《材料力学性能》课程习题集.docx

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《材料力学性能》课程习题集

《材料力学性能》课程习题集

习题

1．解释下列名词：

（1）弹性比功；

（2）包申格效应；（3）解理面；（4）塑性、脆性和韧性；（5）解理台阶；（6）河流花样；（7）穿晶断裂和沿晶断裂。

2．常用的标准试样有5倍试样和10倍试样，其延伸率分别用σ5和σ10表示，说明为什么σ5σ10。

3．某汽车弹簧，在未装满载时已变形到最大位置，缺载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。

试分析这两种故障的本质及改变措施。

4、金属的弹性模量主要取决于什么?

为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能?

5、今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料，你选择那种材料作为机床机身？

为什么？

6、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?

7、产生颈缩的应力条件是什么?

要抑制颈缩的发生有哪些方法?

8、为什么材料的塑性要以延伸率这两个指标来度量?

它们在工程上各有什么实际意义?

9、试用位错理论解释：

粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性也低；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。

10、延性断口有几部分组成？

其形成过程如何？

11、板材宏观脆性断口的主要特征是什么？

如何根据断口特征寻找断裂源？

12、简述延性断裂过程中基体和第二相的作用，其形态对材料韧性水平有何关系。

13、由Hall-Petch关系式和解理断裂表达式讨论晶粒尺寸细化在强韧化中的作用。

14、为什么材料发生脆断要先有局部的塑性变形?

试从理论上给予解释，并从试验上举出一

两个实验结果证明上述的论点是正确的。

n15．试证明对可用Hollmon关系S=Kε描述其真应力－真应变关系的材料，其条件抗拉强n度σb＝Ke。

式中e＝2.718

16．一直径为2.5mm，长为200mm的杆，在载荷2022年N作用下，直径缩小为2.2mm,试计算：

（1）杆的最终长度；

（2）在该载荷作用下的真应力S与真应变εe；

（3）在该载荷作用下的条件应力σ与条件应变δ。

17．φ10mm正火状态60Mn拉伸试样的拉伸数据如下：

n

（d＝9.9mm为屈服平台刚结束时的试样直径）

P/kN39.543.54.765.2955.454.052.448.043.1

d/mm9.919.879.819.659.218.618.217.416.78

试求：

1）绘制条件应力－应变曲线和真应力－应变曲线；

2）求σs、σb、Sb、εb、ψb、ψk；

3）求n和K。

18．说明几何强化现象的成因。

其本质与形变强化有何不同？

19．一铝合金制轻型人梯，发觉在人体重作用下弹性挠度过大。

若欲在不增加梯重情况下减少挠度，试问下列方法是否可行?

（1）采用时效铝合金，提高材料强度；

（2）改用镁合金代替铝合金

）；

（3）重新设计，改变铝合金型材的截面形状尺寸。

；

材料力学性能

20．提高金属材料的屈服强度有哪些方法?

试用已学过的专业知识就每种方法各举一例。

21．试用位错理论解释：

粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性也低；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。

22．产生颈缩的应力条件是什么

?

要抑制颈缩的发生有哪些方法?

钢的拉伸试样，其试验数据如下（23．今有10

39.543.54.7652.955.4

54.052.448

43.1

;

（2））;

;（3）

（4）绘制条件应力―应变曲线和

真应力―真应变曲线（未修正）。

24．为什么材料的塑性要以延伸率这两个指标来度量?

它们在工程上各有什么实际意义?

25．减轻汽车重量对降低燃油消耗

有很重要的作用。

汽车车身或底盘约占

汽车总重量的60％。

底盘的主要尺寸是按比刚

度

或

淬火后200

=745

=为3236

=0.75s），单向拉伸、扭转、三向压缩（=-0.3S，=0.25）

28．今有以下各种材料，欲评定材料在静载条件下的力学行为，给定测试方法有单向拉伸、单向压缩、弯曲、扭转和硬度五种，试对给定的材料选定一种或两种最佳的测试方法。

材料：

低

碳钢、灰铸铁、高碳工具钢（经淬火低温回火）

、结构陶瓷、玻璃、热塑性塑料

29．

回火试样扭转试验

结果如下表，其中139.7

186.3217.7254269.7

283.4293299

305

（1）试绘制

=9.0和=75

材料力学性能

2、今有以下各种材料，欲评定材料在静载条件下的力学行为，给定测试方法有单向拉伸、

单向压缩、弯曲、扭转和硬度五种，试对给定的材料选定一种或两种最佳的测试方法。

材料：

低碳钢、灰铸铁、高碳工具钢（经淬火低温回火）、结构陶瓷、玻璃、热塑性塑料

3、为什么塑性材料在缺口静拉伸时，其缺口强度一般比光滑试样高，而脆性材料的缺口强

度则低于光滑试样的强度?

4．在评定材料的缺口敏感度时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?

什么情况下宜选用缺

口偏斜拉伸?

什么情况下则选用缺口静弯试验?

5．缺口冲击韧性为什么被列为材料常规性能的五大指标之一，怎样正确理解冲击韧性的功

能：

（a）它是控制工艺的性能指标；（b）它是服役性能指标；（c）两者兼而有之，但要具体分析。

你对上述说法有何评论?

冲击韧性能理解为材料抵抗冲击载荷而不发生破坏的能力吗?

6、今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？

（1）渗碳层的硬度分布

（2）淬火钢（3）灰铸铁

（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体（5）仪表小黄铜齿轮

（6）龙门刨床导轨（7）氮化层（8）火车圆弹簧

（9）高速钢刀具（10）硬质合金

7、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?

