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断裂与疲劳(专升本)判断题1. 力的大小可以用一个简单量表示。
(3分) 参考答案：错误2. “K I = K Ic ”表示K I 与K Ic 是相同的。
(3分) 参考答案：错误(1). 萌生 (2). 参考答案: 扩展 (3). 参考答案: 断裂 (4). 参考答案: 损伤积累4. ___(5)___ 有两种定义或表达式，一是回路积分定义，另一种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定义是___(7)___ ；其___(8)___ 指J 积分的数值与积分回路无关。
(8分) (1). 参考答案: J 积分(2). 参考答案: 形变功率定义(3). 参考答案: 等效的 (4). 守恒性(1). 机械加工程度变形 (2).参考答案: 预制裂纹长度 (3). 参考答案: 小范围屈服长度 (4). 读数显微镜(1). 理论断裂强度 (2). 参考答案: 实际断裂强度 (3). 参考答案: 应力集中系数 (4). 参考答案: 裂口断裂理论问答题7. 什么是低应力脆断？如何理解低应力脆断事故？(12分)参考答案：答：在应力水平较低，甚至低于材料的屈服点应力情况下结构发生的突然断裂，称为低应力脆性断裂，简称低应力脆断。
低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，同时也与材料的韧性有关。
由于应力低，容易“失察”，由于脆性断裂，难于控制即“失控”，低应力脆性断裂事故多为灾难性的。
断裂力学是研究低应力脆断的主要手段，其研究目的也主要是预防低应力脆断。
8. 请解说应力场强度因子断裂理论？(12分) 参考答案：答：1)下标“I”表示I 型（张开型）裂纹 2)“K”表示应力强度因子，是外加应力和裂纹长度的函数 3)“K I ”表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子 4)“K Ic ”表示I 型（张开型）裂纹的断裂韧度，是材料抵抗断裂的一个性能指标5)“K I = K Ic ”是断裂判据，表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子增加到一个临界值即达到材料的断裂韧度时，就发生脆性断裂。
1.在某钢桥连接构件疲劳断口的两个局部区域上，由扫描电镜观察到疲劳辉纹的存在，并测得相应的疲劳辉纹路间距分别为S1=1.5×10-3mm和S2=5.2×10-5mm。
试问该两局部的疲劳裂纹扩展速率如何？（15分）
2.图2所示为碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土三点弯曲梁试件。
在集中载荷P作用下，该加固梁的混凝土部分先后萌生如图2所示的多条裂纹。
试分别给出该梁中各类裂纹问题的断裂力学分析模型。
(20分)
3.已知某导弹壳体是内径D=1500mm，壁厚t=5mm的圆筒形压力容器，沿轴向有一深a=2mm，长2c=8mm的表面裂纹。
(1) 打压时容器在65个大气压力下发生爆破。
材料的屈服强度σs=160Kg/mm2，试求该材料的K1C。
(10分)
(2)若da/dN=1.59×10-9(ΔK)2/3(K的单位为：Kg/mm3/2)，并把容器的一次冲压卸载看作一个脉动循环，当内压力为30个大气压时，求容器的使用寿命。
(15分)
6.试比较混凝土与金属材料的断裂韧性测试方法的不同之处。
(15分)。
总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：填空题11. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。
(5分)(1).参考答案:剪切12. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。
(5分)(1).参考答案:疲劳断裂13. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。
(5分) (1).参考答案:韧性断裂单选题14. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。
由此可见，断裂学是一门综合性的边缘学科，本书将以断裂力学为主，而为了更好理解断裂机理和裂纹扩展，断裂物理的知识也有所涉及。
疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.表面裂纹问题是问题，其形状一般呈，用表示。
（）参考答案:三维半椭圆形半椭圆形2.下列哪个不是影响疲劳性能的因素（）。
参考答案:材料数量3.传统的应力和应变是以变形后的几何尺寸定义的，称为工程应力（S）和工程应变（e）。
参考答案:错误4.下面关于威布尔分布的描述，错误的是（）。
参考答案:威布尔分布函数是三参数模型，不能退化到二参数情况5.下列关于疲劳破坏特征的描述，哪一个是错误的（）。
参考答案:作用应力水平达到或超过极限应力6.J积分通过线积分利用远处的（）和位移场来描述裂纹尖端的力学特性，与积分路径（）。
参考答案:应力场无关7.材料的循环应力—应变响应可以由循环应力幅—应变幅方程和滞回环方程描述循环滞回行为是其与单调加载条件相比的主要不同之处。
参考答案:正确8.断裂力学需要回答的问题有（）。
① 裂纹是如何扩展的；② 剩余强度与裂纹尺寸的关系如何；③ 控制含裂纹结构破坏与否的参量是什么？如何建立破坏（断裂）的判据；④ 裂纹从某初始尺寸扩展到发生破坏的临界裂纹尺寸时，还有多少剩余寿命。
