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【2017年整理】广西大学工程材料力学性能考试秘籍
1、 滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。2、 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为 1%~4%） ，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余伸长应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降到零）的现象，称为包申格效应。3、 韧脆转变：金属材料的韧性随温度的降低而降低由韧性断裂向脆性断裂转变的现象。4、 低温脆性：在试验温度低于某一温度 tk 时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。5、 冲击韧度：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。6、 低应力脆断：在屈服应力一下发生的断裂称为低应力脆断。7、 应力场强度因子 KI：I 型裂纹应力场的强弱程度。8、 疲劳极限：当循环应力水平降低到某一临界值时，低应力段变为水平线段，表明试样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，故将对应的应力称为疲劳极限。9、 过载损伤：倘若金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，这就造成了过载损伤。10、 热疲劳：由于环境温度的反复变化引起金属材料的疲劳现象称为热疲劳。11、 应力腐蚀：在拉应力的作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。12、 白点：钢中过饱和的氢随体积膨胀而将金属局部撕裂形成微裂纹，这种微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色，故称为白点。13、 接触疲劳：机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而使材料流失的现象，又称表面疲劳磨损或疲劳磨损。蠕变断裂：材料由于在长时间的恒温恒应力作用下缓慢产生塑性变形而引起的断裂。1、影响屈服强度的有关因素及其机理。答：影响屈服强度的内在因素： 1.金属本性及晶格类型——纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。2.晶粒大小和亚结构——晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，将使屈服强度提高。亚晶界的作用和晶界类似，也阻碍位错的运动。 3.溶质元素——纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度，此即为固溶强化。这主要是由于溶质原子和溶剂原
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弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力弹性极限：即弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力弹性模量：工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力滞弹性：快速加载或者卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能粘弹性：材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为伪弹性：材料在一定温度和外力作用下，金属或者合金将应力诱发马氏体相变，产生大幅度的弹性变形包申格效应：材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力增加；反向加载，规定残余应力降低的现象内耗：非理想弹性下，在变形过程中部分被材料吸收的加载变形功称为材料的内耗塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象应变硬化：塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率而不发生缩颈和断裂的现象韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂的能力韧窝：微孔聚集型断裂，宏观上呈暗灰色、纤维状;
