材料的力學(xué)性能課程期末試卷A卷標(biāo)準(zhǔn)答案（即評(píng)分標(biāo)

準(zhǔn)）

一、填空（每空1分，共10分）

1.應(yīng)力強(qiáng)度因子反映了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度，它綜合反映了和裂紋位置、對(duì)裂

紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的影響。

2.對(duì)于材料的靜拉伸實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)拉伸過(guò)程中的變形分為彈性變形、塑性變形和三個(gè)階段，塑

性變形又可分為、均勻塑性變形和三個(gè)階段。

3.材料塑性的評(píng)價(jià)，在工程上一般以光滑圓柱試樣的拉伸伸長(zhǎng)率和作為塑性性能指標(biāo)。常用的伸

長(zhǎng)率指標(biāo)有、最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率和最常用的三種。

4.根據(jù)外加應(yīng)力的類型及其與裂紋擴(kuò)展面的取向關(guān)系，裂紋擴(kuò)展的基本方式有、滑開(kāi)型（II

型）裂紋擴(kuò)展和_____三類。

答案：1.外加應(yīng)力；長(zhǎng)度。2、斷裂、屈服、不均勻集中塑性變形。3、斷面收縮率；最大應(yīng)力下非比例伸長(zhǎng)

率；斷后伸長(zhǎng)率。4、張開(kāi)型（I型）裂紋擴(kuò)展、撕開(kāi)型（III型）裂紋擴(kuò)展。

二、判斷題：（每題1分，共10分）

（）1.磨損包括三個(gè)階段，這三個(gè)階段中均能觀察到摩擦現(xiàn)象，最后發(fā)生疲勞韌脆性斷裂。

（）2.應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越大，最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料越易于產(chǎn)

生塑性變形；反之，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越硬，則材料越容易產(chǎn)

生脆性斷裂。

（）3.斷裂3判據(jù)是裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的斷裂判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的斷裂判據(jù)，顯然,

按這種判據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)件是偏于保守的。

（）4.測(cè)量陶瓷、鑄鐵的沖韋吸收功時(shí)，一般采用夏比U型缺口試樣，很少采用X型及無(wú)

缺口沖擊試樣。

（）5.應(yīng)力腐蝕斷裂速度遠(yuǎn)大于沒(méi)有應(yīng)力時(shí)的腐蝕速度，又遠(yuǎn)小于單純力學(xué)因素引起的斷

裂速度。

（）6.工程設(shè)計(jì)和材料選用中一般以工程應(yīng)力、工程應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)；但在材料科學(xué)研究中，

真應(yīng)力與真應(yīng)變具有更重要的意義。

（）7、同一材料用不同的硬度測(cè)定方法所測(cè)得的硬度值是不相同的，且完全不可以互相

轉(zhuǎn)換。

（）8、缺口使塑性材料得到“強(qiáng)化”，因此，可以把“缺口強(qiáng)化”看作是強(qiáng)化材料的一

種手段，提高材料的屈服強(qiáng)度。

（）9、接觸疲勞過(guò)程是在純滾動(dòng)的條件下產(chǎn)生的材料局部破壞，也經(jīng)歷了裂紋形成與擴(kuò)

展兩個(gè)階段。

（）10、疲勞強(qiáng)度屬于強(qiáng)度類力學(xué)性能指標(biāo)，是屬于高溫拉伸的力學(xué)性能指標(biāo)。

答案：1.X；2.（；3.（；4.X；5,（；6.（；7、X；8、X；9、X；10、X

三、選擇題：（每題1分，共10分）

1.形變強(qiáng)化是材料的一種特性,是下列（）階段產(chǎn)生的現(xiàn)象。

A.彈性變形；B.沖擊變形；C.均勻塑性變形；D.屈服變形。

2.缺口引起的應(yīng)力集中程度通常用應(yīng)力集中系數(shù)表示，應(yīng)力集中系數(shù)定義為缺口凈截面上的（）與

平均應(yīng)力之比。

A.最大應(yīng)力；B.最小應(yīng)力；C.屈服強(qiáng)度；D.抗拉強(qiáng)度。

3.因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損分為三個(gè)階段：（）、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。

A.磨合階段：B.疲勞磨損階段：C.輕微磨損階段：D.不穩(wěn)定磨損階段。

4.在拉伸過(guò)程中，在工程應(yīng)用中非常重要的曲線是（）o

A.力一伸長(zhǎng)曲線；B.工程應(yīng)刀一應(yīng)變曲線；C、真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線。

