材料力学性能期末试卷

中原工学院材料与化工学院材料性能学《材控专业课后习题》第一章材料在单向拉伸时的力学性能1-1名词解释1.弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。

2.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

其来源于金属材料中的位错运动所受阻力的变化。

可通过热处理（再结晶退火）消除。

3.塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力4.韧性：材料变形时吸收变形力的能力5.脆性断裂(弹性断裂)：材料断裂前不发生塑性变形，而裂纹的扩展速度往往很快。

断口呈现与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，为放射状或结晶状。

6.韧性断裂（延性断裂或者塑性断裂）：材料断裂前及断裂过程中产生明显塑性变形的断裂过程。

断口呈现暗灰色、纤维状。

7.剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成断裂。

断口呈现锋利的楔形或微孔聚集型，即出现大量韧窝。

8.河流花样：解理裂缝相交处会形成台阶，呈现出形似地球上的河流状形貌9.解理台阶：解理裂纹的扩展往往是沿晶面指数相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面进行的。

不同高度的解理面存在台阶。

10.韧窝：通过孔洞形核、长大和连接而导致韧性断裂的断口1-3材料的弹性模数主要取决于什么因素？答：影响弹性模数的因素：键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间1-4决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？答：1、晶体结构：屈服是位错运动，因此单晶体理论屈服强度＝临界切应力2、晶界和亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多，常温时材料的屈服强度增加。

晶粒越细小，亚结构越多，位错运动受阻越多，屈服强度越大。

3、溶质元素：由于溶质原子与溶剂原子直径不同，在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，其与位错应力场相互作用，使位错运动受阻，增大屈服强度。

固溶强化、柯氏气团强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化4、第二相：弥散分布的均匀细小的第二相有利于提高屈服强度5、环境因素对屈服强度的影响1）温度的影响:温度升高，屈服强度降低，但变化趋势因不同晶格类型而异。

材料力学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料力学中，下列哪一项不是材料的基本力学性质？A. 弹性B. 塑性C. 韧性D. 导电性答案：D2. 根据胡克定律，当材料受到正应力时，其应变与应力成正比，比例系数称为：A. 杨氏模量B. 剪切模量C. 泊松比D. 屈服强度答案：A3. 在材料力学中，材料的屈服强度是指：A. 材料开始发生塑性变形的应力B. 材料发生断裂的应力C. 材料发生弹性变形的应力D. 材料发生脆性断裂的应力答案：A4. 材料的疲劳寿命与下列哪一项无关？A. 材料的疲劳极限B. 应力循环次数C. 材料的弹性模量D. 应力循环的幅度答案：C5. 在材料力学中，下列哪一项不是材料的力学性能指标？A. 硬度B. 韧性C. 密度D. 冲击韧性答案：C二、简答题（每题5分，共10分）6. 简述材料力学中弹性模量和剪切模量的区别。

答：弹性模量，也称为杨氏模量，是描述材料在受到正应力作用时，材料的纵向应变与应力成正比的比例系数。

剪切模量，也称为刚度模量，是描述材料在受到剪切应力作用时，材料的剪切应变与剪切应力成正比的比例系数。

7. 什么是材料的疲劳寿命，它与哪些因素有关？答：材料的疲劳寿命是指材料在反复加载和卸载过程中，从开始加载到发生疲劳断裂所需的循环次数。

它与材料的疲劳极限、应力循环的幅度、材料的微观结构和环境因素等有关。

三、计算题（每题15分，共30分）8. 一根直径为20mm的圆杆，材料的杨氏模量为200GPa，当受到100N的拉力时，求圆杆的伸长量。

答：首先计算圆杆的截面积A = π * (d/2)^2 = π * (0.02/2)^2m^2 = 3.14 * 0.01 m^2。

然后根据胡克定律ΔL = F * L / (A * E)，其中 L 为杆长，假设 L = 1m，代入数值得ΔL = 100 * 1 / (3.14* 0.01 * 200 * 10^9) m = 7.96 * 10^-6 m。

一、名词解释包辛格效应、疲劳门槛值、应力腐蚀门槛值、平面应力状态、平面应变状态、蠕变极限、低周疲劳、高周疲劳、滞弹性、弹性比功、冲击韧性、断裂韧性、氢脆、应力腐蚀、粘着磨损、磨粒磨损、微动磨损、蠕变、持久强度、应力松弛、腐蚀疲劳、加工硬化指数二、指出下列力学性能指标的名称，物理意义及单位A K 、K 1、K IC 、K 1SCC 、c a 、E 、σf 、σb 、σ0.2、σys 、σP 、δ、σ-1、th K ∆、C650103σ、ε、ϕ、H B 、HRC 、H V 、G 、G IC 、三、填空题1、低碳钢拉伸试验的过程可以分为 、 和 三个阶段。

