材料力学性能习题及解答库

第一章习题答案

一、解释下列名词

1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。

2、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。

3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。

4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现ζe升高或降低的现象。

5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力

7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶；

8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。

9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。

10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。

11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。

二、说明下列力学指标的意义

１、Ｅ（Ｇ）：Ｅ（Ｇ）分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。

２、ζr、ζ0.2、ζs: ζr :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。ζ0.2：表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。ζs：表征材料的屈服点。

３、ζb：韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。

４、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。

５、δ、δgt、ψ：δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。Δgt是最大试验力的总伸长率，指试样拉伸至最大试验力时标距的总伸长与原始标距的百

分比，也就是金属材料拉伸时产生的最大均匀塑性变形量。ψ是断面收缩率，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

三、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个组织不敏感的力学性能指标？

金属的弹性模量主要取决于金属原子本性和晶格类型。合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在因素对其影响也不大，所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。

四、今有45、40Ｃr 、35ＣrＭo钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作机床床身？为什么？

选择灰铸铁，因为作为机床床身材料必须要求循环韧性高，以保证机器的稳定运转。灰铸铁中含有不易传送弹性机械振动的石墨，具有很高的循环韧性。

五、试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属及其合金与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。

6、试述退火低碳钢、中碳钢及高碳钢的屈服现象在拉伸力－伸长曲线图上的区别？为什么? 答：从退火低碳钢、中碳钢及高碳钢的拉伸力—伸长曲线图上可以明显看出，三种不同钢种的拉伸力—伸长曲线图有区别，可以看出退火低碳钢的屈服现象最明显，其次是退火中碳钢，而高碳钢几乎看不到屈服现象。但根据条件屈服强度可以判断出随着碳含量的增加，屈服强度在提高。这主要是因为随着碳含量的增加，碳原子对基体的强化作用越来越强，阻碍了位错的运动。

7、决定金属屈服强度的因素有哪些？

答：影响金属屈服强度的因素分为内在因素和外在因素。内在因素有金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相粒子；外在因素有温度、应变速率和应力状态。

8、试述δ、ψ两种塑性指标评定金属材料塑性的优缺点？

答：对于在单一拉伸条件下工作的长形零件，无论其是否产生缩颈，用δ来评定材料的塑性，因为产生缩颈时局部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影响。如果金属材料机件是非长形件，在拉伸时形成缩颈，则用φ作为塑性指标。因为φ反映了材料断开前的最大塑性变形量，而此时δ则不能显示材料的最大塑性。Φ是在复杂应力状态下形成的，冶金因素的变化对材料的塑性的影响在φ上更为突出，所以φ比δ对组织变化更为敏感。

9、试举出几种能显著强化金属而又不降低塑性的方法？

答：细晶强化，通过细化晶粒提高金属强度的方法，它既可以显著强化金属，又不降低塑性的方法。

10、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？

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；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前期丁不发生塑性变形，没有明显征兆，因此脆性断裂在生产中是很危险的。

11、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂？为什么断裂的性质完全不同？

答：剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，其中又分滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂，其断口呈锋利的楔形或刀尖型。而解理断裂是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。

12、在什么情况下易出现沿晶断裂？怎样才能减小沿晶断裂的倾向？

答：当晶界上有一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续所造成，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的，如应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂。要减小沿晶断裂的倾向，则要求防止应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等出现。

13、何为拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？

答：拉伸断口的三要素：纤维区、放射区和剪切唇；影响宏观拉伸断口性态的因素有试样的形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和腕力状态不同而变化。