5、韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，是指材料斷裂前吸收（）的能力。

A.塑性變形功和斷裂功；B、彈性變形功和斷裂功；

C.彈性變形功和塑性變形功；D.塑性變形功。

6.蠕變是材料的高溫力學(xué)性能.是緩慢產(chǎn)生（）直至斷裂的現(xiàn)象。

A.彈性變形；B.塑性變形；C、磨損；D、疲勞。

7、缺口試樣中的缺口包括的范圍非常廣泛，下列（）可以稱為缺口。

A.材料均勻組織；B、光滑試樣；C、內(nèi)部裂紋；D、化學(xué)成分不均勻。

8、最容易產(chǎn)生脆性斷裂的裂紋是（）裂紋。

A.張開(kāi)；B.表面；C.內(nèi)部不均勻；D.閉合。

9、空間飛行器用的材料，既要保證結(jié)構(gòu)的剛度，又要求有較輕的質(zhì)量，一般情況下使用（）的概念來(lái)作

為衡量材料彈性性能的指標(biāo)。

A.楊氏模數(shù)；B.切變模數(shù)；C.彈性比功；D.比彈性模數(shù)。

10、KI的腳標(biāo)表示I型裂紋,I型裂紋表示（）裂紋。

A.張開(kāi)型；B.滑開(kāi)型；C.撕開(kāi)型；D.組合型。

答案：1、C；2、A；3、A；4、B；5、A；6、B；7>C；8>A；9>C；10、A。

四、名詞解釋：（每題5分，共20分）

1.規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力與彈性極限

答：1）規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力，即試驗(yàn)時(shí)非比例伸長(zhǎng)達(dá)到原始標(biāo)距長(zhǎng)度規(guī)定的百分比時(shí)的應(yīng)力，表示此

應(yīng)力的符號(hào)附以角注說(shuō)明。2）彈性極限是材料由彈性變形過(guò)渡到彈一塑性變形時(shí)的應(yīng)力，應(yīng)力超過(guò)彈性極

限以后材料便開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。

2.韌性斷裂與裂紋尖端張開(kāi)位移

答：韌性斷裂是材料斷裂前及斷裂過(guò)程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂過(guò)程。（2.5分）

裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移，稱為裂紋尖端張開(kāi)位移。（2.5分）

3.變動(dòng)載荷與疲勞強(qiáng)度

答：變動(dòng)載荷是指載荷大小，甚至方向隨時(shí)間變化的裁荷。（2.5分）

疲勞強(qiáng)度為在指定疲勞壽命下，材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度是保證機(jī)件疲勞壽命的重要材料性

能指標(biāo)。（2.5分）

4.靜力韌度與疲勞裂紋擴(kuò)展速率

答：通常將靜拉伸的。曲線下包圍的面積減去試樣斷裂前吸收的彈性能定義為靜力韌度，它是派生的

力學(xué)性能指標(biāo)。（2.5分）

疲勞裂紋擴(kuò)展速率指的是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段的速率.該階段是疲勞過(guò)程第II階段，是材料整個(gè)疲勞壽

命的主要組成部分。（2.5分）

五、簡(jiǎn)答題：（每題5分，共30分）

1.簡(jiǎn)述缺口的兩個(gè)效應(yīng)，并畫出厚板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布圖。

2.簡(jiǎn)述氫脆的類型及其特征。

3、簡(jiǎn)述韌性斷裂和脆性斷裂，并畫出典型宏觀韌性斷口示意圖，并標(biāo)注各區(qū)名稱。

答：韌性斷裂：①明顯宏觀塑性變形；②裂紋擴(kuò)展過(guò)程較慢：

③斷口常呈暗灰色、纖維狀。④塑性較好的金屬材料及高分子材料易發(fā)生韌斷。

脆性斷裂：①無(wú)明顯宏觀塑性變形；②突然發(fā)生，快速斷裂；

③斷口宏觀上比較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。④淬火鋼、灰鑄鐵、玻璃等易發(fā)生脆斷。

4、描述典型疲勞斷口的特征，畫出典型疲勞斷口示意圖，并標(biāo)注各區(qū)名稱。

答：典型疲勞斷口具有3個(gè)特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。

5.簡(jiǎn)述缺口的三個(gè)效應(yīng)是什么？

答：（1）缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，這是缺口的第一個(gè)效應(yīng)。（2）缺口改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中

材料所受的應(yīng)力由原來(lái)的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶?，這是缺口的第二個(gè)效應(yīng)。（3）缺口使塑性材料強(qiáng)

度增高，塑性降低，這是缺口的第三個(gè)效應(yīng)。

6.應(yīng)力腐蝕斷裂的定義和腐蝕斷裂形態(tài)是什么。

答:應(yīng)力腐蝕斷裂是指金屬材料在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下所引起的斷裂。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時(shí),

僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的裂紋.裂紋的共同特點(diǎn)是在主干裂紋延伸的同時(shí)，還有若干分支同時(shí)發(fā)展.裂

紋的走向宏觀上與拉應(yīng)力方向垂直.微觀斷裂機(jī)理一般為沿晶斷裂，也可能為穿晶解理斷裂或二者的混

合.斷裂表面可見(jiàn)到“泥狀花樣”的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。

六、綜合計(jì)算題：（每題10分，共20分）

{已知平面應(yīng)變修正公式為：KI=Yo（a）1/2/[1-0.056（Yo/as）2]1/2,R0=l/（2.828n）X（KI/as）2）}

1、有一構(gòu)件加工130014001500

時(shí)，出現(xiàn)表面半

橢圓裂紋[KI

=1.10(H

a)1/2/①],若a

二1mm,a/c=0.3(①

2=1.19),在

lOOOMPa的應(yīng)力下

工作.對(duì)下列材料

應(yīng)選哪一種？

oo.z/MPa

1/2

Klc/(MPa-m)756055

解：。/。s=1000/1300,1000/1400,1000/1500均大于0.6,所以必修進(jìn)行塑性區(qū)修正。

由Ki=l.l。0,2/中得丫=1.1(兀產(chǎn)/中所以修正后的長(zhǎng)[=1.1o(n4產(chǎn)/[①2—0.212(o/o$)2]=2(2分)

,/2221/2

(1)Ki=l.lo(Jia)/[O-0.212(c/as)]

=1.1X1000X(3.14X0.001),/2/[l.19-0.212(1000/1300)2],/2=59.75MPa?m,Z2(2分)

(2)Ki=l.l。(冗@/2/[0)2-0.212(0/6)2]"2

=1.1X1000X(3.14X0.001),/2/[l.19-0.212(1000/1400)2],/2=59.23MPa?m,Z2(2分)

(3)Ki=l.lc(na)"2/[0)2_0212(o/cs)2]"2

=1.1X1000X(3.14X0.OOI)”2/[1.19-0.212(1000/1500)2],/2=58.91MPa?m,Z2(2分)

將三者列表比較：

1000

o/MPa

ao.2/MPa130014001500

,/2

Klc/(MPa?m)756055

KJ(MPa?m,Z2)59.7559.2358.91

可見(jiàn)應(yīng)選第一種材料。(2分)

2.一塊含有長(zhǎng)為16mm中心穿透裂紋[KI=。(兀a)1/2]的鋼板，受到350Mpa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。

(1)如果材料的屈服強(qiáng)度是1400MPa,求塑性區(qū)尺寸和裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子值；(2)試與第1題相比

較，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子進(jìn)行塑性修正的意義。

解：己知：a=8mm=0.008m,o=350MPa,KI二。(na)1/2

(1)o/as=350/1400<0.6,

Kk。(ITa)包350X(3.14X0.008)包55.5(MPa?m,/2)(3分)

22

Ro=l/(2.828JI)X(K,/OS)=1/(2.828n)X(55.5/1400)=0.00017m=0.17mm(3分)

(2)第1題中。/os大于0.6,裂紋尖端不但有彈性變形，而且會(huì)有塑性變形，不符合彈性力學(xué)理論，如

不進(jìn)行修正，計(jì)算所得數(shù)值會(huì)與實(shí)際不符。(4分)

B卷綜合計(jì)算題：(每題10分,共20分)

1、一塊含有長(zhǎng)為16mm中心穿透裂紋[KI=。(兀a)l/2]的鋼板,受到350MPa垂直于裂紋平面的應(yīng)力作用。

(1)如果材料的屈服強(qiáng)度分別是1400!^@和385卜根a,求裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子值；(2)試比較和討論

上述兩種情況下，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子進(jìn)行塑性修正的意義。

1.解：已知:a=8mm=0.008m,o=350MPa,KI二。(n￡)1/2

(1)o/0s=350/1400<0.6,

Ki=o(na),/2=350X(3.14X0.008),/2=55.5(MPa?m,/2)(3分)

。/。s=350/385>0.6,所以必須進(jìn)行塑性區(qū)修正,Y=(n)1/2(2分)

,/221/2

Ki=Yo(a嚴(yán)/[1-0.056(YG/OS)2產(chǎn)=o(na)/[1-0.056五(a/as)]

=35()X(3.14X0.008)l/2/[1-0.056兀(35O/385)2],/2=6O(MPa?ml;2)(2分)

(2)比較列表如350

下：

a/MPa

00.2/MPaMOO35