《材料力學(xué)性能》考試試題

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1、材料力學(xué)性能試題 注意事項(xiàng)： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。 2. 請仔細(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。 得分 評分人 、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)； 得分 題號 一 二 三 四 五 六 七 總分 統(tǒng)分人 得分  評分人 、計(jì)算題 （共 44分,第 1題 24分

2、，第 2題 20分） 1、一直徑為 6mm，標(biāo)距長為 30mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣， 在彈性變形階段，測得拉力 P=6.6kN 時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生 0.24mm 的伸長。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） 2、一大型板件中心有一寬度為 6.4mm的穿透裂紋， 板件受 636Mp

3、a的單向工作應(yīng)力， 經(jīng) 測定其材料的 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 評分人 三、簡述題 （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 評分人 四、作圖題 （共 16 分） 已知某材料的 σ-1 為 760Mpa，σb 為 11

4、00Mpa，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？ 材料力學(xué)性能試題 得分 評分人 解理斷裂； 、名詞解釋 （共 20分, 每小題 5分） 高溫蠕變； 缺口效應(yīng)； 注意事項(xiàng)： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。 2. 請仔細(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

5、. 滿分 100 分，考試時(shí)間為 120 分鐘。 題號 一 二 三 四 五 六 七 總分 統(tǒng)分人 得分  應(yīng)力腐蝕； 得分 評分人 、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)距長為 50mm 的拉伸試樣，在拉力 P=16.30kN 時(shí)，測得其標(biāo)距 伸長為 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，測得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 58.6mm，最小

6、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） 其 材 料 的 σS=930MPa ， （20分） 2、 一大 型板件中心有一 寬度 為 8.6mm 的穿透裂紋， K IC=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 評分人 三、簡述題（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

7、表現(xiàn)？ （10 分） 2．何謂尺寸效應(yīng) ?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對越差 ?（10 分） 得分 評分人 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)。 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

8、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)， 并在因相對運(yùn)動在另一摩擦 面上產(chǎn)生切削劃痕并導(dǎo)致其物質(zhì)丟失的現(xiàn)象。 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 評分人 、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)距長為 30mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣， 在彈性變形階段，測得拉力 P=6.6kN 時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生 0.24mm

9、 的伸長。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) 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 =⊿

10、L1:⊿L2 =(L1-L0):(L2-L0) ⊿L2=L2-L0=(L1-L0) ×P2/P1=0.24×12/6.6=0.436(mm) 2 分 L1=L 1+⊿ L1=30.24(mm)L2=L2+⊿L2=30.436(mm) 此時(shí)： F0 =πd02/ 4 =28.27 mm2 由： F2 ×L 2=F0×L 0 => F2= F0 ×L0/ L 2=28.27 ×30/ 30.436=27.87 (mm2) 2 分 條 件 應(yīng) 力 ： σ= P/ F0 = 12kN / 28. 27mm2 =424. 48M pa2 分 相對伸長 ：ε= (L 2-L 0)/ L 0=(30.

11、436-30)/30= 0.0145 = 1.45%2 分 彈性模量 :E=σ/ε=424.48Mp a/ 0. 0145 = 2.92×1010Pa 2 分 相對收縮： 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 = 12kN / 27. 87mm2 =430. 57M pa2 分 真實(shí)應(yīng)變 ：e =ln(L 2/ L 0 )=ln(30.436 / 30)=0.0144=1.44%= -ψ e2 分 Lk = 36.2mm, dk = 5.34mm, Fk =πdK2/ 4 =

12、 22.40 mm2 屈 服 極 限 ： σS = 25 .02 kN / 28 .27 mm 2 = 885. 0M Pa2 分 斷 裂 極 限 ： σb = 37. 24kN / 28. 27 mm2 = 1317. 3M pa2 分 延伸率： δ= (L K-L 0)/ L 0= (36.2-30) /3 0 = 0.207= 20.7%2 分 斷面收縮率 :ψk=(F 0 -F k)/ F0=(28.27 - 22.40) / 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) 測定其材料的 σS

13、=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=Y σ√(a + ry)=σ√π(a + ry) Y=√π ry= Ro/2= KI2/ 4√2πσs2 聯(lián)立求解得： KI=Yσ√a/ √(1-Y2σ2/4√2πσs2) =√π×636×106×√0.0032/ √ ( 1-0.056 ×π×6362×/ 7602) =√π×636×106×√0.00

14、32/ √ ( 1-0.056 3×.14 ×(636/ 760)2) =68.08×106=68.08(MPa.M1/2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(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√2π×7602=0.00160m=1.60mm ry =0.80 =0.00080m 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=Y σ√(a + ry)=>K IC=Y σ√ (aC + ry)=>

15、 aC = KIC / Y σ-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)=> K IC=Y σC√ (a + ry) =>σC= KIC/ Y√(a + ry) C= 96/ √π√ (0.0032+ 0.0008)=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 評分人 三、簡述題 （共 20 分, 每小題 10 分） 1．磨損過程有哪三個(gè)階段 ?其特點(diǎn)

16、有哪些？ 2．疲勞破壞與靜載破壞有何不同？ 得分 評分人 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)對稱系數(shù)為 r 時(shí)的 σr， 并在疲勞圖上標(biāo)出其相應(yīng)的 max、σmin、σm、σa，該材料在 σmax=920Mpa，σmin=320Mpa 的循環(huán)應(yīng)力 工作，問是否安全？ σm=(σmax + σmin)/2 =(920+ 320)/2=620(Mpa) σa=(σmax- σmin)/2 =(92

17、0- 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 得分 評分人 解理斷裂； 、名詞解釋 （共 20分, 每小題 5分） 注意事項(xiàng)： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。 2. 請仔細(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 一 二 三 四 五 六 七 總分 統(tǒng)分人 得分

18、 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， 常常會出現(xiàn)一些小 臺階，叫解理臺階；這些小臺階有匯聚為大的臺階的傾向，表現(xiàn)為河流狀花樣。 高溫蠕變； 金屬材料在高溫和持久載荷的共同作用下，出現(xiàn)隨時(shí)間的延長而塑性變形增 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； 得分 評分人 金屬材料在拉應(yīng)力及特定的化學(xué)介質(zhì)的共同作用

19、下，產(chǎn)生的早期的、低壽命的、低 應(yīng)力脆性疲勞斷裂。 、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)距長為 50mm 的拉伸試樣，在拉力 P=16.30kN 時(shí)，測得其標(biāo)距 伸長為 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

20、紋，其材料的 σS=930MPa， K IC=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 評分人 三、簡述題 (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） ?（10分） 得分 評分人 四、作圖題 （共 18 分） 2．何謂尺寸效應(yīng) ?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對越差 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)。