其真應(yīng)力真應(yīng)變關(guān)系的材料，其條件抗拉強(qiáng) n 度bK e 。式中e2.718 16一直徑為2.5mm，長(zhǎng)為200mm的桿，在載荷2022年N作用下，直徑縮小為2.2mm, 試計(jì)算：(1)桿的最終長(zhǎng)度； (2)在該載荷作用下的真應(yīng)力S與真應(yīng)變e； (3)在該載荷作用下的條件應(yīng)力與條件應(yīng)變。 1710mm正火狀態(tài)60Mn拉伸試樣的拉伸數(shù)據(jù)如下： n （d9.9mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑） P/kN 39.5

4、 43.5 4.76 5.29 55.4 54.0 52.4 48.0 43.1 d/mm 9.91 9.87 9.81 9.65 9.21 8.61 8.21 7.41 6.78 試求：1) 繪制條件應(yīng)力應(yīng)變曲線和真應(yīng)力應(yīng)變曲線； 2）求s、b、Sb、b、b、k； 3）求n和K。 18說(shuō)明幾何強(qiáng)化現(xiàn)象的成因。其本質(zhì)與形變強(qiáng)化有何不同？ 19一鋁合金制輕型人梯，發(fā)覺(jué)在人體重作用下彈性撓度過(guò)大。若欲在不增加梯重情況下減少撓度，試問(wèn)下列方法是否可行? (1)采用時(shí)效鋁合金，提高材料強(qiáng)度； (2)改用鎂合金代替鋁合金 )； (3)重新設(shè)計(jì)，改變鋁合金型材的截面形狀尺寸。 ； 材料力學(xué)性能 20提高金

5、屬材料的屈服強(qiáng)度有哪些方法?試用已學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)就每種方法各舉一例。 21試用位錯(cuò)理論解釋：粗晶粒不僅屈服強(qiáng)度低，斷裂塑性也低；而細(xì)晶粒不僅使材料的屈服強(qiáng)度提高，斷裂塑性也提高。 22產(chǎn)生頸縮的應(yīng)力條件是什么 ?要抑制頸縮的發(fā)生有哪些方法? 鋼的拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(23今有10 39.5 43.5 4.76 52.9 55.4 54.0 52.4 48 43.1 ; (2); ; (3) (4)繪制條件應(yīng)力應(yīng)變曲線和 真應(yīng)力真應(yīng)變曲線(未修正)。 24為什么材料的塑性要以延伸率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量?它們?cè)诠こ躺细饔惺裁磳?shí)際意義? 25減輕汽車重量對(duì)降低燃油消耗 有很重要的作用。汽車車身或底盤

6、約占 汽車總重量的60。 底盤的主要尺寸是按比剛 度 或 淬火后200 =745 =為3236 =0.75s)，單向拉伸、扭轉(zhuǎn)、三向壓縮(=-0.3S，=0.25) 28今有以下各種材料，欲評(píng)定材料在靜載條件下的力學(xué)行為，給定測(cè)試方法有單向拉伸、單向壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和硬度五種，試對(duì)給定的材料選定一種或兩種最佳的測(cè)試方法。 材料：低 碳鋼、灰鑄鐵、高碳工具鋼(經(jīng)淬火低溫回火) 、結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃、熱塑性塑料 29 回火試樣扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 結(jié)果如下表，其中 139.7 186.3 217.7 254 269.7 283.4 293 299 305 (1)試?yán)L制 =9.0 和=75 材料力學(xué)性能 2、今有以

7、下各種材料，欲評(píng)定材料在靜載條件下的力學(xué)行為，給定測(cè)試方法有單向拉伸、 單向壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和硬度五種，試對(duì)給定的材料選定一種或兩種最佳的測(cè)試方法。 材料：低碳鋼、灰鑄鐵、高碳工具鋼(經(jīng)淬火低溫回火)、結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃、熱塑性塑料 3、為什么塑性材料在缺口靜拉伸時(shí)，其缺口強(qiáng)度一般比光滑試樣高，而脆性材料的缺口強(qiáng) 度則低于光滑試樣的強(qiáng)度? 4在評(píng)定材料的缺口敏感度時(shí)，什么情況下宜選用缺口靜拉伸試驗(yàn)?什么情況下宜選用缺 口偏斜拉伸?什么情況下則選用缺口靜彎試驗(yàn)? 5缺口沖擊韌性為什么被列為材料常規(guī)性能的五大指標(biāo)之一，怎樣正確理解沖擊韌性的功 能：(a)它是控制工藝的性能指標(biāo)；(b)它是服役性能指標(biāo)；

