材料力学性能期试卷和答案 (1).doc

材料力学性能期试卷和答案 (1).doc

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中　原　工　学　院

重修标识

2009～2010　　学年　第　1　学期

A卷

材科专业材料的力学性能课程期末试卷

题号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

一、填空（每空1分，共10分）

1、屈服强度是金属材料重要的力学性能指标，它受各种内外因素的影响，内在因素包括金属本性及晶格类型，_______________，_______________，____________。

2、根据摩擦面损伤和破坏的形式，磨损大致可分4类：

粘着磨损、___________、____________及接触疲劳。

3、断裂韧度受各种内外因素的影响，外在因素主要包括____________，____________。

4、硬度实验方法包括布氏硬度、___________、___________、___________等方法。

二、判断题：

（在正确的前面划“Ú”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分）

（）1、过载持久值表征疲劳断裂时的应力循环周次，属于采用能量方法表示的力学性能指标，与应变比能、断裂韧度相同。

（）2、冲击韧度、静力韧度、断裂韧度，都是衡量材料韧性大小的力学性能指标。

而且，它们采用相同的计量单位。

（）3、只要存在金属材料、应力和腐蚀介质，一定会发生应力腐蚀断裂。

（）4、疲劳裂纹萌生后便马上开始扩展，扩展分为介稳扩展和失稳扩展两个阶段，而且，介稳扩展的速率较快。

（）5、氢脆断裂的微观断裂机理一般为沿晶断裂，断裂表面有泥状花样的腐蚀产物及腐蚀坑。

（）6、各种断裂判据，都是裂纹失稳扩展的断裂判据，因此，都是非常安全的。

（）7、缺口强化与形变强化不一样，不是强化材料的重要手段，但对于那些不能进行热处理强化的材料，可以作为强化的手段。

（）8、比例极限与蠕变极限相似，都属于长度类力学性能指标，都与拉伸紧密相关，是表示拉伸的力学性能指标。

（）9、磨损曲线与蠕变曲线相似，都分为三个阶段，斜率表示速率，因此它们的纵横坐标是相同。

（）10、同一金属材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是相同的。

三、选择题：

（每题1分，共10分）

1、蠕变过程可以用蠕变曲线来描述，按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程分为三个阶段：

（）、恒速阶段和加速阶段。

A、磨合阶段；B、疲劳磨损阶段；C、减速阶段；D、不稳定阶段。

2、不对称循环疲劳强度、耐久强度、疲劳裂纹扩展门槛值、接触疲劳强度都属于（）产生的力学性能。

A、接触载荷；B、冲击载荷；C、交变载荷；D、化学载荷。

3、生产上为了降低机械噪声，对有些机件应选用（）高的材料制造，以保证机器稳定运转。

A、循环韧性；B、冲击韧性；C、弹性比功；D、比弹性模数。

4、拉伸断口一般成杯锥状，由纤维区、放射区和（）三个区域组成。

A、剪切唇；B、瞬断区；C、韧断区；D、脆断区。

5、根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳破坏分为点蚀、浅层剥落和（）三类。

A、麻点剥落；B、深层剥落；C、针状剥落；D、表面剥落。

6、应力状态软性系数表示最大切应力和最大正应力的比值，单向压缩时软性系数（ν=0.25）的值是（）。

A、0.8；B、0.5；C、1；D、2。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　本试卷共　3　页，此页为　A　卷第　1　页　　　　　　　　（注：

参加重修考试者请在重修标识框内打钩）

7、韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，是指材料断裂前吸收（）和断裂功的能力。

A、塑性变形功；B、弹性变形功；

C、弹性变形功和塑性变形功；D、冲击变形功

8、金属具有应变硬化能力，表述应变硬化行为的Hollomon公式，目前得到比较广泛的应用，它是针对真实应力-应变曲线上的（）阶段。

A、弹性；B、屈服；C、均匀塑性变形；D、断裂。

9、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段：

（）、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。

A、磨合阶段；B、疲劳磨损阶段；C、跑合阶段；D、不稳定磨损阶段

10、应力松弛是材料的高温力学性能，是在规定的温度和初始应力条件下，金属材料中的（）随时间增加而减小的现象。

A、弹性变形；B、塑性变形；C、应力；D、屈服强度。

四、名词解释：

（每题5分，共20分）

1、形变强化与滞弹性

2、应力腐蚀断裂与应力腐蚀门槛值

3、变动载荷与过载损伤区

4、临界裂纹尺寸与裂纹尖端张开位移

五、简答题：

（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂，画出中强度钢光滑圆柱拉伸试样室温的宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。

2、简述σ-1和ΔKth的异同点，并画出疲劳裂纹扩展速率曲线。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共　3　页，此页为　A　卷第　2　页　

