《材料力學(xué)性能》考試試題

材料力學(xué)性能試題注意事項(xiàng)：1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。2. 請仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。4. 滿分 100 分，考試時(shí)間為 120 分鐘。得分評分人、名詞解釋 （共 20分, 每小題 5分）形變硬化沖擊韌性；切削磨損；缺口效應(yīng)；得分題號一二三四五六七總分統(tǒng)分人得分評分人、計(jì)算題 （共 44分,第 1題 24分，第 2題 20分）1、一直徑為 6mm，標(biāo)距長為 30mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣， 在彈性變形階段，測得拉力 P=6.6kN 時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生 0.24mm 的伸長。求材料的彈性模量；求拉力 P=12kN 時(shí)，試樣受到 的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。 （16 分）該試樣在拉力達(dá)到 25.02kN 時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到 37.24kN后 試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 36.2mm，最小處截面直徑為 5.34mm；求 該材料的屈服極限 s、斷裂極限 b、延伸率和斷面收縮率。 （8 分）2、一大型板件中心有一寬度為 6.4mm的穿透裂紋， 板件受 636Mpa的單向工作應(yīng)力， 經(jīng) 測定其材料的 S=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；問： (20 分)(1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸(2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子的大小(3) 該板件是否能安全工作(4) 該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力得分評分人三、簡述題 （共 20分, 每小題 10分）1磨損過程有哪三個(gè)階段 ?其特點(diǎn)有哪些？2疲勞破壞與靜載破壞有何不同？得分評分人四、作圖題 （共 16 分）已知某材料的 -1 為 760Mpa，b 為 1100Mpa，作出其疲勞圖并在圖中標(biāo)出其應(yīng)力循 環(huán)的安全工作區(qū)，求其應(yīng)力循環(huán)對稱系數(shù)為 r 時(shí)的 r， 并在疲勞圖上標(biāo)出其相應(yīng)的 max、min、m、a，該材料在 max=920Mpa，min=320Mpa 的循環(huán)應(yīng)力 下工作，問是否安全？材料力學(xué)性能試題得分評分人解理斷裂；、名詞解釋 （共 20分, 每小題 5分）高溫蠕變；缺口效應(yīng)；注意事項(xiàng)：1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。2. 請仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。4. 滿分 100 分，考試時(shí)間為 120 分鐘。題號一二三四五六七總分統(tǒng)分人得分應(yīng)力腐蝕；得分評分人、計(jì)算題 （共 42分,第 1題 22分，第 2題 20分）1、一直徑為 10mm，標(biāo)距長為 50mm 的拉伸試樣，在拉力 P=16.30kN 時(shí)，測得其標(biāo)距 伸長為 50.24mm。求試樣此時(shí)的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。 該試樣在拉力達(dá)到 30.66kN 時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到 46.48kN后 試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 58.6mm，最小截面直徑為 6.52mm；求其屈服極限 s、斷裂極限 b、延伸率和斷面收縮率。 （22 分）其 材 料 的 S=930MPa ，（20分）2、 一大 型板件中心有一 寬度 為 8.6mm 的穿透裂紋， K IC=117MPa.m1/2；板件受 850Mpa 的單向工作應(yīng)力，問：(1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸(2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子的大小(3) 該板件是否能安全工作(4) 該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力得分評分人三、簡述題（共20分,第1題10分，第 2題10分） 1疲勞裂紋擴(kuò)展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？ （10 分）2何謂尺寸效應(yīng) ?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對越差 ?