材料力学性能考试试题

《材料力学性能》考试试题:一、名词解释：解理断裂；冷脆转变；磨粒磨损；应力腐蚀；高温蠕变；二、一直径为10mm，标距长为50mm的拉伸试样，在拉力P=30kN时，测得其标距伸长为52.872mm。求材料的弹性模量。和试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。该试样曾在拉力达到35.76kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到63.36kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为58.4mm，最小处截面直径为7.16mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。三、一大型板件中心有一宽度为7.8mm的穿透裂纹，其材料的σS=1060MPa，KIC=114MPa.M1/2；板件受920Mpa的单向工作应力，问：(1)该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2)该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3)该板件是否能安全工作(4)在该应力下工作该板所允许的最大裂纹尺寸(5)该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力四、简述题：1．什么是低周疲劳？有何特点？2．陶瓷材料性能的主要特点？五、某材料的σ-1为600Mpa，σb为750Mpa，作图求其应力循环对称系数为r时的σr，并在疲劳图上标出其相应的σmax、σmin、σm、σa《材料力学性能》试卷答案：一、名词解释：解理断裂：指材料断裂时裂纹沿某特定的晶体学平面扩展而产生的脆性穿晶断裂方式。冷脆转变：指金属材料在低于某温度后韧性大幅度下降的现象。磨粒磨损：两摩擦副一方有硬凸起或接触面间夹有硬的质点，并在因相对运动在另一摩擦面上产生切削划痕并导致其物质丢失的现象。应力腐蚀：金属材料在拉应力及特定的化学介质的共同作用下，产生的早期的、低寿命的、低应力脆性疲劳断裂。高温蠕变：金属材料在高温和持久载荷的共同作用下，所产生的随时间的增加而增加的塑性变形。二、一直径为10mm，标距长为50mm的拉伸试样，在拉力P=30kN时，测得其标距伸长为52.872mm。求材料的弹性模量，和试样此时的条件应力、条件应变及真应力、真应变。该试样曾在拉力达到35.76kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到63.36kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为58.4mm，最小处截面直径为7.16mm；求其屈服极限σs、断裂极限σb、延伸率和断面收缩率。解：d0=10.0mm,F0=πd02/4=78.54mm2L0=50mm,L1=52.872mmLk=58.4mm,dk=7.16mm,Fk=πdK2/4=40.26mm2由：F1×L1=F0×L0=F1=F0×L0/L1=78.54×50/52.872=74.27(mm2)条件应力：σ=P/F0=30kN/78.54mm2=381.97MPa真实应力：S=P/F1=30kN/74.27mm2=403.93Mpa相对伸长：ε=(L1-L0)/L0=(52.872-50)/50=0.0574=5.74%相对收缩：ψ=(F0-F1)/F0=(78.54-74.27)/78.54=0.0544=5.44%真实应变：e=ln(L1/L0)=ln(52.872/50)=0.0559=5.59%=-ψe弹性模量：σ=Eε=E=σ/ε=381.97MPa/5.74%=6.83×103MPa屈服极限：σS=35.76kN/78.54mm2=455.3MPa断裂极限：σb=63.36kN/78.54mm2=806.7Mpa延伸率：δ=(LK-L0)/L0=(58.4-50)/50=0.168=16.8%断面收缩率:ψk=(F0-Fk)/F0=(78.54-40.26)/78.54=0.487=48.7%三、一大型板件中心有一宽度为7.8mm的穿透裂纹，其材料的σS=1060MPa，KIC=114MPa.m1/2；板件受920Mpa的单向工作应力，问：(1)该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸(2)该裂纹尖端的应力场强度因子的大小(3)该板件是否能安全工作(4)在该应力下工作该板所允许的最大裂纹尺寸(5)该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力解：a=0.0078m/2=0.0039mKI=Yσ√(a+ry)Y=√πry=Ro/2=KI2/4√2πσS2联立求解得：KI=Yσ√a/√(1-Y2σ2/4√2πσS2)=√π×920×106×√0.0039/√(1-π×9202×/4√2π×10602)=109.38MPa.m1/2该裂纹尖端的应力场强度因子：KI=109.38MPa.m1/2该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸Ro：Ro=2ry=KI2/2√2πσS2=109.382/2√2π×10602=0.0012m=1.2mmry=0.60mm=0.0006m因KI=109.38MPa.m1/2KIC=114MPa.m1/2故该板件能安全工作；在该工作条件下，板件中所允许的最大裂纹尺寸aC：KI=Yσ√(a+ry)=KIC=Yσ√(aC+ry)=aC=KIC2/Y2σ2-ryaC=1142/(π×9202)-0.00060=0.00428m=4.29mm板件中所允许的最大裂纹尺寸为：2×4.29mm=8.58mmKI=Yσ√(a+ry)=KIC=YσC√(a+ry)=σC=KIC/Y√(a+ry)σC=114/√π√(0.0039+0.0006)=958.8MPa板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力为：958.8MPa四、简述题：1．什么是低周疲劳？有何特点？定义：特指材料在较高的循环应力作用下导致的低寿命的疲劳破坏。特点：1)循环周次低(寿命低)；2)其工作应力值σmax较高，表现为应变循环破坏；不再适用σ~N曲线来描述材料的抗疲劳性能，以Δεp~N曲线来描述材料的抗疲劳性能；3)低周疲劳因应力较高，常有不止一个疲劳源；4)低周疲劳断口疲劳线间距较宽，数目较少；2．陶瓷材料性能的主要特点？陶瓷材料具有：高的高温强度、红硬性、蠕变强度，高熔点，高温下不氧化；高的硬度、抗压强度、弹性模量、耐磨性，较高的抗疲劳性能；高的耐腐蚀性、抗熔融金属侵蚀性；低的塑性、低的冲击韧性和低的断裂韧性。五、某材料的σ-1为600Mpa，σb为750Mpa，作图求其应力循环对称系数为r时的σr，并在疲劳图上标出其相应的σmax、σmin、σm、σa解：疲劳图1：疲劳图2