3、简述缺口的两个效应，并画出厚板缺口拉伸时弹性状态下的应力分布图。

4、简述氢脆的类型及其特征。

六、综合计算题：

（每题10分，20分）

已知平面应变修正公式为：

1、一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ=σ（πa）1/2]的钢板，受到350MPa垂直于裂纹平面的应力作用。

（1）如果材料的屈服强度分别是1400Mpa和385MPa，求裂纹顶端应力场强度因子值；

（2）试比较和讨论上述两种情况下，对应力场强度因子进行塑性修正的意义。

2、已知某材料的γs＝2J/m2，E＝2×105MPa，2.5×10-10m，

（1）如存在0.8mm长的的垂直拉应力的横向穿透裂纹（可视为无限宽薄板），求该材料的裂纹扩展的临界应力。

（2）求这种材料的理论断裂强度，并结合

（1）题，讨论理论断裂强度和实际断裂强度。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

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本试卷共　3　页，此页为　A　卷第　3　页

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A卷

2009～2010学年　第　1　学期

材科专业材料的力学性能课程期末试卷标准答案（即评分标准）

一、填空（每空1分，共10分）

1、晶粒大小和亚结构，溶质元素，第二相。

2、磨粒磨损；腐蚀磨损。

3、温度，应变速率。

4、洛氏硬度、维氏硬度、维氏显微硬度、努氏硬度、肖氏硬度、莫氏硬度、里氏硬度、巴氏硬度等（答对任何三种均可）。

二、判断题（在正确的前面划“Ú”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分）

1、（×）；2、（×）；3、（×）；4、（×）；5、（×）

6、（×）；7、（×）；8、（×）；9、（×）；10、（×）

三、选择题：

（每题1分，共10分）

1、C；2、C；3、A；4、A；5、B；6、D；7、A；8、C；9、A；10、C。

四、名词解释：

（每题5分，共20分）

1、形变强化与滞弹性

材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象称为形变强化。

它是材料阻止继续塑性变形的一种力学性能。

（2.5分）

在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。

滞弹性应变量与材料成分、组织及实验条件有关。

（2.5分）

2、应力腐蚀断裂与应力腐蚀门槛值

金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。

它是在应力和化学介质的联合作用下，按特有机理产生的断裂。

（2.5分）

将试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子称为应力腐蚀门槛值，以KISCC表示。

（2.5分）

3、变动载荷与过载损伤区

变动载荷是引起疲劳破坏的外力，它是指栽荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷。

（2.5分）

过载损伤界与疲劳曲线高应力区直线段之间的影线区，称为过载损伤区。

（2.5分）

4、临界裂纹尺寸与裂纹尖端张开位移

裂纹失稳扩展的临界状态所对应的裂纹尺寸称为临界裂纹尺寸，记为。

（2.5分）

裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，称为裂纹尖端张开位移，用δ表示。

（2.5分）

五、简答题：

（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂，画出中强度钢光滑圆柱拉伸试样室温的宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。

答：

韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。

典型的韧性断裂宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。

（2.5分）

（1、画图2分，标注3分）（2、画图2.5分）

2、简述σ-1和ΔKth的异同点，并画出疲劳裂纹扩展速率曲线。

答：

相同：

表征材料无限寿命疲劳性能（2分）

不同：

σ-1（疲劳强度）代表的是光滑试样的无限寿命疲劳强度，适用于传统的疲劳强度设计和校核（1.5分）；ΔKth（疲劳裂纹扩展门槛值）代表的是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和疲劳强度校核。

（1.5分）（画图2.5分）

3、简述缺口的两个效应，并画出厚板缺口拉伸时弹性状态下的应力分布图。

答：

缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态．使缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态。

（2.5分）缺口使塑性材料强度增高，塑性降低，这是缺口的第二个效应。

（2.5分）

（画图2.5分）

本试卷答案共　2　页，此页为第　1　页　

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A卷

2009～2010学年　第　1　学期

材科专业材料的力学性能课程期末试卷标准答案（即评分标准）

4、简述氢脆的类型及其特征。

答：

（1）氢蚀：

氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。

宏观断口呈氧化色，颗粒状，微观断口上晶界加宽，呈沿晶断裂。

（1.5分）

（2）白点（发裂）：

过量的氢聚集在某些缺陷处而形成H2分子，氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，形成微裂纹。