参考答案:①②③④9.当应变再次达到某值时，并且此前在该值处曾发生过应变变化的反向，则应力—应变曲线将形成反向滞回环，这种行为称为记忆特性。
参考答案:正确10.拉伸平均应力会使疲劳裂纹扩展速率da/dN（）,而腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率da/dN会（）。
参考答案:增大，增高11.标准试件的单轴拉伸可分为四个阶段，分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段，最终发生断裂。
参考答案:正确12.关于高载迟滞效应，下列的哪个说法是错误的（）。
参考答案:高载迟滞现象是指在拉伸低载作用后的高载循环中，发生疲劳裂纹扩展速率减缓的现象；13.初始裂纹尺寸相较于材料断裂韧度对裂纹扩展寿命的影响要大得多。
参考答案:正确14.控制疲劳裂纹不发生扩展的条件是【图片】。
参考答案:正确15.J积分和CTOD都是描述裂纹尖端附近区域的弹塑性应力应变场特征的重要参数，它们之间没有必然的联系。
一、填空题1、控制材料或者结构断裂的三个主要因素 裂纹尺寸和形状 、 作用应力 、 材料的断裂韧性 。
2、断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为：张开型（I 型）、滑开型（II 型）和撕开型（III 型） 。
3、金属延性断裂韧性测试方法：单试样法和多试样法。
4、测试材料延性断裂中的单试样法包括柔度法、载荷分离法、电位法。
5、在断裂力学测试中，若应用多试样测试方法，CT 试样或SEB 试样数量至少需要5个；若应用单试样柔度法，国家测试标准推荐的最低试样数为3个。
6、在国家标准中，把 三点弯（SEB ）试样 和 紧凑拉伸（CT ）试样 作为测定K 1C 的标准试样。
7、由于研究的观点和出发点不同，断裂力学分为微观断裂力学和宏观断裂力学。
8、疲劳的分类，按照表征参量可以分为应力疲劳和应变疲劳。
9、疲劳破坏过程按其发展过程可分为四个阶段，包括裂纹成核阶段、微观裂纹扩展阶段 、 宏观裂纹扩展阶段 和 断裂阶段 。
10、材料总的疲劳寿命N 由两部分组成，即裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命。
11、可以表征材料断裂韧性度量的力学量主要有IC K 、IC G 和C 。
12、常用的计算应力强度因子的方法有 积分变换法 、 有限元法 和普遍形式的复变函数法 。
（任意写出三种即可）13、按照破坏循环次数的高低将疲劳分为三类：低周疲劳（102～105）、高周疲劳（105～107）、超高周疲劳（107～1010）。
14、HRR 理论是Hutchinson 、Rice 和Rosengren 应用 J 积分等恒性 以及 材料的硬化规律 确定应力和应变的幂次。
15、在线弹性条件下，J 积分的数值等于 裂纹尖端附近区域的应变能释放率 。
16、钝化线是描述 裂纹试样在钝化过程中J 积分与伸张区宽度 的一条直线。
17、在等幅应变循环加载下，一组低周疲劳试样经过试验可获得各试样的试验数据，为了获得称为 manson-coffin 的疲劳寿命预测模型，可采用的疲劳数据包括 疲劳硬化指数 、 疲劳强度系数 、 疲劳延性指数 。
模拟测试题（一）1 （10分）已知循环最大应力m ax s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。
2 （10分）试用雨流计数法为下述载荷谱计数，并指出各循环的应力变程和均值。
3 （15分）如果工程应变e ＝0.2％，0.5％，1％，2％，5％，试估算工程应力S 与真实应力σ，工程应变e 与真实应变ε之间的差别有多大？4 （15分）某压力容器构件有一个3t K =的缺口，承受名义应力max S ＝500MPa ，min 50S =MPa 的循环载荷作用。
已知材料参数E ＝200GPa ，'1600K =MPa ，'1700f σ=MPa ，'0.125n =，b ＝-0.1，c ＝-0.7，'0.6f ε=。
试估算其寿命。
5 （15分）某材料350ys MPa σ=，用B ＝50mm ，W ＝100mm ，L ＝4W 的标准三点弯曲试样测试断裂韧性，预制裂纹尺寸a ＝53mm 。
由试验得到的P －V 曲线知，断裂载荷54Q P =MPa ，试计算该材料的断裂韧性1C K 并校核其有效性。
6 （15分）某高强度钢拉杆承受拉应力作用，接头处有双侧对称孔边角裂纹a ＝1mm ，c ＝2mm ，孔径d ＝12mm ，W ＝20mm ，接头耳片厚为t ＝10mm 。
若已知材料的断裂韧性为1120C K =MPa ，试估计当工作应力700σ=MPa 时，是否发生断裂。
7 （20分）某大尺寸厚板有一a /c ＝0.2之表面裂纹，受远场拉应力σ作用。
材料的屈服应力为900ys σ=MPa ，断裂韧性1100C K =MPa ，试估计：1）作用应力600σ=MPa 时的临界裂纹深c a 。
2）若a ＝5mm ，求此表面裂纹厚板的临界断裂应力c σ。
《疲劳与断裂》第一次作业习题答案1．依据以下等寿命疲劳图，作该材料在R=-1和R=0时的S a-N曲线。
解：R=-1时图1-1S a-N曲线现取lgS a为纵坐标，lgN为横坐标绘于图中，如图1-2所示则：usx x +=与回归方程Y =A +BX 对比有x Y =，u X =，x A =，sB =求出：7665.3=xx L ，1043.0=yy L ，6043.0=xy L 则9641.01043.07665.36043.0=⨯==yy xx xyL L L r查相关系数的起码值得874.0=αr ，因此，αr r >，满足线性相关。
