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工业用钢三、复习思考题（一）解释名词合金元素与杂质元素、回火稳定性与二次硬化、固溶处理、回火脆性、红硬性。
合金元素:在Fe-C合金中加入一些其它的金属或非金属元素形成合金锄，入的元素称为合金元素。
回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。
二次硬化：淬火钢在00〜60J C温度范围回火时，硬度升高的现象，原因是从淬火马氏体中析出与马氏体共格的高度弥散的碳化物回火时从残余奥氏体中析出碳化物降低残余奥氏体中碳和合金元素的含量。
固溶处理：在较高温度下加热金属，然后迅速冷却，获得单相组织的热处理工艺。
回火脆性：淬火钢在某一温度范围回火时，冲击韧性剧烈下降的现象。
红硬性：材料在较高温度下保持高的硬度的特性。
（二）填空题1.按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金钢＜5%），（中合金钢5%-10%）和（高合金钢＞10% ）三类（分别写出合金元素含量范围）。
2.合金元素中，碳化物形成元素有（Cr,W,Ti,Nb,V,Mn ）。
3.使奥氏体稳定化的元素有（Ni,Mn,C,N,Co,Cu ）。
4.促进晶粒长大的合金元素有（Mn,P ）。
5.除（Co ）和（Al ）外，几乎所有的合金元素都使M s、M f点（降低），因此淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的（A残）增多，使钢的硬度（降低）。
6.热强钢主要包括（珠光体耐热钢）、（马氏体耐热钢）和（奥氏体耐热钢）。
7.合金钢按用途可以分为（合金结构钢）、（工具钢）和（特殊性能钢）三类钢。
8.强烈阻止奥氏体晶粒长大的元素有（Al,Ti,Nb,V ）。
9.除（Co ）外，其它的合金元素都使C曲线向（右）移动，即使钢的临界冷却速度（减小），淬透性（增大）。
10.合金钢中最常用来提高淬透性的合金元素有（Mn,Cr,Ni,Si,B ）五种，其中作用最大的是（B）。
11.一些含有（Cr,Si ）、（Mn ）、（Ni ）元素的合金钢，容易产生回火脆性。
消除第二类回火脆性的方法是（a）（回火后快速冷却）；（b）（选用含Mo,W的钢）。
p u p u 2 2008一、填空题1. 理想流体是指 忽略了粘滞力的流体2. 某变径管两断面的雷诺数之比为 1/4，则其管径之比为 4/13. 绝对压强是以没有气体分子存在的 当地大气压 Pa 为基准算起的压强。
4. 流线上各质点的 流速 都与该线相切。
5. 均匀流动中沿程水头损失于切应力成 正比 关系6. 沿程直径不变，流量也不变的管道称为 均匀管。
7. 孔口自由出流和淹没出流的计算公式相同，各项系数相同，但 H 代表意义 不同。
8. 均匀流是流体中质点的 位变 加速度为零的流动。
9 石油输送管路的模型试验，要实现动力相似，应选用相似准则是 Fr 弗罗特准则10. 明渠水流模型试验，长度比尺为 4，模型流速为 2m/s 时，则原型中的流速为 0.5m/s二．简答题11. 文字描述牛顿内摩擦定律。
du 答：流体的内摩擦力与其速度梯度成正比，与液层的接触面积 A 成正比，与流体的性质dy有关 ，而与接触面积的压力无关 即 F =A du。
dy12 写出理想元流的伯努利方程，并说明其物理意义和使用条件。
2答： z + + 2g= cp其中 z 表示单位重量流体所具有的位能。
表示单位重量流体所具有的压强势能u表示单位重量流体所具有的动能，， z +2gp表示单位重量流体所具有的总势能2z + + 2g表示单位重量流体所具有的机械能。
13. 简述明渠均匀流发生的条件和特征。
答：明渠均匀流发生的条件：明渠均匀流只能出现在底坡不变，断面形状，尺寸，壁面粗糙系数都不变的长直顺坡渠道中。
明渠均匀流的流线是相互平行的直线，因此具有以下特征：（1） 过水断面的形状，尺寸及水深沿程不变。
（2） 过水断面上的流速分布，断面平均流速沿程不变。
（3） 总水头线、水面线及渠底线相互平行。
所以，总水头线坡度（水力坡度）J ，水面线坡度（测压管水头线坡度）J p 和渠道底坡 i 彼此相等，即 J= J p =i 。
一、填空题：请将正确答案写在划线内 每空1分，计16分 ⒈ 工程构件正常工作的条件是 ――――――――――――、、――――――――――――、―――――――――――――。
⒉ 工程上将延伸律------- δ的材料称为脆性材料。
⒊ 矩形截面梁横截面上最大剪应力max τ出现在―――――――――――各点，其值=τmax -------------。
4．平面弯曲梁的q 、F s 、M 微分关系的表达式分别为--------------、、-------------、、 ----------------。
5．四个常用的古典强度理论的表达式分别为―――――――――――――――――、―――――――――――――――――――――、 ――――――――――――――、―――――――――――――――――――――――――――――――――。
