《材料力学性能》考试试题

材料力学性能试题注意事项：1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4. 满分 100 分，考试时间为 120 分钟。得分评分人、名词解释 （共 20分, 每小题 5分）形变硬化冲击韧性；切削磨损；缺口效应；得分题号一二三四五六七总分统分人得分评分人、计算题 （共 44分,第 1题 24分，第 2题 20分）1、一直径为 6mm，标距长为 30mm 的标准拉伸试样， 在弹性变形阶段，测得拉力 P=6.6kN 时，标距产生 0.24mm 的伸长。求材料的弹性模量；求拉力 P=12kN 时，试样受到 的条件应力、条件应变及真应力、真应变。 （16 分）该试样在拉力达到 25.02kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到 37.24kN后 试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为 36.2mm，最小处截面直径为 5.34mm；求 该材料的屈服极限 s、断裂极限 b、延伸率和断面收缩率。 （8 分）2、一大型板件中心有一宽度为 6.4mm的穿透裂纹， 板件受 636Mpa的单向工作应力， 经 测定其材料的 S=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；问： (20 分)(1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3) 该板件是否能安全工作(4) 该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力得分评分人三、简述题 （共 20分, 每小题 10分）1磨损过程有哪三个阶段 ?其特点有哪些？2疲劳破坏与静载破坏有何不同？得分评分人四、作图题 （共 16 分）已知某材料的 -1 为 760Mpa，b 为 1100Mpa，作出其疲劳图并在图中标出其应力循 环的安全工作区，求其应力循环对称系数为 r 时的 r， 并在疲劳图上标出其相应的 max、min、m、a，该材料在 max=920Mpa，min=320Mpa 的循环应力 下工作，问是否安全？材料力学性能试题得分评分人解理断裂；、名词解释 （共 20分, 每小题 5分）高温蠕变；缺口效应；注意事项：1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4. 满分 100 分，考试时间为 120 分钟。题号一二三四五六七总分统分人得分应力腐蚀；得分评分人、计算题 （共 42分,第 1题 22分，第 2题 20分）1、一直径为 10mm，标距长为 50mm 的拉伸试样，在拉力 P=16.30kN 时，测得其标距 伸长为 50.24mm。求试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。 该试样在拉力达到 30.66kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到 46.48kN后 试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为 58.6mm，最小截面直径为 6.52mm；求其屈服极限 s、断裂极限 b、延伸率和断面收缩率。 （22 分）其 材 料 的 S=930MPa ，（20分）2、 一大 型板件中心有一 宽度 为 8.6mm 的穿透裂纹， K IC=117MPa.m1/2；板件受 850Mpa 的单向工作应力，问：(1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3) 该板件是否能安全工作(4) 该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力得分评分人三、简述题（共20分,第1题10分，第 2题10分） 1疲劳裂纹扩展各阶段在断口上有何特征表现？ （10 分）2何谓尺寸效应 ?为什么尺寸越大的构件其性能相对越差 ?（10 分）得分评分人四、作图题 （共 18 分）某材料的 b 为 990Mpa，其 -1 为 520Mpa，任选作出一种疲劳图，在图中标明在任 意的 r 条件下的 r 及 max， min，m，a，并标明该疲劳图的应力循环安全工 作区。材料力学性能试题答案一、名词解释 （共 20分,每小题 5 分）形变硬化指材料在明显屈服后，随着塑性变形量的加大，所需应力值也须相应加大（即材料的外拉力也需增加 ）的现象。表征材料阻碍继续塑性变形的能力。冲击韧性；材料在受到冲击载荷的作用下发生断裂时所消耗吸收的能量总和。切削磨损；两摩擦副一方有硬凸起或接触面间夹有硬的质点， 并在因相对运动在另一摩擦 面上产生切削划痕并导致其物质丢失的现象。缺口效应；因缺口的存在，改变了缺口根部的应力的分布状态，出现： 应力状态变硬 （ 由单向拉应力变为三向拉应力 ） ； 应力集中的现象称为缺口效应。得分评分人、计算题 （共 44分,第 1题 24分，第 2题 20分）1、一直径为 6mm，标距长为 30mm 的标准拉伸试样， 在弹性变形阶段，测得拉力 P=6.6kN 时，标距产生 0.24mm 的伸长。求材料的弹性模量；求拉力 P=12kN 时，试样受到 的条件应力、条件应变及真应力、真应变。 (16 分)该试样在拉力达到 25.02kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到 37.24kN后 试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为 36.2mm，最小处截面直径为 5.34mm；求 该材料的屈服极限 s、断裂极限 b、延伸率和断面收缩率。 (8 分)解： d0=6.0mm, L0= 30mm,P1=6.6kN 时 L1= 0.24mm；P2=12kN 因 P1、P2 均远小于材料的屈服拉力 25.02kN，试样处于弹性变形阶段，据 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=L 1+ L1=30.24(mm)L2=L2+L2=30.436(mm) 此时： F0 =d02/ 4 =28.27 mm2 由： F2 L 2=F0L 0 = F2= F0 L0/ L 2=28.27 30/ 30.436=27.87 (mm2)2 分 条 件 应 力 ： = P/ F0 = 12kN / 28. 27mm2 =424. 