《材料力學(xué)性能》考試試題(總19頁)

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1、 材料力學(xué)性能試題 注意事項(xiàng)： 1. 請(qǐng)考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號(hào)和年級(jí)專業(yè)。 2. 請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。 3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。 4. 滿分100分，考試時(shí)間為120分鐘。 題 號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評(píng)分人 一、名詞解釋（共20分,每小題5分） 形變硬化 沖擊韌性； 切削磨損； 缺口效應(yīng)；

2、 得 分 評(píng)分人 二、計(jì)算題（共44分,第1題24分，第2題20分） 1、一直徑為6mm，標(biāo)距長(zhǎng)為30mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在彈性變形階段，測(cè)得拉力P=6.6kN時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生0.24mm的伸長(zhǎng)。求材料的彈性模量；求拉力P=12kN時(shí)，試樣受到的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。（16分） 該試樣在拉力達(dá)到25.02kN時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到37.24kN后試樣斷裂，測(cè)得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為36.2mm，最小處截面直徑為5.34mm；求該材料的屈服極限σs、斷裂極限σb、延伸率和斷面收縮率。（8分）

3、 2、一大型板件中心有一寬度為6.4mm的穿透裂紋，板件受636Mpa的單向工作應(yīng)力，經(jīng)測(cè)定其材料的σS=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；問：(20分) (1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 (2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的大小 (3)該板件是否能安全工作 (4)該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力 得 分

4、評(píng)分人 三、簡(jiǎn)述題（共20分,每小題10分） 1．磨損過程有哪三個(gè)階段?其特點(diǎn)有哪些？ 2．疲勞破壞與靜載破壞有何不同？ 得 分 評(píng)分人 四、作圖題（共16分） 已知某材料的σ-1為760Mpa，σb為1100Mpa，作出其疲勞圖并在圖中標(biāo)出其應(yīng)力循環(huán)的安全工作區(qū)，求其應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)為r時(shí)的σr，并在疲勞圖上標(biāo)出其相應(yīng)的σmax、σmin、σm、σa，該材料在σmax=920Mpa，σmin

5、=320Mpa的循環(huán)應(yīng)力下工作，問是否安全？ 材料力學(xué)性能試題 注意事項(xiàng)： 1. 請(qǐng)考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號(hào)和年級(jí)專業(yè)。 2. 請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。 3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。 4. 滿分100分，考試時(shí)間為120分鐘。 題 號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評(píng)分人 一、名詞解釋（共20分,每小題5分） 解理斷裂； 高溫蠕變；

6、 缺口效應(yīng)； 應(yīng)力腐蝕； 得 分 評(píng)分人 二、計(jì)算題（共42分,第1題22分，第2題20分） 1、一直徑為10mm，標(biāo)距長(zhǎng)為50mm的拉伸試樣，在拉力P=16.30kN時(shí)，測(cè)得其標(biāo)距伸長(zhǎng)為50.24mm。求試樣此時(shí)的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。 該試樣在拉力達(dá)到30.66kN時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到46.48kN后試樣斷裂，測(cè)得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為58.6mm，最小截面直徑為6.52mm；求其屈服極限σs、斷裂極限σb、延伸率和斷面收縮率。(22分)

7、 2、一大型板件中心有一寬度為8.6mm的穿透裂紋，其材料的σS=930MPa，KIC=117MPa.m1/2；板件受850Mpa的單向工作應(yīng)力，問： (1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 (2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的大小 (3)該板件是否能安全工作 (4)該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力 (20分) 得 分

8、 評(píng)分人 三、簡(jiǎn)述題（共20分,第1題10分，第2題10分）） 1．疲勞裂紋擴(kuò)展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？(10分) 2．何謂尺寸效應(yīng)?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對(duì)越差?(10分) 得 分 評(píng)分人 四、作圖題（共18分） 某材料的σb為990Mpa，其σ-1為520Mpa，任選作出一種疲勞圖，在圖中標(biāo)明在任意的r條件下的σr及σmax，σmin，σm，σa，并標(biāo)明該疲勞圖的應(yīng)力循環(huán)安全工

9、作區(qū)。 材料力學(xué)性能試題答案 一、名詞解釋（共20分,每小題5分） 形變硬化 指材料在明顯屈服后，隨著塑性變形量的加大，所需應(yīng)力值也須相應(yīng)加大(即材料的外拉力也需增加)的現(xiàn)象。表征材料阻礙繼續(xù)塑性變形的能力。 沖擊韌性； 材料在受到?jīng)_擊載荷的作用下發(fā)生斷裂時(shí)所消耗吸收的能量總和。 切削磨損； 兩摩擦副一方有硬凸起或接觸面間夾有硬的質(zhì)點(diǎn)，并在因相對(duì)運(yùn)動(dòng)在另一摩擦面上產(chǎn)生切削劃痕并導(dǎo)致其物質(zhì)丟失的現(xiàn)象。