微观上分布大量“韧窝”应力状态软性系数：不同加载条件下材料中最大切应力与正应力的比值剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的比值缺口敏感度：材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向，NSR= σBN /σb硬度：硬度是表征材料软硬程度的一种性能。一般认为硬度是一定体积内材料表面抵抗变形或破裂的能力静力韧度：静拉伸的σ-ε曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能冲击韧度：一次冲断时，冲击功与缺口处截面积的比值。冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。低温脆性：当试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。韧脆转变温度：材料在某一温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。该温度即韧脆转变温度。迟屈服：用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应力下保持一段时间后才屈服的现象。应力场强度因子：反映裂纹尖端应力场强度的参量。断裂韧度：当应力场强度因子增大到一临界值，带裂纹的材料发生断裂，该临界值称为断裂韧性。低应力脆断：在材料存在宏观裂纹时，在应力水平不高，甚至低于屈服极限时材料发生脆性断裂的现象。循环应力：周期性变化的应力。贝文线：疲劳裂纹扩展区留下的海滩状条纹。疲劳条带：略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向垂直，疲劳断裂时留下的微观痕迹。疲劳强度：指定疲劳寿命下，材料能够承受的上限循环应力。过载持久值：材料在高于疲劳强度的一定应力下工作，发生疲劳断裂的应力循环周次。静态疲劳：静载荷作用下，陶瓷承载能力随时间延长而下降，断裂，对应于金属材料中的应力腐蚀和高温蠕变断裂动态疲劳：恒定载荷速率加载，陶瓷承载能力随时间延长而下降，断裂，对应于金属材料中慢应变速率拉伸循环疲劳：循环载荷下的低应力断裂，慢速龟裂扩展热疲劳：机件在由温度循环变化产生的循环热应力及热应变作用下，发生的疲劳。疲劳寿命：机件疲劳失效前的工作时间疲劳裂纹扩展门槛值：代表疲劳裂纹不扩展的ΔKⅠ临界值。 da/dN=0疲劳剩余寿命：初始裂纹长a0扩展到临界长ac所需的循环周次N。热应力：温度变化产生膨胀变形，变形受约束产生的应力。热震性：材料经受急冷急热变化产生的冲击热应力而不失效的能力。热疲劳抗力：通常以一定温度下产生一定尺寸疲劳裂纹的循环次数或在规定循环次数下产生疲劳裂纹的长度来表示。磨损：物体表面相互摩擦时，材料自表面逐渐减少时的过程。粘着磨损：材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拉开而产生的磨损磨粒磨损：摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触间存在硬质粒子时产生的磨损腐蚀磨损：在腐蚀应用环境中摩擦表面与周围介质发生反应，在表面形成腐蚀产物粘附不牢，摩擦中被剥落下来，新的表面又进一步发生反应，产生磨损。接触疲劳磨损：两接触材料作滚动或者滚动滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使得材料表面疲劳磨损，局部区域出现小片或者小块状材料剥落，产生的磨损氧化磨损：滑动时，空气或润滑剂中的氧扩散到变形层内形成氧化膜，遇到突起剥落，新的表面又被氧化电化学磨损：在化工设备中工作的摩擦副，由于金属表面与导电电介质溶液如酸碱盐等介质作用而形成的腐蚀磨损接触疲劳：两材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使得材料表面疲劳磨损，局部区域出现小片或者小块材料剥落而产生的疲劳。线性磨损量：试样表面法向尺寸每次实验前后的变化量质量磨损量：精密分析天平称量试样每次实验前后的质量变化确定的磨损量蠕变:金属在恒温、恒载荷下缓慢产生塑性变形的现象。蠕变极限：金属材料在高温长期载荷作用下对塑性变形抗力指标。持久强度：在规定温度下，达到规定实验时间而不发生断裂的应力值。应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减少的现象。电化学腐蚀：金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。缝隙腐蚀：金属部件在腐蚀介质中，结合部位的缝隙内腐蚀加剧的现象。电偶腐蚀：异种金属在同一种介质中，由于腐蚀电位不同而产生电偶电流的流动使电极电位较低的金属溶解增加造成的局部腐蚀。钝化：电化学腐蚀的阳极过程在某些情况下受到强烈阻滞，使腐蚀速率急剧下降的现象。腐蚀：物质的表面，因发生化学或电化学反应，而受到破坏的现象。化学腐蚀：与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏氢损伤：氢进入金属中，导致金属塑性韧性下降，产生低应力脆断现象氢脆：氢扩散到金属中以固溶态存在或者生产金属氢化物而导致材料脆断现象；氢鼓泡：扩散到金属中的氢聚集在金属的孔洞处，形成氢分子，产生很大压力，形成裂纹失效，又称为氢诱发开裂氢腐蚀：高温高压下，氢进入金属产生化学反应，如氢和碳生成甲烷气体，导致材料脱碳；电介质：电场下能极化的材料。极化强度：电介质材料在电场作用下的极化程度，单位体积内的感生电偶极矩。铁电体：就有铁电性的晶体。