材料級(jí)《材料力學(xué)性能》試題答案AB

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1、貴州大學(xué)2006-2007學(xué)年第一學(xué)期考試試卷A答案 材料力學(xué)性能 得分 評(píng)分人 注意事項(xiàng): ■、名詞解釋（共20分，每小題4分） 1. 請(qǐng)考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫(xiě)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(xiě)答案 3. 不要在試卷上亂寫(xiě)亂畫(huà)，不要在裝訂線內(nèi)填寫(xiě)無(wú)關(guān)的內(nèi)容 4. 滿分100分，考試時(shí)間為120分鐘。 題號(hào) — 二 —三 四 五 六 七 總分 統(tǒng)分人 得分 解理斷裂； 材料在拉應(yīng)力作用下，沿某特定的晶體學(xué)平面（或解理平面）快速分離的穿晶脆性

2、裂方式，其表現(xiàn)與大理石的斷裂方式相似。 應(yīng)力狀態(tài)柔性系數(shù)； a = t inax/ a max 應(yīng)力狀態(tài)柔性系數(shù)表示了其應(yīng)力狀態(tài)： t max相對(duì)越大， Q值就越高，材料易于塑變一韌斷，故而說(shuō)其應(yīng)力狀態(tài)軟；反之則硬。 粘著磨損； 并 合的 離，咬 在摩擦面潤(rùn)滑缺乏時(shí)，摩擦面間凸起部分因局部受力較大而咬合變形并緊密結(jié)合， 產(chǎn)生形變強(qiáng)化作用，其強(qiáng)度、硬度均較高，在隨后的相對(duì)分離的運(yùn)動(dòng)吋，因該咬 部位因結(jié)合緊密而不能分幵，引起其中某一摩擦面上的被咬合部分與其基體分 合吸附于另一摩擦面上，導(dǎo)致該摩擦面的物質(zhì)顆粒損失所形成的磨損。 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

3、作用下，產(chǎn)生的早期的、低壽命的、低 力脆性疲勞斷裂。 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 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。 得分 評(píng)分人 1＞一宜徑為 mm,標(biāo)距長(zhǎng)為40mm的拉伸試樣，在拉力 P=6.86kN吋，測(cè)得其標(biāo)距伸 長(zhǎng)為 1、計(jì)算題(共42分，第1題22分，第2題20分) 真應(yīng)變 40.842mm。求材料的彈性模量，和試樣此時(shí)的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、 該試樣曾在拉力達(dá)到25.72kN時(shí)，開(kāi)始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到 33.26kN后試 樣斷裂，測(cè)得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距

4、為 46.4mm最小處截面直徑為 6.38mm； 求其屈服 極限氐、斷裂極限％、延伸率和斷面收縮率 解: do = .0mm, Fo = n d8/4 = 50.27 mm1 2 L() = 40mm, L] = 40.842mm Lk = 46.4mm, dk= 6.38mm, Fk = 7rdK 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因了的大小 /4 = 31.97 mm2 由: Fix Li=Fo xLo=> 條件應(yīng)力: 真實(shí)應(yīng)力: 相對(duì)伸長(zhǎng): F] =Fox Lo/Li= 50.27x40/40.842 = 49.23 O = P/Fo=6.86kN/50.2

5、7mm2 =136.46MPa (mm2) S = P/Fi = 6.86kN/ 49.23mm2 = 139.35Mpa ￡=(Li? Lo)/ Lo=(40.842-40)/40= 0.021 =2.1% 相對(duì)收縮：V =(Fo -Fi)/Fo=(50.27- 49.23)/50.27 = 0.0207=2.07%真實(shí)應(yīng)變：e =ln(Li /Lo)=ln(40.842/40)=0.0208=2.08%=? V e 彈性模量 =>E = a/ =136.46MPa/2,l%=6.5xlO 該板件是否能安全工作 在該應(yīng)力下工作該板所允許的最大裂紋尺寸

6、 得分 三、簡(jiǎn)述題（共24分,每小題12分） 評(píng)分人 1?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？ 尺寸效應(yīng)： ——構(gòu)件的力學(xué)性 能隨其尺寸的增加而下降的現(xiàn)象。 原因：尺寸的增加： ① 將使得缺陷出現(xiàn)的機(jī)率增加； ② 使應(yīng)力集中程度增加； ③ 使構(gòu)件易于出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)，使其應(yīng)力狀態(tài)變碩（約束作用加大） O且材料強(qiáng)度越高, 其尺寸效應(yīng)越明顯. MPa 屈服極限：os= 25.72kN/50.27 mm2 =511.6MPa 斷裂極限：c>b = 33.26kN/50.27 mm2=661.6Mpa 延伸率： 5 =(lk- Lo)/Lo= (46.4-40)