那些材料不能用此方法检验和评定?

这种

试验方法本身在防止材料脆断方面有何局限性?

8、如何评定材料的缺口敏感性？

9、为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性?

10、为什么材料发生脆断要先有局部的塑性变形?

试从理论上给予解释，并从试验上举出一两个实验结果证明上述的论点是正确的。

11、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?

那些材料不能用此方法检验和评定?

这种试验方法本身在防止材料脆断方面有何局限性?

12、今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？

（1）渗碳层的硬度分布

（2）淬火钢（3）灰铸铁（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体（5）仪表小黄铜齿轮（6）龙门刨床导轨（7）氮化层（8）火车圆弹簧（9）高速钢刀具（10）硬质合金

13、如何评定材料的缺口敏感性？

第三章习题

1、解释下列名词

（1）冲击韧度；

（2）冲击吸收功；（3）低温脆性；4）韧脆转变温度；（5）韧性温度储备

2、试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。

3、简述根据韧脆转变温度分析机械脆断失效的优缺点

4．为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性?

5．细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？

6、说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性破坏？

第四章习题

材料力学性能

1．已知

一构件的工作应力

钢材,裂纹长

度，应力场强度

因子,

增加而下降，其变化如下表所

示：

108.5085.2569.7554.2546.50

若按屈服强度计算的安全系

数

=1.7时，上述材料是否满足要求?

2．设有屈服强度为

415为

132和

260

的拉应力作用，并设板内都有长为

46

，板中心有一长

为

，求（a）裂纹顶端处的应力强度因子。

（b）裂纹顶端处的塑性区尺寸。

（c）

讨论上述情况下塑性区修正的有效性。

4．物体内部有一圆盘状尖锐深埋裂纹，直径为2.

5

体发生断裂事故，求:

（a）材料的断裂韧性是多少?

（假定满足平面应变条件。

）

（b）若用这种材料制成一块厚

度

问测得的断裂韧性值是否有效?

（设材料的屈服强度为

1100

的厚度是多少?

5．低合金钢厚

板的断裂韧性在-20

，

，如果这块板上有长度为

10

时的断裂应力

的板作断裂韧性试验，时，物

=

1600

=

40

，壁

厚

（a）如

果，试问:

=

5的这一压力容器必须承受的最大压强为8.

34

材料力学性能

（b）为保证压力容器的安全（最大压强为8.

34

取为1.2，则容许的裂纹长度

[

为周向（横向）裂纹，问容器的临界压强为多大?

（d）如按经典强度理论计算，其临界压强为多少?

并与（A）和（C）计算的结果加以对比和

分析。

伸2．

8．用三点弯曲试样测定平面应变断裂韧

性，w=

60预制疲劳裂纹（包括机械缺口）的深

度，=60.5KN，试计算

条件断裂韧性值是否有效?

（

材料）。

9．J积分的主要优点是什么?

为什么用这种方法测定低中强度材料的断裂韧性要比一般

的

材料力学性能

（a）一般金属材料，无论何种处理状态，其疲劳极

限

是最低的疲劳强度，而应力比R

越大可承受

的最大应力晴况下，疲劳寿命越长?

10

3．什么叫低周疲劳和高周疲劳?

为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制?

用应变控制进行低周疲劳试验有哪些优点，取得了哪些有价值的结果?

4．什么是疲劳

裂纹门槛值，哪些因素影响其值

的大小?

它有什么实用价值?

5．对含25.

4

法则确定失效周次

分别为

拉伸应力。

材料的性能数据为时的名义

材料力学性能

11.某高强度钢构件，在腐蚀介质中的工作应力

＝21.7MPa＝1400Mpa，

和

4mm（a/c=1）的构件的剩余寿命，

已知平台速率＝61.9MPa＝

参数，它有何用处?

材料力学性能

第九章习题

1、什么是聚合物的粘弹性?

为什么多数聚合物在室温下就会产生明显的蠕变?

聚合物的蠕变

抗力怎样度量?

2、试述聚合物材料的结构特征与性能特点。

3、线型非晶态聚合物力学性能的三态是什么？

各衬何特点?

4、试述非晶态聚合物和结晶态聚合物应力-应变曲线的区别。

5、聚合物为什么会产生粘弹性?

6．试述银纹与裂纹区别。

第十章习题

1、为什么陶瓷材料的弹性模量和屈服强度很高，而断裂韧性很低?

提高陶瓷材料韧性的根

本途径是什么?

用什么方法测定陶瓷材料的断裂韧性较好?

2、如何提高陶瓷材料的热冲击抗力?

3、什么是陶瓷材料的静疲劳？

4、陶瓷和聚合物的弹性模量决定于哪些因素?

和金属相比较，为什么说陶瓷和聚合物的弹

性模量是一个结构敏感的力学性能指标?

5、与金属相比，陶瓷与聚合物的疲劳裂纹扩展有何特点?

第十一章习题

1、解释下列名词：

（1）纤维的临界体积分数

（2）纤维的最小体积分数（3）短纤维的临界度（4）单向短纤

维复合材料（5）比强度与比模量（6）单向复合材料的纵泊松比、横泊松比

2、试述纤维复合材料的基本持点，复合材料受力时纤维和基体各起刊女作用7

3、复合材料性能常数在什么条件下符合并联混合律。

什么条件下符合串联混合律?

并联与

串联混合律的形式有什么不同。

4．短纤维复合材料的强度与哪些因素有关？

为什么纤维越长比短纤维复合材料的强度越

高?

5、试述复合材料疲劳性能的特点。