14、板材宏观断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？

答：板状矩形拉伸试样断口中呈人字纹花样。根据人字纹花样的放射方向，顺着尖顶指向可以找到裂纹源。

15、试证明，滑移相交产生微裂纹的柯垂耳机理对fcc 金属而言在能量上是不利的。

16、通常纯铁的γs ＝2J ／㎡,E=2*105MPa,a 0=2.5×10

－10m ，试求其理论断裂强度ζm 。

解：由题意可得： Mpa a s E m 42/11052/10100.4105.22102?=???? ?????=???? ??=-γσ

17、试述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出理论的局限性。

18、若一薄板物体内部存在一条长3㎜的裂纹，且a0＝3×10－8

cm ，试求脆性断裂时的断裂应力。（设ζm ＝0.1E ＝2×105MPa ）

19、有一材料E ＝2×1011N ／㎡，γs ＝8N ／m ，试计算在7×107N ／ ㎡的拉应力作用下，该

材料中能扩展的裂纹之最小长度？

20、断裂强度ζc 与抗拉强度ζb 有何区别？

答：抗拉强度ζb 指材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。断裂强度ζc 是指在拉伸过程中，材料断裂时所对应的应力值。

21、铁素体的断裂强度与屈服强度均与晶粒尺寸d 1/2

成正比，怎样解释这一现象？

22、裂纹扩展扩展受哪些因素支配？

23、试分析能量断裂判据与应力断裂判据之间的关系

24、有哪些因素决定韧性断口的宏观形貌？

答：韧性断口的宏观形貌决定于第二相质点的大小和密度、基体材料的塑性变形能力和应变硬化指数，以及外加应力的大小和状态等。

25、试根据下述方程（ζi d 1/2+k y ）k y =2G γs q,讨论下述因素对金属材料韧脆转变的影响：（1）材料成分；（2）杂质；（3）温度；（4）晶粒大小；（5）应力状态；（6）加载速率。

第二章 习题及答案

1.解释下列名词：

（1）应力状态软性系数：表征最大切应力max τ与max σ的比值。

（2）缺口效应：由于缺口的存在，在静载作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，这称为“缺口效应”。

（3）缺口敏感度：表征缺口试样的抗拉强度bn σ与光滑试样的抗拉强度b σ的比值。

（4）布氏硬度：用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F ）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L ）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS （钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。 其计算公式为： )(204.0102.022d D D D F A F HB --==

π

式中：F--压入金属试样表面的试验力，N ；

D--试验用钢球直径，mm ；

d--压痕平均直径，mm 。

（5）洛氏硬度：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，

测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。简单说就是压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。

（6）维氏硬度：是根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。所采用的压头是两相对面间夹角为136°的金刚石四棱锥体，压头的试验力作用下将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后担卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，用以计算压痕表面积。维氏硬度的值为试验力除以压痕表面积A所得的商。

（7）努氏硬度：也一种显微硬度试验方法。与显微维氏硬度相比有两点不同：一是压头形状不同；二是硬度值不是试验力除以压痕表面积之商值，而是除以压痕投影面积之商值。（8）肖氏硬度：是将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从一定高度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征金属硬度值大小，因而也称为回跳硬度。

（9）里氏硬度：是用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值。

2.说明下列力学性能指标的意义

（1）ζbc；指抗压强度；

（2）ζbb：指抗弯强度；

（3)τs ：指材料的扭转屈服点；

（4)τb ；指抗扭强度；

（5）ζbn：指有缺口试样的抗拉强度；

（6)NSR：指缺口敏感度；

（7)HBS：用压头为淬火钢球时的布氏硬度值；

（8)HBW：用压头为硬质合金球时的布氏硬度值；

（9)HRA：指用金刚石圆锥压头，主试验力为490.3N测出的洛氏硬度值；

（10)HRB：指用钢球压头测出的洛氏硬度；

（11)HRC：指用金刚石圆锥压头的洛氏硬度；

（12)HV：指维氏硬度试验；

（13)HK：指努氏硬度试验；

（14)HS：指肖氏硬度；

（15)HL：指里氏硬度；

3．试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转实验的特点和应用范围。

答：单向拉伸的应力状态系数α=0.5，说明应力状态较硬，故一般适用于那些塑性变形

抗力与切断强度较低的塑性材料试验；单向压缩试验的应力状态软性系数α=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定，以显示这类材料在塑性状态下的力学行为；弯曲试验试样形状简单、操作方便，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，弯曲试验主要用于测试铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别，还用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。扭转的应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时的α大，易于显示金属的塑性行为；能实现大塑性变形量下的试验；能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能；可以测定这些材料切断强度；主要适用于热扭转来研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性，并确定适当的工艺，还可用来研究工作热处理的表面质量和各种表面强化训练工艺的效果。可以根据扭转断口宏观特征来判断承受扭矩而断裂的机件的性能。