48M pa2 分 相对伸长 ：= (L 2-L 0)/ L 0=(30.436-30)/30=0.0145 = 1.45%2 分弹性模量 :E=/=424.48Mp a/ 0. 0145 = 2.921010Pa2 分相对收缩： =(F0 F2)/ F0=(28.27 - 27.87) / 28.27= 0.0141=1.41%2 分 真 实 应 力 ： S= P/ F2 = 12kN / 27. 87mm2 =430. 57M pa2 分 真实应变 ：e =ln(L 2/ L 0 )=ln(30.436 / 30)=0.0144=1.44%=- e2 分Lk = 36.2mm,dk = 5.34mm, Fk =dK2/ 4 = 22.40 mm2 屈 服 极 限 ： S = 25 .02 kN / 28 .27 mm 2 = 885. 0M Pa2 分 断 裂 极 限 ： b = 37. 24kN / 28. 27 mm2 = 1317. 3M pa2 分 延伸率： = (L K-L 0)/ L 0= (36.2-30) /3 0 = 0.207= 20.7%2 分 断面收缩率 :k=(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宽度为 6.4mm的穿透裂纹， 板件受 636Mpa的单向工作应力， 经 测定其材料的 S=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；问： (20 分)(1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3) 该板件是否能安全工作(4) 该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力解：a = 0.0064/2=0.0032(m)KI=Y (a + ry)=(a + ry)Y=ry= Ro/2= KI2/ 42s2 联立求解得： KI=Ya/ (1-Y22/42s2) =6361060.0032/ ( 1-0.056 6362/ 7602) =6361060.0032/ ( 1-0.056 3.14 (636/ 760)2) =68.08106=68.08(MPa.M1/2) 该裂纹尖端的应力场强度因子： KI= 68.08MPa.m1/2 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸 Ro：Ro=2ry=KI2/22S2=68.082/ 227602=0.00160m=1.60mmry =0.80 =0.00080m因 K I=68.08MPa.m1/2K IC=Y (aC + ry)= aC = KIC / Y -ry aC = 962/ ( 6362)- 0.00080 = 0.00726- 0.0008=6.46mm 板件中所允许的最大裂纹尺寸为： 6.46mm 2 = 12.9mm KI=Y(a + ry)= K IC=Y C (a + ry) =C= KIC/ Y(a + ry)C= 96/ (0.0032+ 0.0008)=856.6 MPa此板带此裂纹所能承受的最大安全工作应力为： =856.6 MPa得分评分人三、简述题 （共 20 分, 每小题 10 分）1磨损过程有哪三个阶段?其特点有哪些？2疲劳破坏与静载破坏有何不同？得分评分人四、作图题 (共 16 分)已知某材料的 -1 为 760Mpa，b 为 1100Mpa，作出其疲劳图并在图中标出其应力循环的安全工作区，求其应力循环对称系数为 r 时的 r， 并在疲劳图上标出其相应的max、min、m、a，该材料在 max=920Mpa，min=320Mpa 的循环应力工作，问是否安全？m=(max + min)/2 =(920+ 320)/2=620(Mpa)a=(max- min)/2 =(920- 320)/2=300(Mpa)图中位于 D 点，坐标为( 620，300)，处于应力循环的安全工作区，故该应力循环安全材料力学性能试题答案得分评分人解理断裂；、名词解释 （共 20分, 每小题 5分）注意事项：1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4. 满分 100 分，考试时间为 120 分钟。题号一二三四五六七总分统分人得分在拉应力作用下，将材料沿某特定的晶体学平面快速分离的穿晶脆性断裂方式 称为解理断裂， 称该晶体学平面为解理平面； 在该解理平面上， 常常会出现一些小 台阶，叫解理台阶；这些小台阶有汇聚为大的台阶的倾向，表现为河流状花样。高温蠕变；金属材料在高温和持久载荷的共同作用下，出现随时间的延长而塑性变形增加的现象。缺口效应；因缺口的存在，改变了缺口根部的应力的分布状态，出现： 应力状态变硬 （ 由单向拉应力变为三向拉应力 ） ； 应力集中的现象称为缺口效应。应力腐蚀；得分评分人金属材料在拉应力及特定的化学介质的共同作用下，产生的早期的、低寿命的、低 应力脆性疲劳断裂。、计算题 （共 42分,第 1题 22分，第 2题 20分）1、一直径为 10mm，标距长为 50mm 的拉伸试样，在拉力 P=16.30kN 时，测得其标距 伸长为 50.24mm。求试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。 该试样在拉力达到 30.66kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到 46.48kN后 试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为 58.6mm，最小截面直径为 6.52mm；求其 屈服极限 s、断裂极限 b、延伸率和断面收缩率。 (22 分)2、 一大 型板件中心有一 宽度 为 8.6mm 的穿透裂纹，其材料的 S=930MPa， K IC=117MPa.m1/2；板件受 850Mpa 的单向工作应力，问：(1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3)该板件是否能安全工作(4)该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力（20分）得分评分人三、简述题 (共 20分,第 1题 10分，第 2题 10分)1疲劳裂纹扩展各阶段在断口上有何特征表现？ （10 分）?（10分）得分评分人四、作图题 （共 18 分）2何谓尺寸效应 ?为什么尺寸越大的构件其性能相对越差 某材料的 b 为 990Mpa，其 -1 为 520Mpa，任选作出一种疲劳图，在图中标明在任 意的 r 条件下的 r 及 max， min，m，a，并标明该疲劳图的应力循环安全工 作区。