6．用主应力表示的广义虎克定律为 ――――――――――――――――――――― ；――――――――――――――――――――――；－―――――――――――――――――――――――。
二、单项选择题⒈ 没有明显屈服平台的塑性材料，其破坏应力取材料的――――――――――――。
⑴ 比例极限p σ； ⑵ 名义屈服极限2.0σ； ⑶ 强度极限b σ； ⑷ 根据需要确定。
２． 矩形截面的核心形状为----------------------------------------------。
⑴ 矩形； ⑵ 菱形； ⑶ 正方形； ⑷三角形。
3． 杆件的刚度是指――――――――――――――－。
⑴ 杆件的软硬程度； ⑵ 杆件的承载能力； ⑶ 杆件对弯曲变形的抵抗能力； ⑷ 杆件对弹性变形的抵抗能力；4. 图示二向应力单元体，如剪应力改变方向，则―――――――――――――。
⑴ 主应力的大小和主平面的方位都将改变；⑵ 主应力的大小和主平面的方位都不会改变； ⑶ 主应力的大小不变，主平面的方位改变； ⑷ 主应力的大小改变，主平面的方位不变。
《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社2008第2版第一章单向静拉伸力学性能1.解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，-•般用金屈开始塑性变形前单位体枳吸收的最大弹性变形功衣示。
2.滞弹性：金属材料在弹性范困内快速加载或卸载后，随时间延K产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现彖。
3.循环韧性：金屈材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4.包申格效应：金屈材料经过预先加载产牛•少量塑性变形，卸载厉再同向加载，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。
5.解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（舉性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收刻性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错和遇时，便形成一个高度为b的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶高度足够大时，便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿品断裂，因与人理石断裂类似，故称此种品体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数定脆性断裂。
11.韧脆转变：具冇一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式山原來的韧性断裂变为脆性断裂，这种现彖称为韧脆转变12弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象，称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包扌舌包小格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、说明下列力学性能指标的意义。
答：E弹性模量G切变模量规定残余伸长应力b°.2屈服强度5糾金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n应变硕化指数【P15】3、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和品格类型。
A．疲劳强度越大，构件承受交变载荷的能力越强B．构件的工作应力小于材料的疲劳强度,构件向来不会发生疲劳破坏C．构件的工作应力小于材料的名义疲劳强度，构件向来不会发生疲劳破坏D．采用滚压等工艺可以提高构件的疲劳强度A．反抗弹性变形的能力B．反抗断裂破坏的能力C．反抗局部塑性变形的能力D．反抗冲击载荷的能力A．反抗弹性变形的能力B．反抗断裂破坏的能力C ．反抗局部塑性变形的能力D．反抗冲击载荷的能力A．金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限B．若材料在加热到一定温度、保温，再以不同的速度冷却，能得到不同的组织，则此材料具有热处理性C 焊接性能好的材料在焊接时不易产生裂缝、气孔、夹杂物等缺陷D．在拉伸条件下，金属材料在所承受的应力达到屈服极限时将发生断裂A．压缩强度B．比强度C．扭转强度D．疲劳强度A ．屈服点B．抗拉强度C．弹性极限D．以上答案都对、同时小,材料塑性越好越大,越小，材料塑性越好越大，越小,材料塑性越好与的数值越大，材料塑性越好A．使强度提高,塑性下降B．使强度下降，塑性提高C．使强度和塑性都提高D．使强度和塑性都下降A．前者无相变，后者有相变B．前者有相变，后者无相变C．