4．试述脆性材料弯曲实验的特点及其应用。

答：弯曲试验试样形状简单、操作方便，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，弯曲试验主要用于测试铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别，还用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。

5．缺口试样拉伸时应力分布有何特点？

答：当缺口试样拉伸，处于弹性状态下时，缺口截面上的应力分布是不均匀的，轴向应

σ在缺口根部最大。随着离开根部距离的增大，yσ不断下降，即在缺口根部产生应力集力y

σ，它是由于材料横向收缩引起的，自缺口中。并且在缺口根部内侧还出现了横向拉应力x

σ逐渐增加。当增大到一定数值后，随着yσ的根部向内部发展，收缩变形阻力增大，因此x

σ也随之下降。基试样处于塑性状态下时，在存在缺口的条件下会出现三向应不断减小，x

力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，产生所谓“缺口强化”现象。6．综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸实验的特点。

答：光滑试样在受到轴向拉伸时，在截面上受到均匀的拉应力。缺口试样轴向拉伸时，由于缺口的存在引起了应力的重新分布，且不均匀，它广泛用于研究高强度钢（淬火低温回火）的力学性能、钢和钛的氢脆以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。缺口试样偏斜拉伸试验时，试样同时承受拉伸和弯曲载荷复合作用，故应力状态更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏感性。这种试验方法很适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工艺的优化，因为螺栓带有缺口，并且在工作时难免有偏斜。

7．试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较这三者实验方法的优缺点。

答：布氏硬度是用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。

其计算公式为：

)

(

204

.0

102

.0

2

2d

D

D

D

F

A

F

HB

-

-

=

=

π

式中：F--压入金属试样表面的试验力，N；

D--试验用钢球直径，mm；

d--压痕平均直径，mm。

因布氏硬度压头较大，因而所得压痕面积较大。这样硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响。而缺点是对不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦，因而用于自动检测时受到限制；且不能用在成品上测量。

洛氏硬度：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。洛氏硬度试验的优点：操作简便、迅速，硬度可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因而广泛于热处理质量检验。其缺点是：压痕较小，代表性差；若材料中有偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度值重复性差，分散度大；此外用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接比较。

维氏硬度：是根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。所采用的压头是两相对面间夹角为136°的金刚石四棱锥体，压头的试验力作用下将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后担卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，用以计算压痕表面积。维氏硬度的值为试验力除以压痕表面积A所得的商。维氏硬度试验的优点是不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头不同标尺的硬度值无法统一的弊端。维氏硬度试难时不仅试验力可任意选取，而且压痕测量的精度较高，硬度值较为精确。唯一的缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度低得多。

8．今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选用何种硬度实验方法为宜。

（1）渗碳层的硬度分布：用维氏硬度；

（2）淬火钢：用洛氏硬度；

（3）灰铸钢：用布氏硬度；

（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体：用维氏硬度；

（5）仪表小黄铜齿轮：用维氏硬度；

（6）龙门刨床导轨：用肖氏硬度和里氏硬度；

（7）渗氮层：用维氏硬度和努氏硬度；

（8）高速钢刀具：用维氏硬度；

（9）硬质合金：用洛氏硬度；

第三章习题与答案

1．解释下列名词：

（1）冲击韧度：批材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

（2）冲击吸引功：然后将具有一定质量m的摆锤兴到一定高度H1，使其获得一定位能mgH1。释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH2，则摆锤冲断试样失去的位能mgH1－mgH2，即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以Ak表示，单位为J。

（3）低温脆性：体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构（铁素体－珠光体钢），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，断裂机理由微孔聚焦型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。