8、(c)兩者兼而有之，但要具體分析。你對(duì)上述說(shuō)法有何評(píng)論?沖擊韌性能理解為材料抵抗沖擊載荷而不發(fā)生破壞的能力嗎? 6、今有如下工件需測(cè)定硬度，試說(shuō)明選用何種硬度試驗(yàn)法為宜？ （1）滲碳層的硬度分布（2）淬火鋼 （3）灰鑄鐵 （4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘留奧氏體 （5）儀表小黃銅齒輪 （6）龍門刨床導(dǎo)軌（7）氮化層 （8）火車圓彈簧 （9）高速鋼刀具 （10）硬質(zhì)合金 7、缺口沖擊韌性試驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定那些材料的低溫脆性?那些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定?這種 試驗(yàn)方法本身在防止材料脆斷方面有何局限性? 8、如何評(píng)定材料的缺口敏感性？ 9、為什么通常體心立方金屬顯示低溫脆性，而面心立方金屬一般沒(méi)有低溫脆性

9、? 10、為什么材料發(fā)生脆斷要先有局部的塑性變形?試從理論上給予解釋，并從試驗(yàn)上舉出一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明上述的論點(diǎn)是正確的。 11、缺口沖擊韌性試驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定那些材料的低溫脆性?那些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定?這種試驗(yàn)方法本身在防止材料脆斷方面有何局限性? 12、今有如下工件需測(cè)定硬度，試說(shuō)明選用何種硬度試驗(yàn)法為宜？ （1）滲碳層的硬度分布（2）淬火鋼 （3）灰鑄鐵 （4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘留奧氏體 （5）儀表小黃銅齒輪 （6）龍門刨床導(dǎo)軌（7）氮化層 （8）火車圓彈簧 （9）高速鋼刀具 （10）硬質(zhì)合金 13、如何評(píng)定材料的缺口敏感性？ 第三章 習(xí)題 1、解釋下列名詞 (1)沖擊韌度；(2)

10、沖擊吸收功；(3)低溫脆性；4) 韌脆轉(zhuǎn)變溫度；(5)韌性溫度儲(chǔ)備 2、試說(shuō)明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素。 3、簡(jiǎn)述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)械脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn) 4為什么通常體心立方金屬顯示低溫脆性，而面心立方金屬一般沒(méi)有低溫脆性? 5細(xì)化晶粒尺寸可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度或者說(shuō)改善材料低溫脆性，為什么？ 6、說(shuō)明為什么焊接船只比鉚接船只易發(fā)生脆性破壞？ 第四章 習(xí) 題 材料力學(xué)性能 1已知 一構(gòu)件的工作應(yīng)力 鋼材,裂紋長(zhǎng) 度，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度 因子, 增加而下降，其變化如下表所 示： 108.50 85.25 69.75 54.25 46.50 若按屈服強(qiáng)度計(jì)算的安全系 數(shù) =1.7時(shí)，上述材料是否滿足

11、要求? 2設(shè)有屈服強(qiáng)度為 415為 132和 260 的拉應(yīng)力作用，并設(shè)板內(nèi)都有長(zhǎng)為 46 ，板中心有一長(zhǎng) 為 ，求(a)裂紋頂端處的應(yīng)力強(qiáng)度因子。(b)裂紋頂端處的塑性區(qū)尺寸。(c) 討論上述情況下塑性區(qū)修正的有效性。 4物體內(nèi)部有一圓盤狀尖銳深埋裂紋，直徑為2. 5 體發(fā)生斷裂事故，求: (a)材料的斷裂韌性是多少?(假定滿足平面應(yīng)變條件。) (b)若用這種材料制成一塊厚 度 問(wèn)測(cè)得的斷裂韌性值是否有效?(設(shè)材料的屈服強(qiáng)度為 1100 的厚度是多少? 5低合金鋼厚 板的斷裂韌性在-20 ， ，如果這塊板上有長(zhǎng)度為 10 時(shí)的斷裂應(yīng)力 ,的板作斷裂韌性試驗(yàn)，時(shí)，物 = 1600 = 40 ，

