10111材料力学性能期末试卷

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） 中 原 工 学 院

2010～2011 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______________、__________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__________、______________和____________三个阶段。

3、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______________、______________和______________三类。

二、判断题：（在正确的前面划“”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分）

（ ）1、磨损的三个阶段中均能观察到摩擦以及弹性变形现象，最后发生疲劳韧脆性断裂。

（ ）2、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；反之，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。

（ ）3、断裂δ判据是裂纹开始扩展的断裂判据，按这种判据设计构件是偏于保守的；与此对比，按照裂纹失稳扩展的断裂判据设计是危险的。

（ ）4、测量陶瓷的冲击吸收功时，一般采用夏比U型缺口试样，很少采用X型、无缺口以及C型冲击试样。

（ ）5、应力腐蚀断裂速度，大于没有应力时的腐蚀速度，小于没有腐蚀时单纯力学因素引起的断裂速度。 （ ）6、在材料科学理论研究中，真应力与真应变具有更重要的意义。但在工程设计和材料选用中，一般以工程应力、工程应变为依据；

（ ）7、同一材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是相同的，与所采用的测试仪器无关。

（ ）8、缺口使塑性材料得到“强化”，但不可以把“缺口强化”看作是强化材料的一种手段，强化材料需要采用其他手段。

（ ）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，是属于高温压缩的力学性能指标。

三、选择题：（每题1分，共10分）

1、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。

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

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、不稳定磨损阶段；D、轻微磨损阶段。

4、在拉伸过程中，在理论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、韧度是指材料断裂前吸收（ ）的能力，是一个力学性能指标。

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、蠕变是缓慢产生（ ）直至断裂的现象，它是材料的高温力学性能，。

A、弹性变形； B、塑性变形； C、磨损； D、疲劳。 A卷 重修标识

班级 姓名 学号

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本试卷共 3 页，此页为 A 卷第 2 页 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、成分均匀的光滑试样；B、均匀组织；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、对于既要保证结构的刚度，又要求有较轻的质量，例如空间飞行器用的材料，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、KⅢ的脚标表示Ⅲ型裂纹，Ⅲ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、规定残余伸长应力与弹性极限

2、脆性断裂与裂纹尖端张开位移

3、变动载荷与疲劳裂纹扩展门槛值

4、热震损伤与与低应力脆断

五、简答题：（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂特征，画出杯锥状断口形成示意图，并进行标注。

2、描述金属接触疲劳深层剥落破坏机理，并画出深层剥落过程示意图。

3、说明下列力学性能指标的意义：

σb , FTE， JⅠc， σ-1， KⅠscc。

4、何谓陶瓷材料的抗热震性，力学性能和热学性能如何在抗热震性中表现？

班级 姓名 学号

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本试卷共 3 页，此页为 A 卷第 3 页 六、综合计算题：（第1题12分，第2题8分，共20分）

{已知平面应变修正公式为：22)/(056.01sYaYK,20)(221sKR

1、有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹[KⅠ=1.1 σ(πa)1/2/Φ]，若a=1mm,a/c=0.3（Φ2=1.19），在1000MPa的应力下工作．（1）根据下表计算B、C两种材料的应力强度因子；（2）简述传统强度理论和断裂K判据，并据此判断对A、B、C三种材料应选哪一种?

A B C

σ0.2/MPa 600 1300 2000

KⅠc/( MPa·m1/2) 110 75 55

2．有一材料E＝2×1011N/m2，γs＝8N/m，试计算在7×107N/m2的拉力作用下，该材料的临界裂纹长度。并讨论实际断裂强度。

班级 姓名 学号

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本试卷答案共 2 页，此页为第 1 页 中 原 工 学 院

2010～2011 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、裂纹位置、长度。2、断裂、屈服、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形。3、张开型(Ⅰ型)、滑开型(Ⅱ型)、撕开型(Ⅲ型)。

二、判断题：（在正确的前面划“”，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、D ； 2、A ； 3、A； 4、C ； 5、A ；

6、B ； 7、C ； 8、A； 9、D ； 10、C 。

四、名词解释：（每题5分，共20分）

1、规定残余伸长应力与弹性极限

答：规定残余伸长应力，即试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。 （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、脆性断裂与裂纹尖端张开位移

脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不产生塑性变形。（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、变动载荷与疲劳裂纹扩展门槛值

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）

疲劳裂纹扩展门槛值是疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围ΔK临界值，它表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能。（2.5分） 4、热震损伤与与低应力脆断

答：在热冲击循环作用下，材料先出现开裂，随之裂纹扩展，导致材料强度降低，最终整体破坏，称为热震损伤。（2.5分）

中、低强度钢的大型机件常常在工作应力并不高，甚至远低于屈服极限的情况下，发生脆性断裂现象，这就是所谓的低应力脆断．大量断裂事例表明，低应力脆断是由于宏观裂纹的存在引起的。（2.5分）

五、简答题：（每题7.5分，共30分）

1、简述韧性断裂特征，画出杯锥状断口形成示意图，并进行标注。

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）

a缩颈导致三向应力, b 微孔形成, c微孔长大, d 微孔连接形成锯齿状, e边缘剪切断裂.

（画图及标注5分）

2、描述金属接触疲劳深层剥落破坏机理，并画出深层剥落过程示意图。

答：初始裂纹常在表面硬化机件的过渡区内产生，因过渡区是弱区，切应力可能高于材料强度而在该处产生裂纹，裂纹形成后先平行于表面扩展，即沿过渡区扩展，而后垂直于表面扩展，最后形成较深的剥落坑。（4.5分）。。

（画图3分） A卷 本试卷答案共 2 页，此页为第 2 页 中 原 工 学 院

2007～2008 学年 第 1 学期

材科 专业 材料性能学 课程期末试卷 标准答案（即评分标准）

3、说明下列力学性能指标的意义。

答：σb 表示静拉伸时抗拉强度（1.5分）； FTE表示韧脆转变温度（1.5分）； JⅠc，表示J积分的临界值，即断裂韧度（1.5分）；σ-1表示对称应力循环疲劳强度（1.5分）； KⅠscc，表示应力腐蚀临界应力场强度因子（1.5分）。

4、何谓陶瓷材料的抗热震性，力学性能和热学性能如何在抗热震性中表现？

答：抗热震性即材料承受温度骤变而不破坏的能力，包括热震断裂和热震损伤两类。（2.5分）它是材料力学性能和热学性能的综合表现，在各种热环境下引起的热应力，以及与之相应的应力强度因子是热震破坏的主要原因，当材料固有的强度不足以抵抗热震温差引起的热应力时，将导致材料瞬时热震断裂（2.5分）；当热应力导致的储存于材料中的应变能足以支付裂纹形核和扩展所需的新增表面能时，裂纹就形成和扩展，随着反复的加热、冷却，裂纹扩展，强度急剧降低，机件局部有可能发生剥落和崩裂，这是热震损伤过程（2.5分）。

六、综合计算题：（第1题12分，第2题8分，共20分）

1、解：（1）B：σ/σs=1000/1300，大于0.6，所以必须进行塑性区修正。