热释电效应：晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象称为晶体的热释电效应。热电效应：温度作用改变材料的电性能参数。（贝塞克效应、帕尔帖效应、汤姆逊效应）。压电效应：没有电场作用，有机械应力作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象。超导：在一定温度下材料失去电阻的现象极化：介质在电场作用下产生感应电荷(束缚电荷)的现象介质极化率α：单位电场强度下，介质粒子的电偶极矩的大小，表征材料的极化能力介质损耗：电介质在电场的作用下电能转变热能，单位时间内因发热损耗能量磁化强度：物质在磁场中被磁化的程度，单位体积内磁矩的大小。矫顽力：去掉剩磁的临界外磁场。饱和磁化强度：磁化强度的饱和值。磁导率：表征磁介质磁性的物理量。磁化率：表征物质本身的磁化特性的物理量。剩余磁感应强度：去掉外加磁场后的磁感应强度。磁畴：磁矩方向相同的小区域。趋肤效应：交变磁化时产生感生电动势，使得磁感应强度和磁场强度沿样品界面严重不均匀，好像材料内部的磁感应强度被排斥到表面的现象。磁化：物质在磁场中由于受磁场作用呈现出磁性现象；磁介质：凡是能被磁场磁化的物质； 自发磁化：在没有外磁场的情况下，材料的自旋磁矩自发的同向排列技术磁化：铁磁材料在外加磁场作用下所产生的磁化，即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向的过程磁滞损耗：磁滞回线所包围的面积, 相当于磁化一周所产生的能量损耗热容：在没有相变或化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量称为该材料的热容。热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。差热分析：在程序温度控制下，测量试样和参照物的温度差随温度或时间的变化关系。热导率：一定温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。导温系数：材料棒各点的温度随时间变化，截面上各点温度的变化率。热传导：当固体两端存在温差时，热量从热端自动地传向冷端的现象线性光学：介质的电极化强度P与入射光波中的电场E成简单的线性关系电子极化：电场分量引起固体中电子云和原子核电荷重心发生相对移动，部分光能量吸收，速度减小，产生折射；电子能态转变：固体原子吸收光子能量后，激发低能级电子至高能级双折射：光通过时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，构成两条折射线的现象色散：材料的折射率n随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质全反射：当光线从光密介质进入光疏介质中时，折射角r大于入射角i，当i为某个值时，r可达90°，相当于光线平行于表面传播，对于任意更大的i值，光线全部向内反射回到光密介质内散射：光波遇到不均匀结构产生与主波方向不一致的次级波，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，从而引起散射。透光性：材料可以使光透过的性质更多资讯信息请关注【CAE技术联盟】微信公众平台！
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材料力学性能期末试卷
中???????????????装???????????订???????????线???????????????原工学年学第院1 学期重修标识 A卷（ （）6、各种断裂判据，都是裂纹失稳扩展的断裂判据，因此，都是非常安全的。 ）7、缺口强化与形变强化不一样，不是强化材料的重要手段，但对于那些不 能进行热处理强化的材料，可以作为强化的手段。 材科 专业题号 一 二材料的力学性能三 四 五 六课程期末试卷七 八 九 十总分（）8、比例极限与蠕变极限相似，都属于长度类力学性能指标，都与拉伸紧密 相关，是表示拉伸的力学性能指标。（ 一、填空（每空 1 分，共 10 分） 1、屈服强度是金属材料重要的力学性能指标，它受各种内外因素的影响，内在因素 包 括 金 属 本 性 及 晶 格 类 型 ， _______________ ， _______________ ， ____________。 2、根据摩擦面损伤和破坏的形式，磨损大致可分 4 类：粘着磨损、___________、 ____________及 接 触 疲 劳 。 3 、 断 裂 韧 度 受 各 种 内 外 因 素 的 影 响 ， 外 在 因 素 主 要 包 括 ____________ ， ____________ 。 4、硬度实验方法包括布氏硬度、___________、___________ 、 ___________ 等方法。 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、过载持久值表征疲劳断裂时的应力循环周次，属于采用能量方法表示的 力学性能指标，与应变比能、断裂韧度相同。 （ ）2、冲击韧度、静力韧度、断裂韧度，都是衡量材料韧性大小的力学性能指 标。而且，它们采用相同的计量单位。 （ （ ） 3、只要存在金属材料、应力和腐蚀介质，一定会发生应力腐蚀断裂。 ）4、疲劳裂纹萌生后便马上开始扩展，扩展分为介稳扩展和失稳扩展两个阶 段，而且，介稳扩展的速率较快。 （ ）5、氢脆断裂的微观断裂机理一般为沿晶断裂，断裂表面有泥状花样的腐蚀 产物及腐蚀坑。 本试卷共 3 （ （）9、磨损曲线与蠕变曲线相似，都分为三个阶段，斜率表示速率，因此它们 的纵横坐标是相同。 ） 10、同一金属材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是相同的。三、选择题： （每题 1 分，共 10 分） 1、蠕变过程可以用蠕变曲线来描述，按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程分为三个 阶段： （ ） 、恒速阶段和加速阶段。学号A、磨合阶段； B、疲劳磨损阶段；C、减速阶段；D、不稳定阶段。 2、不对称循环疲劳强度、耐久强度、疲劳裂纹扩展门槛值、接触疲劳强度都属于 ）产生的力学性能。 A、接触载荷； B、冲击载荷； C、交变载荷； D、化学载荷。 ）高的材料制造，以保证姓名3、生产上为了降低机械噪声，对有些机件应选用（ 机器稳定运转。A、循环韧性； B、冲击韧性； C、弹性比功；D、比弹性模数。 4、拉伸断口一般成杯锥状，由纤维区、放射区和（ A、剪切唇； B、瞬断区； ）三个区域组成。C、韧断区； D、脆断区。班级5、根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳破坏分为点蚀、浅层剥落和 （ ）三类。 A、麻点剥落； B、深层剥落； C、针状剥落； D、表面剥落。6、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； 页，此页为 A B、0.5； 1 页 ） 。 C、1； D、2。（注：参加重修考试者请在重修标识框内打钩）卷第???????????????装???????????订???????????线???????????????7、韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，是指材料断裂前吸收（ 裂功的能力。 A、塑性变形功； C、弹性变形功和塑性变形功； B、弹性变形功； D、冲击变形功）和断 3、变动载荷与过载损伤区8、金属具有应变硬化能力，表述应变硬化行为的 Hollomon 公式，目前得到比较广 泛的应用，它是针对真实应力-应变曲线上的（ A、弹性； B、屈服； C、均匀塑性变形； ）阶段。 D、断裂。 ） 、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶 4、临界裂纹尺寸与裂纹尖端张开位移9、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段： （ 段。学号A、磨合阶段； B、疲劳磨损阶段；C、跑合阶段；D、不稳定磨损阶段 10、应力松弛是材料的高温力学性能，是在规定的温度和初始应力条件下，金属材 料中的（ ）随时间增加而减小的现象。 B、塑性变形； C、应力； D、屈服强度。 五、简答题： （每题 7.5 分，共 30 分） 1、简述韧性断裂，画出中强度钢光滑圆柱拉伸试样室温的宏观韧性断口示意图，并 标注各区名称。A、弹性变形；四、名词解释： （每题 5 分，共 20 分） 1、形变强化与滞弹性姓名2、简述σ 2、应力腐蚀断裂与应力腐蚀门槛值-1和Δ Kth 的异同点，并画出疲劳裂纹扩展速率曲线。班级本试卷共3页，此页为A 卷第2 页???????????????装???????????订???????????线???????????????3、简述缺口的两个效应，并画出厚板缺口拉伸时弹性状态下的应力分布图。4、简述氢脆的类型及其特征。学号六、综合计算题： （每题 10 分，20 分）Y? a22、已知某材料的 γ s＝2J/m2，E＝2×105MPa， a 0 ? 2.5×10-10m， , R0 ?1 2 2? ( K?已知平面应变修正公式为： K ? ?1 ? 0 . 056 Y (? / ? s )?s)21、一块含有长为 16mm 中心穿透裂纹[KⅠ= σ(π a)1/2]的钢板，受到 350MPa 垂直于裂 纹平面的应力作用。（1）如果材料的屈服强度分别是 1400Mpa 和 385 MPa，求裂纹 顶端应力场强度因子值； （2）试比较和讨论上述两种情况下，对应力场强度因子进 行塑性修正的意义。(1)如存在 0.8mm 长的的垂直拉应力的横向穿透裂纹（可视为无限宽薄板） ，求该 材料的裂纹扩展的临界应力。 (2)求这种材料的理论断裂强度，并结合(1)题，讨论理论断裂强度和实际断裂强 度。班级姓名本试卷共3页，此页为A 卷第3 页中原工学第院1 学期A卷五、简答题： （每题 7.5 分，共 30 分） 1、简述韧性断裂，画出中强度钢光滑圆柱拉伸试样室温的宏观韧性断口示意图，并 标注各区名称。 答： 韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂， 这种断裂有一个缓慢 的撕裂过程， 在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。 