7、/40 = 0.16= 16% 斷面收縮率：k=(Fo-Fk)/Fo=(50.27- 31.97)/50.27=0.364= 36.4% 2、一大型構(gòu)件邊緣有一寬度為 3. mm的半橢圓型穿透裂紋 查得其① =1.0其材料的 as=1080MPa, Kic=11 MPa .M 1/2;板件受960Mpa的單向工作應(yīng)力，問(wèn) 解: a = 0.003 ry= Ro/2= Ki2/4 V 2 tt Os2 聯(lián)立求解得：Ki=Yo Va/V (1-Y 2o2/4 V2ttOs2) =1.1 J n x 960x 106x 7 0.0038/ V (l-1.21x n

8、 x 9602x/4 V 2 n x 10802) =1.1 V nx960xl06x 70.0038/V (l-1.21x 42x/V2x 92)=115.38xl06/ V (1-0. 1690) =115.38xl06/0.9115=126.58xl06=126.58MPa .M1/2 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因了: K|=126.58MPa .n?2 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 Ro: Ro=2ry=Ki 2/2 V2tt a2=126.582/2 V2tt x 108儼=0.00154m= 1.54mm ry =0.77mni=0.00077m 因 Ki=126

9、.58 MPa.m12 > Ki c=118MPa.m1/2,故該板件不能安全工作; 在該工作條件下，板件中所允許的最大裂紋尺寸 ac: K【=Yo V (a + i*y) => K 【c =Y o J (u<、+ i*y) => ac = Kic?/ Y? o? - ry 0.004042- 0.00077m=3.272mm ac= 1182/(1.12x 7i x 9602)? 0.00077 = 板件中所允許的最大裂紋尺寸為： 3.272mm Ki =Y o V (a + ry) => Kic =Y ac (a + ry) =>oc= K ” / Y V (a +y) oc=

10、 118/1. 1 V JI V (0.0038 + 0.00077)=895.27 MPa 板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力為： =895.27MPa 2.工程塑料性能的主要特點(diǎn)？ 工程塑料性能的主要特點(diǎn)： ① 相對(duì)密度較低，因而具有高的比強(qiáng)度， ② 高的耐腐蝕性能 ③ 高的電絕緣性能； ④ 有很好的減震、減噪性能和很好的減摩擦能力及耐磨性：能吸收噪音，減緩震動(dòng)，并 有一定的自潤(rùn)滑性，在無(wú)潤(rùn)滑的條件下也可有效地工作； ⑤ 剛度強(qiáng)度低；蠕變強(qiáng)度及蠕變溫度低：室溫下就可蠕變，持久強(qiáng)度低； ⑥ 耐熱能力差； ⑦ 導(dǎo)熱系數(shù)?。? ⑧ 易丁老化； ⑨ 不耐有機(jī)溶劑溶解腐蝕。

11、 得分 四、作圖題（共14分） 評(píng)分人 某材料的＜ 5.1為600Mpa, Ob為720Mpa,作圖求其應(yīng)力循壞對(duì)稱系數(shù)為 V時(shí)的 并在疲勞圖上標(biāo)岀具相應(yīng)的 C5"max、°"min、°m、Qa -CljfC FE=EG=Oi fo^in 或：疲勞圖2 貴州大學(xué)2006-2007學(xué)年第一學(xué)期考試試卷B答案 材料力學(xué)性能 得分 評(píng)分人 注意事項(xiàng): ■、名詞解釋（共25分，每小題5分） 1. 請(qǐng)考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫(xiě)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(xiě)答案 3. 不要在試卷上亂寫(xiě)

12、亂畫(huà)，不要在裝訂線內(nèi)填寫(xiě)無(wú)關(guān)的內(nèi)容 4. 滿分100分，考試時(shí)間為120分鐘。 題號(hào) — 二 —三 四 五 六 七 總分 統(tǒng)分人 得分 低溫脆性： 指金屬材料在低于某溫度后韌性人幅度下降的現(xiàn)象 塑性斷裂： 指斷裂前有明顯塑性變形，斷口纖維狀，常表現(xiàn)為一些同心圓環(huán)花樣，斷口粗 糙, 無(wú)光澤而呈暗灰色，有撕裂棱，斷口常呈杯狀，常 '因斷裂前的明顯須性變 形引起 警戒而提前失效，危害相對(duì)較輕。 形變強(qiáng)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

13、性變形的能力。 磨損： 因接觸而Z間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其物質(zhì)丟失的現(xiàn)彖，稱 Z為磨損；另外，也把工件 因磨擦引起物質(zhì)丟失導(dǎo)致尺寸不足所致失效的方式叫磨損。 平面應(yīng)變： ￡x HO ; ￡y HO;址 0 其：°x HO; ° HO; ° HO 為三向拉應(yīng)力狀態(tài)。一般為厚板的應(yīng)力狀態(tài)。 得分 評(píng)分人 1、計(jì)算題(共45分，第1題25分，第2題20分) 1 > 一宜徑為6mm標(biāo)距長(zhǎng)為30mm的拉伸試樣，在拉力 P=14.8kN吋，測(cè)得其標(biāo)距伸 長(zhǎng)為 31.482m m。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。 該試樣曾在拉力達(dá)到22.76kN時(shí)，開(kāi)始發(fā)生明顯的塑