10、 缺口效應(yīng)； 因缺口的存在，改變了缺口根部的應(yīng)力的分布狀態(tài)，出現(xiàn)： ① 應(yīng)力狀態(tài)變硬(由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力)； ② 應(yīng)力集中的現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。 得 分 評(píng)分人 二、計(jì)算題（共44分,第1題24分，第2題20分） 1、一直徑為6mm，標(biāo)距長(zhǎng)為30mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在彈性變形階段，測(cè)得拉力P=6.6kN時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生0.24mm的伸長(zhǎng)。求材料的彈性模量；求拉力P=12kN時(shí)，試樣受到的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。（16分） 該試樣在拉力達(dá)到25.02kN時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到37.24kN后試樣斷裂，測(cè)得斷后

11、的拉伸試樣的標(biāo)距為36.2mm，最小處截面直徑為5.34mm；求該材料的屈服極限σs、斷裂極限σb、延伸率和斷面收縮率。（8分） 解：d0=6.0mm, L0= 30mm, P1=6.6kN時(shí)⊿L1= 0.24mm；P2=12kN 因P1、P2均遠(yuǎn)小于材料的屈服拉力25.02kN，試樣處于彈性變形階段，據(jù)虎克定律有： P1: P2 =⊿L1:⊿L2 =（L1-L0）:（L2-L0） ⊿L2=L2-L0=(L1-L0)P2/P1=0.2412/6.6=0.436(mm) 2 分 L1=L1+⊿L1=30.24(mm)L2=L2+⊿L2=30.436(mm) 此時(shí)

12、：F0 =πd02/4 =28.27 mm2 由：F2L2=F0L0 => F2= F0L0/L2=28.2730/30.436=27.87 (mm2) 2 分 條件應(yīng)力：σ= P/F0 =12kN/28.27mm2 =424.48Mpa2分 相對(duì)伸長(zhǎng)：ε= (L2-L0)/ L0=(30.436-30)/30= 0.0145 = 1.45%2分 彈性模量:E=σ/ε=424.48Mpa/ 0.0145 = 2.921010Pa 2分 相對(duì)收縮：ψ=(F0 –F2)/F0=(28.27-27.87)/28.27= 0.0141=1.41%2分 真實(shí)應(yīng)力：S=P/F2 = 1

13、2kN/27.87mm2 =430.57Mpa2分 真實(shí)應(yīng)變：e =ln(L2/L0)=ln(30.436/30)=0.0144=1.44%= -ψe2分 Lk = 36.2mm, dk = 5.34mm, Fk =πdK2/4 = 22.40 mm2 屈服極限：σS =25.02kN/28.27 mm2 = 885.0MPa2分 斷裂極限：σb = 37.24kN/28.27 mm2 = 1317.3Mpa2分 延伸率： δ= (LK-L0)/ L0= (36.2-30)/30 = 0.207= 20.7%2分 斷面收縮率:ψk=(F0-Fk)/F0=(28.27-22

14、.40)/28.27=0.208= 20.8%2分 2、一大型板件中心有一寬度為6.4mm的穿透裂紋，板件受636Mpa的單向工作應(yīng)力，經(jīng)測(cè)定其材料的σS=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；問：(20分) (1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 (2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的大小 (3)該板件是否能安全工作 (4)該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力 解：a = 0.0064/2=0.0032(m) KI=Yσ√(a + ry)=σ√π(a + ry)

15、 Y=√π ry= Ro/2= KI2/4√2πσs2 聯(lián)立求解得：KI=Yσ√a/√(1-Y2σ2/4√2πσs2) =√π636106√0.0032/√(1-0.056π6362/7602) =√π636106√0.0032/√(1-0.0563.14(636/760)2)=68.08106=68.08(MPa.M1/2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：KI= 68.08MPa.m1/2 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸Ro： Ro=2ry=KI2/2√2πσS2=68.082/2√2π7602=0.00160m=1.60mm ry =0.80 =0.000