典型的韧性断裂宏观断口呈杯锥形， 学年材科专业 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、晶粒大小和亚结构，溶质元素，第二相。2、磨粒磨损；腐蚀磨损。3、温度， 由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。 （2.5 分） 应 变 速 率 。 4、洛氏硬度、维氏硬度、维氏显微硬度、努氏硬度、肖氏硬度、莫氏 硬度、里氏硬度、巴氏硬度等（答对任何三种均可） 。 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、C；2、 C；3、A；4、A；5、B ；6、D；7、A；8、C；9、A；10、C。 四、名词解释： （每题 5 分，共 20 分） 1、形变强化与滞弹性 材料在应力作用下进入塑性变形阶段后， 随着变形量的增大， 形变应力不断提高 的现象称为形变强化。它是材料阻止继续塑性变形的一种力学性能。 （2.5 分） 在弹性范围内快速加载或卸载后， 随时间延长产生附加弹性应变的现象， 称为滞 弹性。滞弹性应变量与材料成分、组织及实验条件有关。 （2.5 分） 2、应力腐蚀断裂与应力腐蚀门槛值 金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下， 经过一段时间后所产生的低应力脆 断现象，称为应力腐蚀断裂。它是在应力和化学介质的联合作用下，按特有机理产生 的断裂。 （2.5 分） 将试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子称为应力 腐蚀门槛值，以 KISCC 表示。 （2.5 分） 3、变动载荷与过载损伤区 变动载荷是引起疲劳破坏的外力， 它是指栽荷大小， 甚至方向均随时间变化的载 荷。 （2.5 分） 过载损伤界与疲劳曲线高应力区直线段之间的影线区，称为过载损伤区。 （2.5 分） 4、临界裂纹尺寸与裂纹尖端张开位移 裂纹失稳扩展的临界状态所对应的裂纹尺寸称为临界裂纹尺寸，记为 a c 。 （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，用 δ 表示。 （2.5 分） 本试卷答案共 2 页，此页为第 （画图 2.5 分） 1 页 （1、画图 2 分，标注 3 分） 2、简述σ-1（2、画图 2.5 分）和Δ Kth 的异同点，并画出疲劳裂纹扩展速率曲线。答：相同：表征材料无限寿命疲劳性能（2 分） 不同：σ -1(疲劳强度)代表的是光滑试样的无限寿命疲劳强度，适用于传统的疲 劳强度设计和校核（1.5 分） ；Δ Kth (疲劳裂纹扩展门槛值)代表的是裂纹试样的无限 寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和疲劳强度校核。 （1.5 分） （画图 2.5 分） 3、简述缺口的两个效应，并画出厚板缺口拉伸时弹性状态下的应力分布图。 答：缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态．使缺口试样 或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态。 （2.5 分） 缺口使塑性材料强度增高，塑性降低，这是缺口的第二个效应。 （2.5 分）中原工学第院1 学期A卷2、解： (1)已知 2 a ＝0.8mm=0.-4m σ c= ( Eγ s/ a )1/2=[2×105×106×2/(4×10-4)]1/2 =3.16×107Pa= 31.6 MPa (2) σm=( Eγ s/ a 0 )1/2 学年材科专业 材料的力学性能 课程期末试卷 标准答案（即评分标准）4、简述氢脆的类型及其特征。（3 分）答：(1) 氢蚀：氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱 而导致金属脆化。宏观断口呈氧化色，颗粒状，微观断口上晶界加宽，呈沿晶断裂。 =[2×105×106×2/(2.5×10-10)]1/2 （1.5 分） (2) 白点（发裂） ：过量的氢聚集在某些缺陷处而形成 H2 分子，氢的体积发生急剧膨 = 4×1010Pa= 4×104MPa （3 分） 胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，形成微裂纹。断面呈圆形或椭圆形，颜色为银 理论断裂强度认为材料中没有任何缺陷， 根据原子间的结合力计算断裂强度； 而 白色。 分） （2 (3) 氢化物致脆：对于 IVB 族或 VB 族金属，由于与 H 有较大的亲和力，容易生成脆 实际材料中已经存在裂纹， 当平均应力还很低时， 裂纹尖端的应力集中已达到很高值， 性氢化物，使金属脆化。 分） （2 (4) 氢致延滞断裂：固溶状态的氢，在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后 从而使裂纹快速扩展并导致脆性断裂。 突然发生脆性断裂。宏观断口与一般脆性断口相似，微观断口为沿晶断裂，且晶界上 实际断裂强度远远小于理论断裂强度。（4 分） 常有许多撕裂棱。 