2、材料常规力学性能的五大指标为： 、 、、 。

3、陶瓷材料增韧的主要途径有 、 、 、显微结构增韧以及复合增韧六种。

4、常用测定硬度的方法有 、 和 测试法。

1、聚合物的弹性模量对 非常敏感，它的粘弹性表现为滞后环、和 ，这种现象与温度、时间密切有关。

2、影响屈服强度的内在因素有： 、 、 、；外在因素有： 、 、 。

3、缺口对材料的力学性能的影响归结为四个方面： 、、 、 。

4、材料或零件在 和腐蚀介质的共同作用下造成的失效叫腐蚀疲劳。

四、请说明下面公式各符号的名称以及其物理意义 c IC c a Y K /=σ、、n SS A σε= 、n K S ε=、m K c dNda )(∆= 五、简答题 1. 金属疲劳破坏的特点是什么？典型疲劳断口具有什么特征？提高疲劳强度的途径有哪些？2. 和常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点?造成这种差别的原因何在?3. 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。

4. 缺口对材料的性能有哪些影响？为什么缺口冲击韧性被列为材料常规性能的五大指标之一？它和断裂韧性有何关系？5. 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?6. 提高零件的疲劳寿命有哪些方法? 试就每种方法各举一应用实例，并对这种方法具体分析，其在抑制疲劳裂纹的萌生中起有益作用，还是在阻碍疲劳裂纹扩展中有良好的效果?7. 为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义?8. 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。

材料的力学性能课程期末试卷A卷标准答案（即评分标准）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。

答案：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：（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。

07 秋材料力学性能一、填空：（每空1分,总分25分）1. 材料硬度的测定方法有、和。

2. 在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。

3.平均应力越高，疲劳寿命。

4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有 ,中心处切应力为 ,表面处。

5.脆性断裂的两种方式为和。

6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。

8．蠕变断裂全过程大致由、和三个阶段组成。

9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。

10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。

11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和。

二、选择：（每题1分，总分15分）（）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好（）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度a) 高b) 低c) 相等d) 不确定（）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／30c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30（）4.对同一种材料，δ5比δ10a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定（）5. 下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。

a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷（）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7. 下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而它是最危险的一种断裂方式。

a) 撕开型 b) 张开型 c) 滑开型 d) 复合型（）8. 下列哪副图是金属材料沿晶断裂的典型断口形貌a) b) c) d) （）9. 下列哪种材料中的弹性模量最高a) 氧化铝 b) 钢 c) 铝 d) 铜（）10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸（）11．应力腐蚀门槛值正确的符号为a) K ISCC b) ΔK th c) K IC d) CF（）12．σm=0 ， R=-1 表示下列哪种循环应力a) 交变对称循环 b)交变不对称循环c) 脉动循环 d) 波动循环（）13．为提高材料的疲劳寿命可采取如下措施a)引入表面拉应力 b) 引入表面压应力c) 引入内部压应力 d) 引入内部拉应力（）14．工程上产生疲劳断裂时的应力水平一般都比条件屈服强度a) 高 b) 低 c) 一样 d) 不一定（）15．下列曲线中哪种为脆性材料的应力-应变曲线a) b) c) d)三、判断：（每题1 分，总分15分）（）1.材料的力学行为与材料的力学性能是同一概念。

材料级《材料力学性能》考试答案AB贵州大学2007-2008学年第一学期考试试卷 A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，浮现：① 应力状态变硬(由单向拉应力变为三向拉应力)；② 应力集中的现象称为缺口效应。

解理台阶；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，常常会浮现一些小台阶，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。

冷脆转变；当温度T ℃低于某一温度T K 时，金属材料由韧性状态转变为脆性状态，材料的αK 值明显落低的现象。

热疲劳；因工作温度的周期性变化，在构件内部产生交变热应力循环所导致的疲劳断裂，表现为龟裂。

咬合磨损；在摩擦面润滑缺乏时，摩擦面间凸起部分因局部受力较大而咬合变形并密切结合，并产生形变强化作用，其强度、硬度均较高，在随后的相对分离的运动时，因该咬合的部位因结合密切而别能分开，引起其中某一摩擦面上的被咬合部分与其基体分离，咬合吸附于另一摩擦面上，导致该摩擦面的物质颗粒损失所形成的磨损。

二、计算题（共42分,第1题22分，第2题20分）1、向来径为10mm ，标距长为50mm 的标准拉伸试样，在拉力P=10kN 时，测得其标距伸长为50.80mm 。

求拉力P=32kN 时，试样受到的条件应力、条件应变及真应力、真应变。

（14分）该试样在拉力达到55.42kN 时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到67.76kN 后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为57.6mm ，最小处截面直径为8.32mm ；求该材料的屈服极限σs 、断裂极限σb 、延伸率和断面收缩率。