16、80m 因K I=68.08MPa.m1/2< KIC=96MPa.m1/2，故該板件能安全工作； 在該工作條件下，板件中所允許的最大裂紋尺寸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 板件中所允許的最大裂紋尺寸為：6.46mm 2 = 12.9mm KI=Yσ√(a + ry)=> KIC=YσC√(a + ry) =>σC= KIC/ Y√(a + ry) σC= 96/√π√(0.0032+ 0.00

17、08)=856.6 MPa 此板帶此裂紋所能承受的最大安全工作應(yīng)力為：=856.6 MPa 得 分 評(píng)分人 三、簡(jiǎn)述題（共20分,每小題10分） 1．磨損過程有哪三個(gè)階段?其特點(diǎn)有哪些？ 2．疲勞破壞與靜載破壞有何不同？ 得 分 評(píng)分人 四、作圖題（共16分） 已知某材料的σ-1為760Mpa，σb為1100Mpa，作出其疲勞圖并在圖中標(biāo)出其應(yīng)力循環(huán)的安全工作區(qū)

18、，求其應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)為r時(shí)的σr，并在疲勞圖上標(biāo)出其相應(yīng)的σmax、σmin、σm、σa，該材料在σmax=920Mpa，σmin=320Mpa的循環(huán)應(yīng)力下工作，問是否安全？ σm=（σmax + σmin）/2 =（920+ 320）/2=620(Mpa) σa=（σmax-σmin）/2 =（920- 320）/2=300(Mpa) 圖中位于D點(diǎn)，坐標(biāo)為（620，300），處于應(yīng)力循環(huán)的安全工作區(qū)，故該應(yīng)力循環(huán)安全。 材料力學(xué)性能試題答案 注意事項(xiàng)： 1. 請(qǐng)考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號(hào)和年級(jí)專業(yè)。 2. 請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置

19、填寫答案。 3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。 4. 滿分100分，考試時(shí)間為120分鐘。 題 號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評(píng)分人 一、名詞解釋（共20分,每小題5分） 解理斷裂； 在拉應(yīng)力作用下，將材料沿某特定的晶體學(xué)平面快速分離的穿晶脆性斷裂方式稱為解理斷裂，稱該晶體學(xué)平面為解理平面；在該解理平面上，常常會(huì)出現(xiàn)一些小臺(tái)階，叫解理臺(tái)階；這些小臺(tái)階有匯聚為大的臺(tái)階的傾向，表現(xiàn)為河流狀花樣。 高溫蠕變； 金屬材料在高

20、溫和持久載荷的共同作用下，出現(xiàn)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而塑性變形增加的現(xiàn)象。 缺口效應(yīng)； 因缺口的存在，改變了缺口根部的應(yīng)力的分布狀態(tài)，出現(xiàn)： ③ 應(yīng)力狀態(tài)變硬(由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力)； ④ 應(yīng)力集中的現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。 應(yīng)力腐蝕； 金屬材料在拉應(yīng)力及特定的化學(xué)介質(zhì)的共同作用下，產(chǎn)生的早期的、低壽命的、低應(yīng)力脆性疲勞斷裂。 得 分 評(píng)分人 二、計(jì)算題（共42分,第1題22分，第2題20分） 1、一直徑為10mm，標(biāo)距長(zhǎng)為50mm的拉伸試樣，在拉力P=16.30kN時(shí)，測(cè)得其標(biāo)距伸長(zhǎng)為50.24mm。求試樣此時(shí)的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、

21、真應(yīng)變。 該試樣在拉力達(dá)到30.66kN時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到46.48kN后試樣斷裂，測(cè)得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為58.6mm，最小截面直徑為6.52mm；求其屈服極限σs、斷裂極限σb、延伸率和斷面收縮率。(22分) 2、一大型板件中心有一寬度為8.6mm的穿透裂紋，其材料的σS=930MPa，KIC=117MPa.m1/2；板件受850Mpa的單向工作應(yīng)力，問： (1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 (2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的大

22、小 (3)該板件是否能安全工作 (4)該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力 (20分) 得 分 評(píng)分人 三、簡(jiǎn)述題（共20分,第1題10分，第2題10分）） 1．疲勞裂紋擴(kuò)展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？(10分) 2．何謂尺寸效應(yīng)?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對(duì)越差?(10分) 得 分 評(píng)分人 四、作圖題（共18分） 某材料的σb為990Mpa，其σ-1為520Mpa，任選作出一種疲勞圖，在圖中標(biāo)明在任意的r條件下的σr及σmax，σmin，σm，σa，并標(biāo)明該疲勞圖的應(yīng)力循環(huán)安全工作區(qū)。