分） （2 六、综合计算题： （每题 10 分，共 20 分） 1、解：已知： a=8mm=0.008m, σ =350 MPa, KⅠ=σ (π a)1/2 （1）σ /σ s=350/1400 小于 0.6， KⅠ=σ (π a)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5（MPa?m1/2） （3 分）σ /σ s=350/385 大于 0.6，所以必须进行塑性区修正，Y= (π )1/2 （2 分） KⅠ=Y σ (a)1/2/[1-0.056(Yσ /σ s)2]1/2=σ (π a)1/2/[1-0.056π (σ /σ s)2]1/2 =350×(3.14×0.008)1/2/[1-0.056π (350/385)2]1/2 =60（MPa?m1/2） （2）比较列表如下： σ /MPa σ0.2（以上为答案中的一种，只要合乎题意要求，其它答案可酌情给分）（2 分）350
385 60/MPaKⅠ/( MPa?m1/2)σ/σs=350/385 大于 0.6，裂纹尖端不但有弹性变形，而且会有塑性变形，不符合 弹性力学理论，如不进行修正，计算所得数值会与实际不符。 （3 分） 本试卷答案共 2 页，此页为第 2 页中???????????????装???????????订???????????线???????????????原工学院重修标识（）5、应力腐蚀断裂速度远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单纯力学因 素引起的断裂速度。 学年 第 材科 专业题号 一 二1 学期B卷材料的力学性能三 四 五课程期末试卷六 七 八 九 十 总分（）6、工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据；但在材料科 学研究中，真应力与真应变具有更重要的意义。（）7、同一材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是不相同的，且完全不 可以互相转换。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 裂纹位置、__________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 __________ 、 均匀塑性变形和 ____________ 三 个 阶 段 。（） 8、缺口使塑性材料得到“强化” ，因此，可以把“缺口强化”看作是强化 材料的一种手段，提高材料的屈服强度。（）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。学号（）10、疲劳强度属于强度类力学性能指标，是属于高温拉伸的力学性能指标。三、选择题： （每题 1 分，共 10 分） ）阶段产生的现象。3、材料塑性的评价，在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸伸长率和__________作 1、形变强化是材料的一种特性，是下列（ 为塑性性能指标。常用的伸长率指标有__________ 、最 大 应 力 下 总 伸 长 率 和 最 常 用 的 __________三种。A、弹性变形； B、冲击变形； C、均匀塑性变形； D、屈服变形。 2、 缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数表示， 应力集中系数定义为缺口净姓名）与平均应力之比。 4、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 截面上的（ A、最大应力； B、最小应力； C、屈服强度； D、抗拉强度。 ______________、滑开型(Ⅱ型)裂纹扩展和______________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、磨损包括三个阶段，这三个阶段中均能观察到摩擦现象，最后发生疲劳 韧脆性断裂。 （ ）2、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 4、在拉伸过程中，在工程应用中非常重要的曲线是（ 3、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段： （ 段。 A、磨合阶段； B、疲劳磨损阶段；C、轻微磨损阶段；D、不稳定磨损阶段。 ） 。 ）的能力。 ） 、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶班级A、力―伸长曲线； B、工程应力―应变曲线； C、真应力―真应变曲线。料越易于产生塑性变形；反之，应力状态软性系数越小，表示应力状态 5、韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，是指材料断裂前吸收（ 越硬，则材料越容易产生脆性断裂。 A、塑性变形功和断裂功； B、弹性变形功和断裂功； （ ）3、断裂 δ 判据是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判 据，显然，按这种判据设计构件是偏于保守的。 （ ）4、测量陶瓷、铸铁的冲击吸收功时，一般采用夏比 U 型缺口试样，很少采 用 X 型及无缺口冲击试样。 本试卷共 3 页，此页为 B 卷第 1 页 C、弹性变形功和塑性变形功； D、塑性变形功。 ）直至断裂的现象。 D、疲劳。6、蠕变是材料的高温力学性能，是缓慢产生（ A、弹性变形； B、塑性变形；C、磨损；（注：参加重修考试者请在重修标识框内打钩）7、缺口试样中的缺口包括的范围非常广泛，下列（???????????????装???????????订???????????线???????????????）可以称为缺口。五、简答题： （每题 7.5 分，共 30 分） 1、简述韧性断裂和脆性断裂，并画出典型宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。A、材料均匀组织；B、光滑试样；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、空间飞行器用的材料，既要保证结构的刚度，又要求有较轻的质量，一般情况下 使用（ ）的概念来作为衡量材料弹性性能的指标。 ）裂纹。 2、描述典型疲劳断口的特征，画出典型疲劳断口示意图，并标注各区名称。A、杨氏模数； B、切变模数； C、弹性比功； D、比弹性模数。 10、KⅠ的脚标表示 I 型裂纹，I 型裂纹表示（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、规定非比例伸长应力与弹性极限学号2、韧性断裂与裂纹尖端张开位移 3、简述缺口的三个效应是什么。姓名3、变动载荷与疲劳强度班级4、静力韧度与疲劳裂纹扩展速率4、应力腐蚀断裂的定义和腐蚀断裂形态是什么。本试卷共3 页，此页为B卷第2页六、综合计算题： （每题 10 分，共 20 分）???????????????装???????????订???????????线???????????????{已知平面应变修正公式为：KⅠ=Y σ(a)1/2/[1-0.056(Yσ/σs)2]1/2, R0=1/(2.828π )×(KⅠ/σs)2) } 1、有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹[KⅠ=1.1 σ(π a)1/2/Φ ]，若 a=1mm,a/c=0.3 （Φ 2=1.19），在 1000MPa 的应力下工作．对下列材料应选哪一种? σ0.2/MPa KⅠc/( MPa?m1/2) 0 60 1500 552、一块含有长为 16mm 中心穿透裂纹[KⅠ= σ(π a)1/2]的钢板，受到 350MPa 垂直于裂 纹平面的应力作用。 （1） 如果材料的屈服强度是 1400MPa， 求塑性区尺寸和裂纹顶端应力场强度因子值； （2）试与第 1 题相比较，对应力场强度因子进行塑性修正的意义。班级姓名学号本试卷共3 页，此页为B卷第3页中原工学第院1 学期B卷4、静力韧度与疲劳裂纹扩展速率 答： 通常将静拉伸的σ -ε 曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能定义为静 力韧度，它是派生的力学性能指标。 （2.5 分） 疲劳裂纹扩展速率指的是疲劳裂纹亚稳扩展阶段的速率． 该阶段是疲劳过程第Ⅱ 阶段，是材料整个疲劳寿命的主要组成部分。 （2.5 分） 学年材科 专业 材料的力学性能 课程期末试卷一、填空（每空 1 分，共 10 分）标准答案（即评分标准）1、外加应力； 长度。 2、 断 裂 、屈服、不 均 匀 集 中 塑 性 变 形 。 3、断面收缩 五、简答题： （每题 7.5 分，共 30 分） 率；最大应力下非比例伸长率；断 后 伸长 率 。4、张开型(Ⅰ型)裂纹扩展、撕开型 1、简述韧性断裂和脆性断裂，并画出典型宏观韧性断口示意图，并标注各区名称。 (Ⅲ型)裂纹扩展。 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、 （×） ； 6、 （?） ； 2、 （?） 3、 ； （?） ； 7、 （×） 8、 ； （×） ； 4、 （×） 5、 ； （?） 9、 （×） 10、 ； （×） 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）脆性断裂：①无明显宏观塑性变形；②突然发生，快速断裂；③断口宏观上比较齐 平光亮，常呈放射状或结晶状。④淬火钢、灰铸铁、玻璃等易发生脆断。 （2.5 分）三、选择题： （每题 1 分，共 10 分） 1、C ； 6、B ； 2、A ； 7、C ； 3、A； 8、A； 4、B ； 9、C ； 5、A ； 10、A 。 （画图 1 分，标注 1.5 分） 2、描述典型疲劳断口的特征，画出典型疲劳断口示意图，并标注各区名称。 典型疲劳断口具有 3 个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区（3 分）。 。 疲劳源 疲劳裂纹扩展区四、名词解释： （每题 5 分，共 20 分） 1、规定非比例伸长应力与弹性极限 答：规定非比例伸长应力，即试验时非比例伸长达到原始标距长度规定的百分比时 的应力，表示此应力的符号附以角注说明。 