12、壁 厚 (a)如 果，試問(wèn): = 5的這一壓力容器必須承受的最大壓強(qiáng)為8. 34 材料力學(xué)性能 (b)為保證壓力容器的安全(最大壓強(qiáng)為8. 34 取為1.2，則容許的裂紋長(zhǎng)度 為周向(橫向)裂紋，問(wèn)容器的臨界壓強(qiáng)為多大? (d)如按經(jīng)典強(qiáng)度理論計(jì)算，其臨界壓強(qiáng)為多少?并與(A)和(C)計(jì)算的結(jié)果加以對(duì)比和 分析。 伸2 8用三點(diǎn)彎曲試樣測(cè)定平面應(yīng)變斷裂韌 性，w= 60預(yù)制疲勞裂紋(包括機(jī)械缺口)的深 度，=60.5KN，試計(jì)算 條件斷裂韌性值是否有效?( 材料)。 9J積分的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?為什么用這種方法測(cè)定低中強(qiáng)度材料的斷裂韌性要比一般 的 材料力學(xué)性能 (a)一般金屬材料，無(wú)論何種處理

13、狀態(tài)，其疲勞極 限 是最低的疲勞強(qiáng)度，而應(yīng)力比R 越大可承受 的最大應(yīng)力晴況下，疲勞壽命越長(zhǎng)? 10 3什么叫低周疲勞和高周疲勞?為什么高周疲勞多用應(yīng)力控制，低周疲勞多用應(yīng)變控制?用應(yīng)變控制進(jìn)行低周疲勞試驗(yàn)有哪些優(yōu)點(diǎn)，取得了哪些有價(jià)值的結(jié)果? 4什么是疲勞 裂紋門檻值，哪些因素影響其值 的大小?它有什么實(shí)用價(jià)值? 5對(duì)含25. 4 法則確定失效周次 分別為 拉伸應(yīng)力。材料的性能數(shù)據(jù)為 時(shí)的名義 材料力學(xué)性能 11. 某高強(qiáng)度鋼構(gòu)件，在腐蝕介質(zhì)中的工作應(yīng)力 21.7MPa 1400 Mpa， 和 4mm(a/c=1)的構(gòu)件的剩余壽命， 已知平臺(tái)速率 61.9MPa 參數(shù)，它有何用處? 材料力學(xué)性

14、能 第九章 習(xí)題 1、什么是聚合物的粘彈性?為什么多數(shù)聚合物在室溫下就會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變?聚合物的蠕變 抗力怎樣度量? 2、試述聚合物材料的結(jié)構(gòu)特征與性能特點(diǎn)。 3、線型非晶態(tài)聚合物力學(xué)性能的三態(tài)是什么？各襯何特點(diǎn)? 4、試述非晶態(tài)聚合物和結(jié)晶態(tài)聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線的區(qū)別。 5、聚合物為什么會(huì)產(chǎn)生粘彈性? 6試述銀紋與裂紋區(qū)別。 第十章 習(xí)題 1、為什么陶瓷材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度很高，而斷裂韌性很低?提高陶瓷材料韌性的根 本途徑是什么?用什么方法測(cè)定陶瓷材料的斷裂韌性較好? 2、如何提高陶瓷材料的熱沖擊抗力? 3、什么是陶瓷材料的靜疲勞？ 4、陶瓷和聚合物的彈性模量決定于哪些因素?和金屬相比較，為什么說(shuō)陶瓷和聚合物的彈 性模量是一個(gè)結(jié)構(gòu)敏感的力學(xué)性能指標(biāo)? 5、與金屬相比，陶瓷與聚合物的疲勞裂紋擴(kuò)展有何特點(diǎn)? 第十一章 習(xí)題 1、解釋下列名詞： (1) 纖維的臨界體積