（8分）解： d 0 =10.0mm, L 0 = 50mm,P 1=10kN 时L 1 = 50.80mm ；P 2=32kN因P 1、P 2均远小于材料的屈服拉力55.42kN ，试样处于弹性变形时期，据虎克得分评分人定律有：P1: P2 =⊿L1:⊿L2 =（L1-L0）:（L2-L0）L2-L0 =(L1-L0)×P2/P1 =0.8 ×32/10 =2.56(mm)=> L2 = 52.56(mm)2 分此刻：F0 =πd02/4 =78.54 mm2由：F2×L2=F0×L0 => F2= F0×L0/L2 =78.54×50/52.56=74.71 (mm2)2 分条件应力：σ= P/F0 =32kN/78.54mm2=407.44Mpa 2分相对伸长：ε= (L2-L0)/L0=(52.56-50)/50= 0.0512 = 5.12% 2分相对收缩：ψ=(F0 –F2)/F0=( 78.54 -74.71)/78.54= 0.0488=4.88%2分真实应力：S=P/F2=32kN/74.71mm2=428.32Mpa 2分真实应变：e =ln(L2/L0)=ln(52.56/50)=0.0499=4.99%= -ψe 2分L k = 57.6mm,d k = 8.32mm, F k =πd K2/4 = 54.37 mm2屈服极限：σS =55.42kN/78.54 mm2 = 705.6MPa 2分断裂极限：σb = 67.76kN/78.54 mm2 = 862.7Mpa 2分延伸率：δ= (L K-L0)/L0= (57.6-50)/50 = 0.152= 15.2% 2分断面收缩率:ψk=(F0-Fk)/F0=(78.54-54.37)/78.54=0.3077= 30.77% 2分2、某大型构件中心有长为4mm的原始裂纹，该构件在频率为50Hz，σMAX=-σMIN =85MPa的周期循环应力下工作，已知该裂纹的扩展速率为：dɑ/dN =C(ΔK )n，其中：n=3，C=2.4×10-16，且知Y=√π，2ɑC=32mm，咨询该构件在此循环应力下能安全工作多长时刻？解：ɑ0 = 4mm/2 = 2mm=0.002m，ɑC=32mm/2 = 0.016m 4分Δσ=σMAX-σMIN=85Mpa-(-85MPa)=170Mpa 2分ΔK = K MAX-K M IN =YσMAX√ɑ- YσMIN√ɑ = Y(σMAX -σMIN)√ɑ= YΔσ√ɑ2分d ɑ/dN= C(ΔK )n => dN=[1/ C(ΔK )n ] d ɑ Nf = ∫0Nf dN =∫ɑ0ɑc [1/ C(ΔK )n ] d ɑ=∫ɑ0ɑc [1/ C(Y Δσ√ɑ)n ]d ɑ= ∫ɑ0ɑc [1/(2.4×10-16 ×π3/2 ×1703 ×ɑ3/2)]d ɑ = 1016/(2.4×3.143/2×1703)∫ɑ0ɑc[1/ɑ3/2] d ɑ=1.523×108×[ (-1)/(3/2-1)] [1/ɑC 1/2 -1/ɑ01/2]=1. 523×108×2(1/0.0021/2-1/0.0161/2) =1.523×108×2×(22.36-7.91) = 4.406×109 (次)10分工作时刻：T=4.406×109/50(Hz)=8.81×107(s) = 8.81×107/3600 (hr) =24479.5hr 2分结论：在该应力条件下，该构件大约可工作24480小时。

《材料力学性能》期末试卷试卷审核人：考试时间：注意事项：１.本试卷适用于材料类学生使用。

２.本试卷共5页，满分100分。

答题时间90分钟。

班级：姓名：学号：一、名词解释（具体要求。

本大题共5道小题，每小题5分，共25分）1．包申格效应：2．静力韧度：3．低温脆性：4．缺口敏感度：5．应力腐蚀：二、选择题（具体要求。

本大题共5道小题，每小Array题3分，共15分）～1.比例试样的尺寸越短，其断后伸长率会（）a）越高；b）越低；c）不变；d）无规律2.在单向拉伸、扭转与单向压缩实验中，应力状态系数的变化规律是（）a)单向拉伸＞扭转＞单向压缩； b）单向拉伸＞单向压缩＞扭转；c）单向压缩＞扭转＞单向拉伸；d）扭转＞单向拉伸＞单向压缩；3.当应变速率在（）内，金属力学性能没有明显变化，可按静载荷处理。

a)10-4～10-2s-1；b）10-2～10-1 s-1；c）10-6～106 s-1；d）无规律4.在缺口试样的冲击实验中，缺口越尖锐，试样的冲击韧性（）a)越大；b）越小；c）不变；d）无规律5.材料的断裂韧度K随板厚或构件截面尺寸的增加而（）ICa)减少；b）增加；c）不变；d）无规律二、简答题（具体要求。

本大题共4道小题，每小Array题10分，共40分）1.试叙述脆性断裂和韧性断裂的区别。

2.与拉伸试验相比，扭转试验有什么特点？3.今有如下零件和材料需测定硬度，试说明选用何种硬度试验方法为宜。

（1）灰铸铁；（2）渗碳层的硬度分布；（3）高速钢刀具（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体（5）龙门刨床导轨4.光滑试样拉伸和缺口缺口试样拉伸，那种试验方法测得的t高？k 为什么？三、计算题（具体要求。

本大题共2道小题，每小题10分，共20分）1.有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIC=115 MPa·m1/2,探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900 MPa下工作，试计算K1及塑性区宽度R，并判断该件是否安全。

中原工学院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“”，错误的前面划“X” ；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()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。

()&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。