14、性變形；在拉力達(dá)到 36.36kN后試 樣斷裂，測(cè)得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 35.6mm最小處截面直徑為4.60mm； 求其屈服極限Os、斷裂極限Ob、延伸率和斷面收縮率。 解: do = 6.0mm, Fo = n d&/4 = 28.27 mm2 Lo = 30mm, Li = 31.482mm Lk= 35.6mm, dk = 4.60mm, Fk 二兀 dA/4 = 16.62 mm2 由：FjX Li=Fo xLo=> Fi= Fox LO/LI= 28.27X30/3 1.482 = 26.94 (mm2) o = P/Fo= 14.8kN/28.27mm2 = 5

15、23.52MPa 條件應(yīng)力: 真實(shí)應(yīng)力: S = P/Fi = 14.8kN/ 26.94mm2 = 549.37Mpa 相對(duì)伸長(zhǎng): =(Li-Lo)/ Lo=(31.482-30)/30= 0.0494 = 4.94% 相對(duì)收縮：W =(Fo ? Fi)/F() =(28.27? 26.94)/28.27 = 0.0470=4.70%真實(shí)應(yīng)變：e =ln(Li /L0)=ln(31.482/30)=0.0482=4.82%= ? Ve 屈服極限：Os= 22.76kN/2&27 805.1MPa 斷裂極限：Ob = 36.36kN/28.27 mm2= 1286.2Mpa

16、延伸率： 6 = (U- Lo)/ L o= (35.6-30)/30 = 0.187= 18.7% 斷面收縮率：4) k=(Fo-Fk)/Fo=(28.27-16.62)/28.27=0.412=41.2% 2、一大型板件中心有一寬度為 7.2mm 的穿透裂紋，其材料的 Os=890MPa , Kic=IIIMPa.M1/2; 板件受736Mpa的單向工作應(yīng)力，問(wèn)： (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

17、 解：a = 0.0072m/2=0.0036m Ki =Yc V(a + r y) ry= Ro/2= Ki 2/4 V 2 H Os2 聯(lián)立求得：Ki =Yo Va/ V (1-Y 2o2/

18、4 V 2 n cs2) =Yo Va/ V (1-0.056Y 2o2/cs2) nx736xl06x 7 0.0036/V (1-0.056 tt x7362x/8902) =8345 MPa .m 12 該裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因了： K円3.45 MPa.m12 該裂紋尖端的集性屈服區(qū)尺寸 Ro: Ro=2ry=Ki 2/2 V2tt as2=83.452/2 V2tt x8902=0.000989m=0.99mm ry =0.50mni=0.0005m 在該工作條件下，板件中 因 K i=83.45 MPa.m172 < Ki c=118MPa

19、.m1/2 故該板件能安全工作; 所允許的最大裂紋尺寸ac: K【=Yo V (a + i*y) => K 【c =Y o J (u<、+ i*y) => ac = Kic?/ Y? o? - ry ac = 1117( 7T X 9()2) 2x4.45 mm=8.90mm o 00050 = 0.00445 m=4.45mm板件中所允許的最大裂紋尺寸為: Ki =Y o V (a + ry) => Kic =Y ac (a + ry) =>oc= K” / Y V (a + y) oc= 111/V Ji V (0.0032 + 0.0005)=1029.5

20、 MPa 得分 評(píng)分人 二、簡(jiǎn)述題（共 板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力為 14分) :1029.5 MPa 1.什么是J積分的守恒性？該守恒性在斷裂力學(xué)屮冇何意義 J積分的守恒性是指：J積分與積分路徑無(wú)關(guān) 1） 當(dāng)積分回路足夠小的時(shí)候，J積分表示了裂紋尖端所具冇的能量狀態(tài)，表征了裂紋擴(kuò) 展 的動(dòng)力； 2） 當(dāng)積分回路足夠大的時(shí)候，可將積分回路擴(kuò)大到裂紋尖端的屈服區(qū) Z外的線彈性變 形區(qū) 中，可以用線彈性斷裂力學(xué)來(lái)解決彈塑性斷裂力學(xué)的問(wèn)題。 或 B E B c E Ob CSnin Qa 某材料的v 5b為HOOMpa,其Q-i為86OMpa,任選作出一種疲勞圖并在圖中標(biāo)明在任 忌、 四、作圖題（共16 分） 得分 評(píng)分人 Qr(Omax) 其中:O— ] = 860Mpa Omin 的r條件下的 CJj-及 Amin，Arn, Oa tga= 1+r FH=On)ax GHOin EH=€^n FE-EG-Oa Ob= llOOMpa (1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 (5) 該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力