二者都无相变D．二者都有相变A．按几何特点, 晶体缺陷常分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类B．间隙原子属于点缺陷C．晶界属于面缺陷D．亚晶界属于线缺陷A．随着冷塑性变形程度增大，材料的强度和硬度将会降低B．随着冷塑性变形程度增大，材料的韧性和塑性将会升高C．将金属加热至一定的温度，可以恢复材料的塑性D．退火使材料的硬度、强度升高,塑性降低A．晶体具有固定的熔点并呈各向异性B．碳钢和金刚石属于非晶体C．晶体分为体心立方和面心立方结构D．晶体中的缺陷可以彻底消除A．过冷是金属结晶的必要条件B．金属的冷却速度越大,过冷度就越大C．过冷度越大, 晶粒也就越粗大D．金属的结晶过程就是形核和晶核不断长大A．晶粒越细小, 晶界就越多B．晶粒越细小,金属的强度越高C．晶界越多，金属的强度和硬度就越低D．亚晶界越多，强度就越高A．细化晶粒B．适当范围内增加碳元素的含量C．提高温度D．冷作硬化A．温度B．晶体结构C．应力状态D．以上答案都对A．晶格类型发生了变化B．晶粒细化C．晶格发生了畸变D．以上答案都对A．随着时间的增加，温度持续下降B．冷却曲线温度先降低再升高C．冷却曲线先下降，浮现水平线,然后继续下降D．是关于温度和凝固速率的曲线．A．增加过冷度B．进行变质处理C．附加振动D．减小形核速率,增加长大速率．A ．冷轧钢板的过程中会越轧越硬以致轧不动B ．铁丝弯曲次数越多越费力C ．金属零件或者构件在冲压时，其塑性变形处伴有着强化D ．钢淬火后硬度增加A ．热加工是在再结晶温度以上进行B ．热加工可以提高材料塑性C ．冷、热加工是根据再结晶温度划分D ．冷加工必须在零度以下进行A ．铁素体B ．马氏体C ．奥氏体D ．渗碳体A ．0.0218%B ．0.77％C ．2 。
南京航空航天大学2008年硕士研究生
入学考试试题
试题编号 ：816
考试科目：材料力学
说明：答案一律写在答题纸上。
一、（15分）某试验机有二根相同的立柱和一根中心拉杆组成。
已知立柱的材料为20钢，弹性模量E ＝210GPa ，横截面为外径D ＝160mm ，，内径d ＝140mm 的空心圆环。
中心拉杆为实心圆杆，材料为20Cr 钢，许用应力[σ]＝450MPa ，弹性模量E ＝210GPa 。
试验机设计载荷为F max ＝800kN 。
试：（1）设计中心拉杆的直径d 1。
（2）设立柱的长度为6.5m ，拉杆的计算长度为4m ，计算最大拉力时的试验机上A 、B 两点的相对位移（上下横梁的变形不计，立柱的稳定问题不考虑）。
（答案：d 1＝0.0476mm,可取48mm ；Δl AB ＝0.0111m ＝11.1mm ）。
二、（15分）作图示结构的剪力图和弯矩图。
题一图 题二图
三、（15分）图示为矩形截面梁，h ＝2b ＝100mm ，a ＝1m ，材料弹性模量E ＝200GPa ，许用
应力[σ]＝180MPa ，测得跨中截面C 底部纵向线应变为ε＝600×10－6，求：（1）作梁的剪
力图和弯矩图；（2）载荷q 的值；（3）校核梁的强度。
题三图
（答案：m kN q /67.6=，Pa 6max 10160⨯=σ＜[σ]）
四、（15分）为了监测受扭空心圆杆的扭矩大小，在圆杆内表面沿45°方向粘贴应变片，已知材料为45钢，切变模量G ＝80GPa ，泊松比μ＝0.3。
杆件外径D ＝100mm ，内径d ＝80mm ，
材料的许用切应力为[τ]＝100MPa ，今测得应变片的应变读数为590×10－6，试问：（1）杆
件承受的扭矩有多大？（2）材料强度是否足够？
（答案：Nm T M e 6832==，MPa 118max =τ>[τ] 强度不够）
五、（15分）木制的构件中的某一微元应力如图所示，图中所示的角度为木纹方向与铅垂方向的夹角。
试求：（1）面内平行于木纹方向的剪应力；（2）垂直木纹方向的正应力；（3）该点的三个主应力和最大剪应力。
（答案：MPa 615=-τ，MPa 4.3815-=-σ，01=σ，MPa 162-=σ，MPa 403-=σ，MPa 20max =τ）
题四图 题五图
六、（15分）直径D ＝100mm 的圆杆，自由端有集中力F P 和集中力偶M 作用，测得沿母线
1方向的线应变ε1＝5×10－4，沿与母线方向成45°的2方向的线应变ε2＝3×10－4，圆杆材
料弹性模量E ＝200GPa ，泊松比μ＝0.3，许用应力[σ]＝150MPa ，设圆杆变形在弹性范围内，试求：（1）集中力F P 和集中力偶M 的大小；（2）用单元体表示危险点的应力状态；（3）用第三强度理论校核该杆的强度。
（答案：kN F p 785=，m kN M ⋅=73.3，MPa r 1073=σ<[σ] 安全）
七、（15分）图示等截面折杆，其横截面的直径为d ，在C 点受到水平方向y 运动的物体冲击，已知物体的重量F W ，速度υ，折杆的长度l ，弹性模量E 和G ＝0.4E 。
试求动荷系数及折杆危险点的第三理论相当应力。
（答案：43
39Ed l F w st =∆，g l F Ed g K w st d 32423683υπυ=∆=，gl
EF d w r υσ3.23=） 题六图 题七图