（10 分）得分評分人四、作圖題 （共 18 分）某材料的 b 為 990Mpa，其 -1 為 520Mpa，任選作出一種疲勞圖，在圖中標(biāo)明在任 意的 r 條件下的 r 及 max， min，m，a，并標(biāo)明該疲勞圖的應(yīng)力循環(huán)安全工 作區(qū)。材料力學(xué)性能試題答案一、名詞解釋 （共 20分,每小題 5 分）形變硬化指材料在明顯屈服后，隨著塑性變形量的加大，所需應(yīng)力值也須相應(yīng)加大（即材料的外拉力也需增加 ）的現(xiàn)象。表征材料阻礙繼續(xù)塑性變形的能力。沖擊韌性；材料在受到?jīng)_擊載荷的作用下發(fā)生斷裂時(shí)所消耗吸收的能量總和。切削磨損；兩摩擦副一方有硬凸起或接觸面間夾有硬的質(zhì)點(diǎn)， 并在因相對運(yùn)動在另一摩擦 面上產(chǎn)生切削劃痕并導(dǎo)致其物質(zhì)丟失的現(xiàn)象。缺口效應(yīng)；因缺口的存在，改變了缺口根部的應(yīng)力的分布狀態(tài)，出現(xiàn)： 應(yīng)力狀態(tài)變硬 （ 由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力 ） ； 應(yīng)力集中的現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。得分評分人、計(jì)算題 （共 44分,第 1題 24分，第 2題 20分）1、一直徑為 6mm，標(biāo)距長為 30mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣， 在彈性變形階段，測得拉力 P=6.6kN 時(shí)，標(biāo)距產(chǎn)生 0.24mm 的伸長。求材料的彈性模量；求拉力 P=12kN 時(shí)，試樣受到 的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。 (16 分)該試樣在拉力達(dá)到 25.02kN 時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到 37.24kN后 試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 36.2mm，最小處截面直徑為 5.34mm；求 該材料的屈服極限 s、斷裂極限 b、延伸率和斷面收縮率。 (8 分)解： d0=6.0mm, L0= 30mm,P1=6.6kN 時(shí) L1= 0.24mm；P2=12kN 因 P1、P2 均遠(yuǎn)小于材料的屈服拉力 25.02kN，試樣處于彈性變形階段，據(jù) 虎克定律有：P1: P2 =L1:L2 =(L1-L0):(L2-L0)L2=L2-L0=(L1-L0) ×P2/P1=0.24×12/6.6=0.436(mm)2 分L1=L 1+ L1=30.24(mm)L2=L2+L2=30.436(mm) 此時(shí)： F0 =d02/ 4 =28.27 mm2 由： F2 ×L 2=F0×L 0 => F2= F0 ×L0/ L 2=28.27 ×30/ 30.436=27.87 (mm2)2 分 條 件 應(yīng) 力 ： = P/ F0 = 12kN / 28. 27mm2 =424. 48M pa2 分 相對伸長 ：= (L 2-L 0)/ L 0=(30.436-30)/30=0.0145 = 1.45%2 分彈性模量 :E=/=424.48Mp a/ 0. 0145 = 2.92×1010Pa2 分相對收縮： =(F0 F2)/ F0=(28.27 - 27.87) / 28.27= 0.0141=1.41%2 分 真 實(shí) 應(yīng) 力 ： S= P/ F2 = 12kN / 27. 87mm2 =430. 57M pa2 分 真實(shí)應(yīng)變 ：e =ln(L 2/ L 0 )=ln(30.436 / 30)=0.0144=1.44%=- e2 分Lk = 36.2mm,dk = 5.34mm, Fk =dK2/ 4 = 22.40 mm2 屈 服 極 限 ： S = 25 .02 kN / 28 .27 mm 2 = 885. 0M Pa2 分 斷 裂 極 限 ： b = 37. 24kN / 28. 27 mm2 = 1317. 3M pa2 分 延伸率： = (L K-L 0)/ L 0= (36.2-30) /3 0 = 0.207= 20.7%2 分 斷面收縮率 :k=(F 0 -F k)/ F0=(28.27 - 22.40) / 28.27=0.208= 20.8%2 分2、一大型板件中心有一寬度為 6.4mm的穿透裂紋， 板件受 636Mpa的單向工作應(yīng)力， 經(jīng) 測定其材料的 S=760MPa，KIC=96MPa.m1/2；問： (20 分)(1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸(2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子的大小(3) 該板件是否能安全工作(4) 該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力解：a = 0.0064/2=0.0032(m)KI=Y (a + ry)=(a + ry)Y=ry= Ro/2= KI2/ 42s2 聯(lián)立求解得： KI=Ya/ (1-Y22/42s2) =×636×106×0.0032/ ( 1-0.056 ××6362×/ 7602) =×636×106×0.0032/ ( 1-0.056 3×.14 ×(636/ 