（4）韧脆转变温度：上述低温脆性中的tk称为韧脆转变温度。

（5）韧性温度储备：指材料的使用温度和材料韧脆转变温度之间的差值。

2．说明下列力学性能指标的意义：

（1）A K：冲击功；

A KV（CVN）：V型缺口冲击功；

A KU：U型缺口冲击功；

（2）FATT50：在用能量法定义tk时，取结晶区面积占整个断口面积50%j时的温度；

（3）NDT：表征以低阶能开始上升的温度；

（4）FTE：表征以低阶能和高阶能平均值对应的温度；

（5）FTP：表征高阶能对应的温度。

3．现需检验以下材料的冲击韧性，问哪种材料要开缺口？哪种材料不要开缺口？

W18Cr4V，Cr12MoV，3Cr2W8V，40CrNiMo，30CrMnSi，20CrMnTi，铸铁。

4．试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。

答：低温度脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加（对体心立方金属，是派拉力起主要作用所致（详细见第一章有关内容）。其影响因素有：晶体结构；化学成分；显微组织；5．试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。

6．下列三组实验方法中，请举出每一组中哪种实验方法测得的t k较高？为什么？

(1)拉伸和扭转；（2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲；（3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸。7．试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料没有呢？

8．简述根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺点。

第四章习题与答案

1．解释下列名词：

（1）低应力脆断：当容器或构件采用强度高而韧性差的材料时，在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。

（2）张开型（1型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹称为张开型（1型）裂纹。

（3）应力场和应变场：指在工件上应力分布或应变分布的情况。

（4）应力强度因子K1：表征应力场的强弱程度。

（5）小范围屈服：指在裂纹尖端一定范围内发生的屈服的现象。

（6）塑性区：指在裂纹尖端一定范围内发生塑性变形区域。

（7）有效屈服应力：

（8）有效裂纹长度：

（9）裂纹扩展K判断：

（10）裂纹扩展能量释放率G1：把裂纹单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率G1。

（11）裂纹扩展G判断；

（12）J积分：J积分的断裂判据就是G判据的延伸，或者是更广义地将线弹性条件下的G 延伸到弹塑性断裂时的J，J的表达式或定义类似于G。

（13）裂纹扩展J判断；

（14）COD ：

（15）COD 判据：

（16）韧带：

2．说明下列断裂韧度指标的意义及相互关系：

（1）K 1C 和K C ：表征KI 增大达到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂。

（2）G 1C ；表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。

（3）J 1C ；表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。

（4）δC ：表示材料阻止裂纹开始扩展的能力。

3．试述低应力脆断的原因及其防止方法。

4．为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据？

5试述应力场强度因子的意义及典型裂纹K 1的表达式。

6．试述K 判据的意义及用途。

7．试述裂纹尖端塑性区产生的原因机器影响因素。

8．试述塑性区对K 1的影响及K 1的修正方法和结果。

9．试用Griffith 模型推导G 1和G 的判据。

10．简述J 积分的意义及其表达式。

11．简单叙述COD 的意义及其表达式。

12．试述K 1C 的测试原理及其对试样的基本要求。

13．试述K 1C 与材料强度、塑性之间的关系。

14．试述K 1C 和A KV 的异同及其相互之间的关系。

15．试述影响K 1C 的冶金因素。

答：影响K 1C 的冶金因素有：化学成分的影响；基体相结构和晶粒大小的影响；杂质及第二相的影响；显微组织的影响。（具体见有关资料）

16．有一大型板件，材料的ζ0.2=1200MPa ，K 1C.=115MPa.m 1/2

，探伤发现有20mm 长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa 下工作，试算K Ⅰ及塑性区的宽度R 0，，并判断该件是否安全？

解：由题意可知：

ζ0.2=1200MPa ，K 1C.=115MPa.m 1/2，2a=20mm ，900=σMPa

由75.01200/9002.0/==σσ，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成是无

限大板穿透裂纹，故裂纹的形状系数Y=π。便得到K Ⅰ修正值：

92.16775.0056.0101

.0900)2.0/(056.01K12

22=?-??=-=ππσσσY a Y MPa.m 1/2 mm m s K R 2.20022.0120092.1672056.012056.0220==??