（2）假定寿命服从威布尔分布)lg(lg lg )(lg )](1[lg lg 001N N b e N N b N F a --+-=--与回归方程Y =A +BX 对比有1)](1[lg lg --=N F Y ，)(lg 0N N X -=)lg(lg lg 0N N b e A a --=，bB =设Nxx L 则r 综数=r （33．某钢构件在图示拉伸应力S 1=400MPa 下作用n 1=2⨯104后应力增至S 2=450MPa ，求该构件的剩余寿命，已知材料的S b =600MPa 。
400450St⋯⋯解：在拉压荷载作用下S f(tension)=0.35S b =0.35×600=210MPa设基本S-N 曲线为CN S =α其中()()314.735.9.0lg 39.0lg 3===k α()()223314.731065.9106009.0109.0⨯=⨯⨯=⨯=αb S C ∴基本S -N 曲线为22314.71065.9⨯=N S （1）在拉伸应力S 1=400MPa 的作用下，S max =400MPa ，S min =0MPa 因此，S a =(S max -S min )÷2=200MPa解得：421041.1⨯=n ，所以该构件剩余寿命为41041.1⨯。
2013年春研究生《工程材料疲劳与断裂》课程试卷一姓名出生日期年月日性别学校住址民族联系电话现学习院系专业/导师本科学校院系入学时间本科学习专业毕业时间是否学习过以下课程材料科学导论断裂与疲劳其它断裂力学基础结构失效计算机等级外语等级1 为什么学习这门课程？和研究课题有什么关系？你同时或稍后还有其它的学习计划吗？2 请解释传统的强度设计概念、一般方法及它的优缺点。
3 你听说或见过有关工程断裂失效的事情吗？请举出一例，并分析它们的力学特点是什么?4 什么是金属材料的脆性断裂，它的核心本质是什么？你能说出与之相关的理论观点、术语吗?5 什么事疲劳？疲劳有哪些特征？你能画出一个简单的循环载荷示意图吗？6 什么是断口分析，在失效分析中断口能提供哪些信息？7 疲劳断口和静载破坏断口有什么不同？8 已知循环最大应力s max =200MPa,最小应力s min =50MPa,计算循环应力变程Δs,应力幅s a ,平均应力s m 和应力比R9 The S-N curve of a material is described by the relationship)/1(10log max σS N -=,where N is the number of cycles to failure, S is theamplitude of the applied cyclic stress, and max σis the monotonic fracture strength ,i.e.,S=max σ at N=1. A rotating component made of this material is subjected to 104 cycles at S=0.5max σ.If the cyclic load is now increased to S=0.75max σ, how many more cycles will the material withstand?10Translation E2CFatigue Crack NucleationFatigue cracks nucleate at singularities or discontinuities in most materials. Discontinuities may be on the surface or in the interior of the material. The singularities can be structural (such as inclusions or second-phase particles) or geometrical (such as scratches or steps). The explanation of preferential nucleation of fatigue cracks at surfaces perhaps resides in the fact that plastic deformation is easier there and that slip steps form on the surface. Slip steps alone can be responsible for initiating cracks, or they can interact with existing structural or geometric defects to produce cracks. Surface singularities may be present from the beginning or may develop during cyclic deformation, as, for example, the formation of intrusions and extrusions at what are called the persistent slip bands (PSBs) in metals. These bands were first observed in copper and nickel by Thompson et al .4 They appeared after cyclic deformation and persisted even after electropolishing. On retesting, slip bands appeared again in the same places. Later, the dislocation structure