断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色。

（2分）

（3）氢化物致脆：

对于IVB族或VB族金属，由于与H有较大的亲和力，容易生成脆性氢化物，使金属脆化。

（2分）

（4）氢致延滞断裂：

固溶状态的氢，在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。

宏观断口与一般脆性断口相似，微观断口为沿晶断裂，且晶界上常有许多撕裂棱。

（2分）

六、综合计算题：

（每题10分，共20分）

1、解：

已知：

a=8mm=0.008m,σ=350MPa,KⅠ=σ（πa）1/2

（1）σ/σs=350/1400小于0.6，

KⅠ=σ（πa）1/2=350×（3.14×0.008）1/2=55.5（MPa·m1/2）（3分）

σ/σs=350/385大于0.6，所以必须进行塑性区修正，Y=（π）1/2（2分）

KⅠ=Yσ（a）1/2/[1-0.056（Yσ/σs）2]1/2=σ（πa）1/2/[1-0.056π（σ/σs）2]1/2

=350×（3.14×0.008）1/2/[1-0.056π（350/385）2]1/2

=60（MPa·m1/2）（2分）

（2）比较列表如下：

σ/MPa

350

σ0.2/MPa

1400

385

KⅠ/（MPa·m1/2）

55.5

60

σ/σs=350/385大于0.6，裂纹尖端不但有弹性变形，而且会有塑性变形，不符合弹性力学理论，如不进行修正，计算所得数值会与实际不符。

（3分）

2、解：

（1）已知2＝0.8mm=0.0008m=8×10-4m

σc=（Eγs/）1/2=[2×105×106×2/（4×10-4）]1/2

=3.16×107Pa=31.6MPa（3分）

（2）σm=（Eγs/）1/2

=[2×105×106×2/（2.5×10-10）]1/2

=4×1010Pa=4×104MPa（3分）

理论断裂强度认为材料中没有任何缺陷，根据原子间的结合力计算断裂强度；而实际材料中已经存在裂纹，当平均应力还很低时，裂纹尖端的应力集中已达到很高值，从而使裂纹快速扩展并导致脆性断裂。

实际断裂强度远远小于理论断裂强度。

（4分）

（以上为答案中的一种，只要合乎题意要求，其它答案可酌情给分）

本试卷答案共　2　页，此页为第　2　页

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B卷

2009～2010　学年　第　1　学期

材科专业材料的力学性能课程期末试卷

题号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

一、填空（每空1分，共10分）

1、应力强度因子反映了裂纹尖端区域应力场的强度，它综合反映了__________和裂纹位置、__________对裂纹尖端应力场强度的影响。

2、对于材料的静拉伸实验，在整个拉伸过程中的变形分为弹性变形、塑性变形和__________三个阶段，塑性变形又可分为__________、均匀塑性变形和____________三个阶段。

3、材料塑性的评价，在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸伸长率和__________作为塑性性能指标。

常用的伸长率指标有__________、最大应力下总伸长率和最常用的__________三种。

4、根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有______________、滑开型（Ⅱ型）裂纹扩展和______________三类。

二、判断题：

（在正确的前面划“Ú”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分）

（）1、磨损包括三个阶段，这三个阶段中均能观察到摩擦现象，最后发生疲劳韧脆性断裂。

（）2、应力状态软性系数越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形；反之，应力状态软性系数越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂。

（）3、断裂δ判据是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判据，显然，按这种判据设计构件是偏于保守的。

（）4、测量陶瓷、铸铁的冲击吸收功时，一般采用夏比U型缺口试样，很少采用X型及无缺口冲击试样。

（）5、应力腐蚀断裂速度远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单纯力学因素引起的断裂速度。

（）6、工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据；但在材料科学研究中，真应力与真应变具有更重要的意义。

（）7、同一材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是不相同的，且完全不可以互相转换。

（）8、缺口使塑性材料得到“强化”，因此，可以把“缺口强化”看作是强化材料的一种手段，提高材料的屈服强度。

（）9、接触疲劳过程是在纯滚动的条件下产生的材料局部破坏，也经历了裂纹形成与扩展两个阶段。

（）10、疲劳强度属于强度类力学性能指标，是属于高温拉伸的力学性能指标。

三、选择题：

（每题1分，共10分）

1、形变强化是材料的一种特性，是下列（）阶段产生的现象。

A、弹性变形；B、冲击变形；C、均匀塑性变形；D、屈服变形。

2、缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数表示，应力集中系数定义为缺口净截面上的（）与平均应力之比。

A、最大应力；B、最小应力；C、屈服强度；D、抗拉强度。

3、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段：

（）、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。

A、磨合阶段；B、疲劳磨损阶段；C、轻微磨损阶段；D、不稳定磨损阶段。

4、在拉伸过程中，在工程应用中非常重要的曲线是（）。

A、力—伸长曲线；B、工程应力—应变曲线；C、真应力—真应变曲线。

5、韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，是指材料断裂前吸收（）的能力。

A、塑性变形功和断裂功；B、弹性变形功和断裂功；

C、弹性变形功和塑性变形功；D、塑性变形功。

6、蠕变是材料的高温力学性能，是缓慢产生（）直至断裂的现象。

A、弹性变形；B、塑性变形；C、磨损；D、疲劳。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　本试卷共　3　页，此页为　B　卷第　1　页　　　　　　　　　　（注：