? ????=??? ???=σ 由于K Ⅰ﹥K 1C ，所以该件不安全。

17、有一轴件平均轴向工作应力150MPa ，使用中发生横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm 深的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c 可以确定Ф＝1,测试材料的ζ

0.2=720MPa,试估算材料的断裂韧度K Ⅰc 是多少？

解：由题意可得：

ζ0.2=720MPa ，Ф＝1，ζ＝150MPa,a=25mm,那么有：

21.0720/1502.0/==σσ，不须考虑塑性区的修正问题。

96.81025.01501

1.11.11=??=Φ==πσπσa a Y k MPa.m 1/2

由于轴件发生了断裂，则有K1﹥K 1C ,所以材料的断裂韧度K Ⅰc 小于81.96 MPa.m 1/2.

18、有一构件制造时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm ，在工作应力σ＝1000 MPa 下工作，应该选什么材料的ζ

0.2与K Ⅰc 配合比较合适？构件材料经不同热处理后，其ζ0.2与K Ⅰc 的变化列于下表。

解：由题意和表格可得：

a=1mm ，σ＝1000 MPa ，那么有：

对于第一种工艺：由于91.01100/10002.0/==σσ，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c ＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=

Φ

π1.1。便得到K Ⅰ修正值： 22)2.0/(212.01.1K1σσπσ-Φ=a

根据此式，可求得断裂应力ζc 的计算式为：

()()1100/110212.0001.08.32.0/1212.08.322+?+σc k a ζc1﹥ζ,此工艺满足要求。

同理：其它几种工艺可用同样方法分别求出ζc2,ζc3,ζc4,ζc5

对第二种工艺来说：

由于83.01200/10002.0/==σσ，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c ＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=Φ

π1.1。便得到K Ⅰ修正值： 22)

2.0/(212.01.1K1σσπσ-Φ=a

根据此式，可求得断裂应力ζc 的计算式为： ()()16891200/95212.0001.08.39528.12.0/1212.08.31222=+??=+Φ=

σσc k a c k c MPa

ζc2﹥ζ,此工艺满足要求。

对于第三种工艺：

由于77.01300/10002.0/==σσ，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c ＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=Φ

π1.1。便得到K Ⅰ修正值： 22)

2.0/(212.01.1K1σσπσ-Φ=a

根据此式，可求得断裂应力ζc 的计算式为： ()()14331300/75212.0001.08.37528.12.0/1212.08.31322=+??=+Φ=

σσc k a c k c MPa

ζc3﹥ζ,此工艺满足要求。

对于第四种工艺：

由于714.01400/10002.0/==σσ，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c ＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=Φ

π1.1。便得到K Ⅰ修正值： 22)2.0/(212.01.1K1σσπσ-Φ=a

根据此式，可求得断裂应力ζc 的计算式为：

()()1400/60212.0001.08.32.0/1212.08.322+?+σc k a ζc4﹥ζ,此工艺满足要求。

对于第五种工艺：

由于67.01500/10002.0/==σσ，不必考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c ＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=

Φ

π1.1。便得到断裂应力ζc 的计算式为： 1135001.01.155

28.11.115=???=?Φ=ππσa c

k c MPa

ζc5﹥ζ,此工艺满足要求。

第五章 习题与答案

1、解释下列名词

（1）应力范围△ζ：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值。

（2）应变范围△ε：在循环应力作用下，最大应变与最小应变之间的差值。

（3）应力幅ζa:在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值的一半。

（4）应力幅（△εt/2，△εe/2, △εp/2）：

（5）平均应力ζm ：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的和的一半。

（6）应力比r ：在循环应力作用下，最小应力与最大应力之间的比值。

（7）疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。

（8）疲劳贝纹线：由载荷变动引起的，如机器运转时的开动和停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。