以后材料便开始产生塑性变形。 2、韧性断裂与裂纹尖端张开位移 韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。 （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、变动载荷与疲劳强度 （画图 1.5 分，标注 3 分） 瞬断区 （2.5 分） （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3、简述缺口的三个效应是什么。 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） 答：(1)缺口造成应力应变集中，这是缺口的第一个效应(2.5 分)。(2)缺口改变了缺 疲劳强度为在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力，疲劳强度是保证 口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由原来的单向拉伸改变为两向或三向 拉伸，这是缺口的第二个效应(2.5 分)。(3)缺口使塑性材料得到“强化”，这是缺 机件疲劳寿命的重要材料性能指标。 （2.5 分） 口的第三个效应(2.5 分)。 本试卷答案共 2 页，此页为第 1 页中原工学第院1 学期B卷将三者列表比较： σ/MPa σ0.2/MPa 00 60 59.23 .91 （2 分） 学年材科 专业 材料性能学 课程期末试卷标准答案（即评分标准）75 KⅠc/( MPa?m1/2) 4、应力腐蚀断裂的定义和腐蚀断裂形态是什么。 答：应力腐蚀断裂是指金属材料在拉应力和特定介质的共同作用下所引起的断裂。 KⅠ/( MPa?m1/2) 59.75 （2.5 分） 可见应选第一种材料。 金属发生应力腐蚀时，仅在局部区域出现从表及里的裂纹．裂纹的共同特点是在主 干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展．裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂2、一块含有长为 16mm 中心穿透裂纹[KⅠ= σ(π a)1/2]的钢板，受到 350MPa 垂直于裂 纹平面的应力作用。（1）如果材料的屈服强度是 1400MPa，求塑性区尺寸和裂纹顶 直．微观断裂机理一般为沿晶断裂，也可能为穿晶解理断裂或二者的混合．断裂表 端应力场强度因子值； （2）试与第 1 题相比较，对应力场强度因子进行塑性修正的 意义。 面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑． 分） （5 六、综合计算题： （每题 10 分，共 20 分）1/21、有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹[KⅠ=1.1 σ(π a) /Φ ]，若 a =1mm,a/c=0.3 （Φ 2=1.19），在 1000MPa 的应力下工作．对下列材料应选哪一种? （1）σ /σ s=350/1400 小于 0.6， σ0.2/MPa 00 KⅠ=σ (π a)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5（MPa?m1/2） （3 分） 1/2 75 60 55 KⅠc/( MPa?m ) R0=1/(2.828π )×(KⅠ/σ s)2 =1/(2.828π )×(55.5/1400)2 解：σ/σs=，， 均大于 0.6，所以必修进行塑性区修正。 =0.0mm （3 分） 1/2 1/2 由 KⅠ=1.1 σ(π a) /Φ 得 Y=1.1 (π ) /Φ 所以修正后的 （2）第 1 题中 σ /σ s 大于 0.6，裂纹尖端不但有弹性变形，而且会有塑性变形，不 2 2 1/2 1/2 KⅠ=1.1 σ(π a) /[Φ -0.212(σ/σs) ] （2 分） 符合弹性力学理论，如不进行修正，计算所得数值会与实际不符。 分） （4 2 2 1/2 1/2 （1）KⅠ=1.1 σ(π a) /[Φ -0.212(σ/σs) ] =1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/[1.19-0.212(]1/2 =59.75 MPa?m1/2 （2）KⅠ=1.1 σ(π a)1/2/[Φ 2-0.212(σ/σs)2]1/2 =1.1×1000×(3.14×0.001) /[1.19-0.212() ] =59.23 MPa?m1/2 （3）KⅠ=1.1 σ(π a)1/2/[Φ 2-0.212(σ/σs)2]1/2 =1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/[1.19-0.212(]1/2 =58.91 MPa?m1/2 （2 分） 本试卷答案共 2 页，此页为第 2 页1/22 1/2解：已知： a=8mm=0.008m, σ =350 MPa, KⅠ=σ (π a)1/2（2 分） （以上为答案中的一种，只要合乎题意要求，其它答案可酌情给分） （2 分）