参加重修考试者请在重修标识框内打钩）

7、缺口试样中的缺口包括的范围非常广泛，下列（）可以称为缺口。

A、材料均匀组织；B、光滑试样；C、内部裂纹；D、化学成分不均匀。

8、最容易产生脆性断裂的裂纹是（）裂纹。

A、张开；B、表面；C、内部不均匀；D、闭合。

9、空间飞行器用的材料，既要保证结构的刚度，又要求有较轻的质量，一般情况下使用（）的概念来作为衡量材料弹性性能的指标。

A、杨氏模数；B、切变模数；C、弹性比功；D、比弹性模数。

10、KⅠ的脚标表示I型裂纹，I型裂纹表示（）裂纹。

A、张开型；B、滑开型；C、撕开型；D、组合型。

四、名词解释：

（每题5分，共20分）

1、规定非比例伸长应力与弹性极限

2、韧性断裂与裂纹尖端张开位移

3、变动载荷与疲劳强度

4、静力韧度与疲劳裂纹扩展速率

五、简答题：

（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂和脆性断裂，并画出典型宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。

2、描述典型疲劳断口的特征，画出典型疲劳断口示意图，并标注各区名称。

3、简述缺口的三个效应是什么。

4、应力腐蚀断裂的定义和腐蚀断裂形态是什么。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共　3　页，此页为　B卷第　2　页　

六、综合计算题：

（每题10分，共20分）

{已知平面应变修正公式为：

KⅠ=Yσ（a）1/2/[1-0.056（Yσ/σs）2]1/2,

R0=1/（2.828π）×（KⅠ/σs）2）}

1、有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹[KⅠ=1.1σ（πa）1/2/Φ]，若a=1mm,a/c=0.3（Φ2=1.19），在1000MPa的应力下工作．对下列材料应选哪一种?

σ0.2/MPa

1300

1400

1500

KⅠc/（MPa·m1/2）

75

60

55

2、一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ=σ（πa）1/2]的钢板，受到350MPa垂直于裂纹平面的应力作用。

（1）如果材料的屈服强度是1400MPa，求塑性区尺寸和裂纹顶端应力场强度因子值；

（2）试与第1题相比较，对应力场强度因子进行塑性修正的意义。

班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共　3　页，此页为　B　卷第　3　页　班级　　　　　　　　　　姓名　　　　　　　　　　学号　　　　　　　　　　　　

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

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B卷

2009～2010　学年　第　1　学期

材科专业材料的力学性能课程期末试卷标准答案（即评分标准）

一、填空（每空1分，共10分）

1、外加应力；长度。

2、断裂、屈服、不均匀集中塑性变形。

3、断面收缩率；最大应力下非比例伸长率；断后伸长率。

4、张开型（Ⅰ型）裂纹扩展、撕开型（Ⅲ型）裂纹扩展。

二、判断题：

（在正确的前面划“Ú”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分）

1、（×）；2、（Ú）；3、（Ú）；4、（×）；5、（Ú）

6、（Ú）；7、（×）；8、（×）；9、（×）；10、（×）

三、选择题：

（每题1分，共10分）

1、C；2、A；3、A；4、B；5、A；

6、B；7、C；8、A；9、C；10、A。

四、名词解释：

（每题5分，共20分）

1、规定非比例伸长应力与弹性极限

答：

规定非比例伸长应力，即试验时非比例伸长达到原始标距长度规定的百分比时的应力，表示此应力的符号附以角注说明。

（2.5分）

弹性极限是材料由弹性变形过渡到弹—塑性变形时的应力，应力超过弹性极限以后材料便开始产生塑性变形。

（2.5分）

2、韧性断裂与裂纹尖端张开位移

韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。

（2.5分）裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，称为裂纹尖端张开位移。

（2.5分）

3、变动载荷与疲劳强度

变动载荷是指载荷大小，甚至方向随时间变化的裁荷。

（2.5分）

疲劳强度为在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力，疲劳强度是保证机件疲劳寿命的重要材料性能指标。

（2.5分）

4、静力韧度与疲劳裂纹扩展速率

答：

通常将静拉伸的σ-ε曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能定义为静力韧度，它是派生的力学性能指标。

（2.5分）

疲劳裂纹扩展速率指的是疲劳裂纹亚稳扩展阶段的速率．该阶段是疲劳过程第Ⅱ阶段，是材料整个疲劳寿命的主要组成部分。

（2.5分）

五、简答题：

（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂和脆性断裂，并画出典型宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。

答：

韧性断裂：

①明显宏观塑性变形；②裂纹扩展过程较慢；③断口常呈暗灰色、纤维状。

④塑性较好的金属材料及高分子材料易发生韧断。

（2.5分）

脆性断裂：

①无明显宏观塑性变形；②突然发生，快速断裂；③断口宏观上比较齐平光亮，常