760)2) =68.08×106=68.08(MPa.M1/2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子： KI= 68.08MPa.m1/2 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸 Ro：Ro=2ry=KI2/22S2=68.082/ 22×7602=0.00160m=1.60mmry =0.80 =0.00080m因 K I=68.08MPa.m1/2< KIC=96MPa.m1/2，故該板件能安全工作； 在該工作條件下，板件中所允許的最大裂紋尺寸 aC： KI=Y (a + ry)=>K IC=Y (aC + ry)=> aC = KIC / Y -ry aC = 962/ (× 6362)- 0.00080 = 0.00726- 0.0008=6.46mm 板件中所允許的最大裂紋尺寸為： 6.46mm× 2 = 12.9mm KI=Y(a + ry)=> K IC=Y C (a + ry) =>C= KIC/ Y(a + ry)C= 96/ (0.0032+ 0.0008)=856.6 MPa此板帶此裂紋所能承受的最大安全工作應(yīng)力為： =856.6 MPa得分評分人三、簡述題 （共 20 分, 每小題 10 分）1磨損過程有哪三個(gè)階段?其特點(diǎn)有哪些？2疲勞破壞與靜載破壞有何不同？得分評分人四、作圖題 (共 16 分)已知某材料的 -1 為 760Mpa，b 為 1100Mpa，作出其疲勞圖并在圖中標(biāo)出其應(yīng)力循環(huán)的安全工作區(qū)，求其應(yīng)力循環(huán)對稱系數(shù)為 r 時(shí)的 r， 并在疲勞圖上標(biāo)出其相應(yīng)的max、min、m、a，該材料在 max=920Mpa，min=320Mpa 的循環(huán)應(yīng)力工作，問是否安全？m=(max + min)/2 =(920+ 320)/2=620(Mpa)a=(max- min)/2 =(920- 320)/2=300(Mpa)圖中位于 D 點(diǎn)，坐標(biāo)為( 620，300)，處于應(yīng)力循環(huán)的安全工作區(qū)，故該應(yīng)力循環(huán)安全材料力學(xué)性能試題答案得分評分人解理斷裂；、名詞解釋 （共 20分, 每小題 5分）注意事項(xiàng)：1. 請考生按要求在試卷裝訂線內(nèi)填寫姓名、學(xué)號和年級專業(yè)。2. 請仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫答案。3. 不要在試卷上亂寫亂畫，不要在裝訂線內(nèi)填寫無關(guān)的內(nèi)容。4. 滿分 100 分，考試時(shí)間為 120 分鐘。題號一二三四五六七總分統(tǒng)分人得分在拉應(yīng)力作用下，將材料沿某特定的晶體學(xué)平面快速分離的穿晶脆性斷裂方式 稱為解理斷裂， 稱該晶體學(xué)平面為解理平面； 在該解理平面上， 常常會出現(xiàn)一些小 臺階，叫解理臺階；這些小臺階有匯聚為大的臺階的傾向，表現(xiàn)為河流狀花樣。高溫蠕變；金屬材料在高溫和持久載荷的共同作用下，出現(xiàn)隨時(shí)間的延長而塑性變形增加的現(xiàn)象。缺口效應(yīng)；因缺口的存在，改變了缺口根部的應(yīng)力的分布狀態(tài)，出現(xiàn)： 應(yīng)力狀態(tài)變硬 （ 由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力 ） ； 應(yīng)力集中的現(xiàn)象稱為缺口效應(yīng)。應(yīng)力腐蝕；得分評分人金屬材料在拉應(yīng)力及特定的化學(xué)介質(zhì)的共同作用下，產(chǎn)生的早期的、低壽命的、低 應(yīng)力脆性疲勞斷裂。、計(jì)算題 （共 42分,第 1題 22分，第 2題 20分）1、一直徑為 10mm，標(biāo)距長為 50mm 的拉伸試樣，在拉力 P=16.30kN 時(shí)，測得其標(biāo)距 伸長為 50.24mm。求試樣此時(shí)的條件應(yīng)力、條件應(yīng)變及真應(yīng)力、真應(yīng)變。 該試樣在拉力達(dá)到 30.66kN 時(shí)，開始發(fā)生明顯的塑性變形；在拉力達(dá)到 46.48kN后 試樣斷裂，測得斷后的拉伸試樣的標(biāo)距為 58.6mm，最小截面直徑為 6.52mm；求其 屈服極限 s、斷裂極限 b、延伸率和斷面收縮率。 (22 分)2、 一大 型板件中心有一 寬度 為 8.6mm 的穿透裂紋，其材料的 S=930MPa， K IC=117MPa.m1/2；板件受 850Mpa 的單向工作應(yīng)力，問：(1) 該裂紋尖端的塑性屈服區(qū)尺寸(2) 該裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度因子的大小(3)該板件是否能安全工作(4)該板帶有此裂紋安全工作所能承受的最大應(yīng)力（20分）得分評分人三、簡述題 (共 20分,第 1題 10分，第 2題 10分)1疲勞裂紋擴(kuò)展各階段在斷口上有何特征表現(xiàn)？ （10 分）?（10分）得分評分人四、作圖題 （共 18 分）2何謂尺寸效應(yīng) ?為什么尺寸越大的構(gòu)件其性能相對越差 某材料的 b 為 990Mpa，其 -1 為 520Mpa，任選作出一種疲勞圖，在圖中標(biāo)明在任 意的 r 條件下的 r 及 max， min，m，a，并標(biāo)明該疲勞圖的應(yīng)力循環(huán)安全工 作區(qū)。