（9）疲劳条带；是疲劳亚稳扩展的断口特征,它是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样。

（10）驻留滑移带：在疲劳多次循环后抛光，可发现该滑移带会因已经相当深入而未被抛掉，将成为嵌入材料表面的微小裂纹源，该滑移带被称为“驻留滑移带”。

（11）挤出脊和侵入沟；

（12）△K ：疲劳的应力强度因子范围。

（13）da/dN ：每循环一次扩展的距离，称为疲劳裂纹扩展速率。

（14）疲劳寿命：

（15）过渡寿命；

（16）热疲劳：是由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏。

（17）过载损伤:由金属机件偶然经受短期过载，造成疲劳寿命或疲劳极限减小的现象。2、解释下列疲劳性能指标的意义

（1）疲劳强度ζ-1，ζ-1p,τ-1,ζ-1p；

ζ-1：表征对称弯曲疲劳极限；

ζ-1p：表征对称拉压疲劳极限；

τ-1：表征对称扭转疲劳极限；

ζ-1N；表征缺口试样的疲劳极限；

（2）疲劳疲劳缺口敏感度qf：表征金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性；

（3）过载损伤界：材料在过载应力下工作一定周次后，会造成过载疲劳损伤，而低于某一周次的预先过载对其后进行的疲劳寿命没有影响，该最低循环周次的轨迹叫过载损伤界。（4）疲劳门槛值△Kth：疲劳裂纹不扩展的△K临界值。

3、试述金属疲劳断裂的特点

答：

●疲劳断裂是低应力循环延时断裂；

●疲劳断裂是脆性断裂；

●疲劳断裂对缺陷十分敏感；

4、试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。

答：从疲劳的宏观断口的来看，有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区及瞬断区。

疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。疲劳区是疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，该区是判断疲劳断裂的重要证据。瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。

5、试述疲劳曲线（S-N）及疲劳极限的测试方法。

答：疲劳曲线（S-N）通常是用旋转弯曲疲劳试验测定的，用四点弯曲试验机，这种试验机结构简单，操作方面，能够实现对称循环和恒应力幅的要求，因此比较广泛。试验时，用升降法测定条件疲劳极限，用成组试验测定高应力部分，然后将上述两试验数据整理，并

拟合成疲劳曲线，再测得疲劳极限。

6、试述疲劳图的意义、建立及用途。

答：疲劳图是各种循环疲劳极限的集合图，也是疲劳曲线的另一种表达形式。根据平均应力对疲劳极限ζr的影响规律建立疲劳图。建立好疲劳图后，只要我们知道应力比r之后，可以根据疲劳图，得到相应的疲劳极限。

7、试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。

答:宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的，主要有表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。阻止疲劳裂纹萌生方法有：细晶强化、固溶强化，降低第二相和夹杂物的脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，使晶界强化，净化均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。

8、试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。

答：影响疲劳裂纹扩展速率的因素有：应力比r（或平均应力ζm）、过载峰、材料的组织；而影响疲劳裂纹萌生因素有：表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。从两者来看，疲劳裂纹的产生的主要影响因素是由于材料内部缺陷所引起的，而与外载几乎没有关系。

9、试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。

答：疲劳微观断口的主要特征是具有疲劳条带；疲劳条带形成的原因中，比较公认是塑性钝化模型，也称为Laird疲劳裂纹扩展模型，在交变应力为零时裂纹闭合，这是在开始一循环周次时的原始状态。当拉应力增加，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。随着拉应力继续增加到最大值时裂纹张开至最大，塑性变形的范围也随之扩大，即表示裂纹尖端的塑性变形范围。由于塑性变形的结果．裂纹尖端的应力集中减小，裂纹尖端钝化：理想状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面渐被压缩，到压应力为最大值时，裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态，（具体见有关书籍）。这样反复循环，便留下了疲劳条带。

10、试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。

答：通过疲劳裂纹扩展速率表达式，用积分方法算出疲劳裂纹扩展寿命和疲劳剩余寿命；具体步骤如下：计算K I，再计算裂纹临界尺寸a c，最后根据有关公式估算疲劳寿命（详见书本上例题）

11、试述ζ-1与△Kth的异同及各种强化方法影响的异同。

答：ζ-1：指当循环应力水平降低到ζ-1以下时，试样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，它是光滑试样的无限寿命疲劳强度；△Kth表示材料阻止裂纹开始扩展的性能，是材料的力学性能指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好，是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和校核。

