《材料力學性能》考試試題(總19頁)

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1、 材料力學性能試題 注意事項： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學號和年級專業(yè)。 2. 請仔細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，考試時間為120分鐘。 題 號 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評分人 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；

2、 得 分 評分人 二、計算題（共44分,第1題24分，第2題20分） 1、一直徑為6mm，標距長為30mm的標準拉伸試樣，在彈性變形階段，測得拉力P=6.6kN時，標距產(chǎn)生0.24mm的伸長。求材料的彈性模量；求拉力P=12kN時，試樣受到的條件應力、條件應變及真應力、真應變。（16分） 該試樣在拉力達到25.02kN時，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達到37.24kN后試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標距為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) 該裂紋尖端的應力場強度因子的大小 (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力 得 分

4、評分人 三、簡述題（共20分,每小題10分） 1．磨損過程有哪三個階段?其特點有哪些？ 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出其應力循環(huán)的安全工作區(qū)，求其應力循環(huán)對稱系數(shù)為r時的σr，并在疲勞圖上標出其相應的σmax、σmin、σm、σa，該材料在σmax=920Mpa，σmin

5、=320Mpa的循環(huán)應力下工作，問是否安全？ 材料力學性能試題 注意事項： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學號和年級專業(yè)。 2. 請仔細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，考試時間為120分鐘。 題 號 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評分人 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； 應力腐蝕； 得 分 評分人 二、計算題（共42分,第1題22分，第2題20分） 1、一直徑為10mm，標距長為50mm的拉伸試樣，在拉力P=16.30kN時，測得其標距伸長為50.24mm。求試樣此時的條件應力、條件應變及真應力、真應變。 該試樣在拉力達到30.66kN時，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達到46.48kN后試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標距為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) 該裂紋尖端的應力場強度因子的大小 (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力 (20分) 得 分

8、 評分人 三、簡述題（共20分,第1題10分，第2題10分）） 1．疲勞裂紋擴展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？(10分) 2．何謂尺寸效應?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，在圖中標明在任意的r條件下的σr及σmax，σmin，σm，σa，并標明該疲勞圖的應力循環(huán)安全工

9、作區(qū)。 材料力學性能試題答案 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，所需應力值也須相應加大(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，并在因相對運動在另一摩擦面上產(chǎn)生切削劃痕并導致其物質(zhì)丟失的現(xiàn)象。

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

11、的拉伸試樣的標距為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⊿L1= 0.24mm；P2=12kN 因P1、P2均遠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

12、：F0 =πd02/4 =28.27 mm2 由：F2L2=F0L0 => F2= F0L0/L2=28.2730/30.436=27.87 (mm2) 2 分 條件應力：σ= P/F0 =12kN/28.27mm2 =424.48Mpa2分 相對伸長：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 相對收縮：ψ=(F0 –F2)/F0=(28.27-27.87)/28.27= 0.0141=1.41%2分 真實應力：S=P/F2 = 1

13、2kN/27.87mm2 =430.57Mpa2分 真實應變：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) 該裂紋尖端的應力場強度因子的大小 (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) 該裂紋尖端的應力場強度因子：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．磨損過程有哪三個階段?其特點有哪些？ 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出其應力循環(huán)的安全工作區(qū)

18、，求其應力循環(huán)對稱系數(shù)為r時的σr，并在疲勞圖上標出其相應的σmax、σmin、σm、σa，該材料在σmax=920Mpa，σmin=320Mpa的循環(huán)應力下工作，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，坐標為（620，300），處于應力循環(huán)的安全工作區(qū)，故該應力循環(huán)安全。 材料力學性能試題答案 注意事項： 1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學號和年級專業(yè)。 2. 請仔細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，考試時間為120分鐘。 題 號 一 二 三 四 五 六 七 總 分 統(tǒng)分人 得 分 得 分 評分人 一、名詞解釋（共20分,每小題5分） 解理斷裂； 在拉應力作用下，將材料沿某特定的晶體學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

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

21、真應變。 該試樣在拉力達到30.66kN時，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達到46.48kN后試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標距為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) 該裂紋尖端的應力場強度因子的大

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．疲勞裂紋擴展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？(10分) 2．何謂尺寸效應?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，在圖中標明在任意的r條件下的σr及σmax，σmin，σm，σa，并標明該疲勞圖的應力循環(huán)安全工作區(qū)。