《材料力學(xué)性能》考試試題(總19頁)

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，考試時間為120分鐘。題 號一二三四五六七總 分統(tǒng)分人得 分得 分評分人一、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 分評分人二、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，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，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，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，考試時間為120分鐘。題 號一二三四五六七總 分統(tǒng)分人得 分得 分評分人一、名詞解釋（共20分,每小題5分）解理斷裂；高溫蠕變；缺口效應(yīng)；應(yīng)力腐蝕；得 分評分人二、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，測得其標(biāo)距伸長為50.24mm。求試樣此時的條件應(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，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，KIC=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)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 分評分人二、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，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，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，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=0.2412/6.6=0.436(mm) 2 分L1=L1+L1=30.24(mm)L2=L2+L2=30.436(mm)此時：F0 =d02/4 =28.27 mm2由：F2L2=F0L0 => F2= F0L0/L2=28.2730/30.436=27.87 (mm2)2 分條件應(yīng)力：= P/F0 =12kN/28.27mm2 =424.48Mpa2分相對伸長：= (L2-L0)/ L0=(30.436-30)/30= 0.0145 = 1.45%2分彈性模量:E=/=424.48Mpa/ 0.0145 = 2.921010Pa 2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 =430.57Mpa2分真實(shí)應(yīng)變：e =ln(L2/L0)=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 =25.02kN/28.27 mm2 = 885.0MPa2分?jǐn)嗔褬O限：b = 37.24kN/28.27 mm2 = 1317.3Mpa2分延伸率： = (LK-L0)/ L0= (36.2-30)/30 = 0.207= 20.7%2分?jǐn)嗝媸湛s率:k=(F0-Fk)/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)=6361060.0032/(1-0.0566362/7602)=6361060.0032/(1-0.0563.14(636/760)2)=68.08106=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=68.082/227602=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)=>KIC=Y(aC + ry)=> aC = KIC2/ Y22-ryaC = 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 = 12.9mmKI=Y(a + ry)=> KIC=YC(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？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，考試時間為120分鐘。題 號一二三四五六七總 分統(tǒng)分人得 分得 分評分人一、名詞解釋（共20分,每小題5分）解理斷裂；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；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。得 分評分人二、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，測得其標(biāo)距伸長為50.24mm。求試樣此時的條件應(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，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，KIC=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)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)。