in the PSBs was investigated extensively. Figure 14.11(a) shows a TEM micrograph of a polycrystalline copper sample that was cycled to a total strain amplitude of 6.4 × 10−4 for 3 × 105 cycles. Fatigue cycling was carried out in reverse bending at room temperature and at a frequency of 17 Hz. The thin foil was taken 73 μm below the surface. Two parallel PSBs (diagonally across the micrograph) embedded in a veined structure in polycrystalline copper can be seen. The PSBs are clearly distinguished and consist of a series of parallel ‘‘hedges” (a ladder). These ladders are channels through which the dislocations move and produce intrusions andextrusions at the surface Figure 14.11(c). Stacking-fault energy and the concomitant ease or difficulty of cross-slip play an important role in the development of the dislocation structure in the PSBs. Kuhlmann-Wilsdorf and Laird have discussed models for the formation of PSBs in metals.5 They compared the deformation substructures produced by unidirectional and cyclic (fatigue) deformation and interpreted them in terms of the differences between the two modes of deformation. The principal differences are as follows:1. Due to the much larger time spans of deformation in fatigue, the dislocation structures formed are much closer to the configurations having minimum energy than the ones generated by monotonic straining. That is, more stable dislocation arrays are observed after fatigue.2. The oft-repeated to-and-fro motion in fatigue minimizes the buildup of surpluses of local Burgers vectors, which are fairly prevalent after unidirectional (monotonic) strain.3. Much higher local dislocation densities are found in fatigued specimens.。
模拟测试题（一）
1 （10分）已知循环最大应力max s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。
2 （10分）试用雨流计数法为下述载荷谱计数，并指出各循环的应力变程和均值。
3 （15分）如果工程应变e ＝0.2％，0.5％，1％，2％，5％，试估算工程应力S 与真实应力σ，工程应变e 与真实应变ε之间的差别有多大？
4 （15分）某压力容器构件有一个3t K =的缺口，承受名义应力max S ＝500MPa ，min 50S =MPa 的循环载荷作用。
已知材料参数E ＝200GPa ，'1600K =MPa ，'
1700f σ=MPa ，'0.125n =，b ＝-0.1，c ＝-0.7，'
0.6f ε=。
试估算其寿命。
5 （15分）某材料350ys MPa σ=，用B ＝50mm ，W ＝100mm ，L ＝4W 的标准三点弯曲试样测试断裂韧性，预制裂纹尺寸a ＝53mm 。
由试验得到的P －V 曲线知，
断裂载荷54Q P
=MPa ，试计算该材料的断裂韧性1C K 并校核其有效性。
6 （15分）某高强度钢拉杆承受拉应力作用，接头处有双侧对称孔边角裂纹a ＝1mm ，c ＝2mm ，孔径d ＝12mm ，W ＝20mm ，接头耳片厚为t ＝10mm 。
若已知材料的断裂韧性为1120C K =MPa ，试估计当工作应力700σ=MPa 时，是否发生断裂。
7 （20分）某大尺寸厚板有一a /c ＝0.2之表面裂纹，受远场拉应力σ作用。
材料的屈服应力为900ys σ=MPa ，断裂韧性1100C K =MPa ，试估计：
1）作用应力600σ=MPa 时的临界裂纹深c a 。
2）若a ＝5mm ，求此表面裂纹厚板的临界断裂应力c σ。