八、（15分）杆1、2均为圆截面直杆，直径相同，d ＝40mm ；且材料相同，弹性模量E ＝210GPa ，σp ＝280MPa ，σs ＝350MPa ，a ＝461 MPa ，b ＝2.568 MPa ，材料的许用应力[σ]＝180MPa ，规定稳定安全系数n st ＝2，试求许可载荷[F p ]。
（答案：kN F p 1.1131=：杆,kN F p 2.752=：杆,[]
kN F p 2.75＝）
题八图
九、（15分）图示简支梁AB 受集中力F 作用，AD 和BE 段弯曲刚度为EI ，DE 段的弯曲刚度为2EI 。
试用能量法求中间截面C 处的垂直位移。
（答案：()↓=EI
Fa c 433δ） 题九图
十、（15分）图示超静定结构受力F 作用，杆件AB 、AC 和AD 的拉压刚度均为EA ，长度均为L 。
试用力法正则方程求杆件AB 的内力。
（答案：EA L 411=δ,EA FL F 31-=∆,F X F 4
31111=∆-=δ,即杆件AB 的内力F F N 43=，拉力） 题十图
2008年南京航空航天大学材料力学答案
一、（15分）
m d 047.0001778
.041=⨯≥π （7分）
可取48mm
mm m 1.11011.000842.000263.0==+= （8分）
二、（15分）
qa F qa
F RB RA 3== （3分） （剪力图和弯矩图各6分）
三、（15分） （剪力图2分、弯矩图3分）
qa F qa F RB RA 42== （2分）
m kN a EW q /67.66
131.005.0106001020023222
492=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ε（3分） kNm qa M 33.13167.62222max =⨯⨯== （2分） Pa W M z 623max max 101601
.005.061033.13⨯=⨯⨯⨯==σ<[σ] 满足强度要求 （3分） 四、（15分）
45°方向正应力σ与0°方向的切应力τ相等：τσσ=-=- 4545 （3分） 由广义胡克定律
E
E τμμσσε)1(454545+=-=- ； 由E 、G 、μ的关系)1(2μ+=
E G ； 所以6694545104.94105901080221⨯=⨯⨯⨯⨯==+=- εεμ
τG E （4分） 因为p p I T ρτ=，所以Nm I T M P p e 683208
.01079.5104.9466-⨯⨯⨯===ρτ（4分） 圆杆外表面应力为MPa d D 1184.9480
100max =⨯==ττ>[τ] 所以材料强度不够（4分） 五、（15分）
（1）平行于木纹方向的切应力：（5分）
（2）垂直于木纹方向的正应力：（5分）
（3）三个主应力和最大剪应力：（5分）
六、（15分）
（1）轴向应力：MPa E 1001==εσ；集中力：kN A F p 785==σ （3分） 45方向的正应力：τσσ 245=
得出：切应力MPa 19=τ
集中力偶：m kN D W M t ⋅===73.3163
τπτ （5分）
（2）应力单元体 （3分）
（3）相当应力：MPa r 1074223=+=τσσ<[σ] 该杆安全。
（4分）
七、（15分）
43
434339336864)4532(Ed
l F Ed l F d E l F W W W ==+=ππ （5分） g
l F Ed g K W st d 3242
3683υπυ=∆= （5分） gl EF d gl EF d g
l F Ed d l F W W W W υπυυππ3.218433236832323243
=== （5分） 八、（15分） p p
F F F F 3221== （2分）
由杆1： []kN d F p 1.1138
)1040(1018082362=⨯⨯=≤-ππσ （3分） 由杆2：
8621==p
E σπλ；2.432=-=b a s σλ；10041=⨯==d i l μλ。
（4分） λ>1λ 用欧拉公式
kN d E F cr 45.260100410210)1040(42
92332222=⨯⨯⨯⨯=⨯=-ππλπ （3分） st cr n F F ≥22； st
cr p n F F F 223≤= kN n F F st cr p 2.753245.26032
==≤。
（3分）
九、（15分）
F R R B A 2
1=
=（↑） （2分） )20(2121a x x M Fx M ≤≤== （6分） EI Fa dx EI M M dx EI M M a a a C 4322302=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=⎰⎰δ（↓） （7分） 十、（15分）
01111=∆+p X δ （4分） EA L EA L EA L EA L 4211=++=
δ （4分） EA
FL EA FL EA FL p 321-=--=∆ （4分） F X p
4
31111=∆-=δ；即杆件AB 的内力F F N 43=（拉力）（3分）。