12、试述金属表面强化对疲劳强度的影响。

答：金属表面强化处理可在机件表面产生有利的残余应力，同时还以提高机件表面的强度和硬度，这两种作用都能提高疲劳强度（具体见有关书籍）。

13、试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。

答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断增加，即称为循环硬化；循环软化指金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断减小；要产生循环硬化和循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度，还与位错的运动有关。

14、试述低周疲劳的规律及曼森—柯芬关系。

15、试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。

答：多冲疲劳规律是：与低周疲劳相似，在冲击能量高时，材料的冲击疲劳斥力主要取决于塑性；冲击能量低时，冲击疲劳斥力则主要取决于强度。淬火回火钢的冲击疲劳抗力随回火温度不同不是单调变化的，与常规单一力学性能指标之间也不存在对应关系，而是在某一温度下有一个峰值，该峰值随冲击能量增加向高温方向移动。冲击韧度的影响，因材料强度不同而异。对于提高多冲疲劳强度的方法要根据具体材料而定。

16、试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系？

答：热疲劳是由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏。而热机械疲劳是温度循环和机械应力循环叠加所引起的疲劳。欲提高热锻模具的使用寿命，应注意材料的热传导、比热容等热学性质，还要注意材料的弹性和屈服强度等力学性能。

17、正火上浇油45钢的ζb=610MPa, ζ-1=300MPa，试用Goodman公式绘制ζmax(ζmin)-ζm 疲劳图，并确定ζ-0.5、ζ0和ζ0.5等疲劳极限。

18、有一板件在脉动载荷下工作，ζmax=200MPa,ζmin=0,其材料的ζb=670MPa、ζ0.2=600MPa、K1C=104MPa.m1/2,Paris公式中c=6.9×10-12，n=3。0，使用中发现有0.1mm和

1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。

第六章习题与答案

1、解释下列名词

（1）应力腐蚀：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，则称为应力腐蚀。

（2）氢蚀：由于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的现象。

（3）白点：当钢中含有过量的氢时，随温度的降低，氢在钢中的溶解度逐渐减小，如果过饱和的未扩散逸出，便聚集在某些缺陷处形成氢分子。此时氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。这种微裂纹的断面呈圆形和椭圆形，颜色呈银白色，故称为白点。

（4）氢化物致脆：对于ⅣB或ⅤB族金属（如纯钛、α-钛合金、钒、锆、铌及合金），由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成氢化物，使金属脆化。这种脆化称为氢化物致脆。（5）氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。

2、说明下列力学性能指标的意义

（1）ζssc：表征材料不发生应力腐蚀的临界应力。

（2）KⅠssc：应力腐蚀临界应力场强度因子。

（3）KⅠHEC；氢脆临界应力场强度因子。

（4）da/dt：应力腐蚀裂纹扩展速率。

3、试述金属产生应力腐蚀的条件及机理。

答：金属产生应力腐蚀的条件是应力、化学介质和金属材料。

金属产生应力腐蚀产生的机理：主要介绍以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论。对应力腐蚀敏感的合金在特定的化学介质中，首先在表面形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到

腐蚀，即处于钝化状态，因此，在没有应力的作用下，金属不会发生腐蚀破坏。若有拉应力作用，则可使局部地区的钝化膜破裂，显露出新鲜的表面。这个新鲜的表面在电解质溶液中成为阳极，其余具有钝化膜的金属表面成为阴极，从而形成腐蚀微电池。阳极金属变成正离子进入电解质中而产生阳极溶解，于是在金属表面形成蚀坑。拉应力除促使局部地区钝化膜破坏外，更主要的是在蚀坑或原有裂纹的尖端形成应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果裂纹尖端的应力集中始终存在，那么微电池便不断进行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步纵深扩展。

4、分析应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与KⅠ关系曲线，并与疲劳裂纹扩展速率曲线进行比较。

5、某高强度钢的ζ0.2= 1400MPa，在水的介质中的KⅠssc=21.3MPa·m1/2,裂纹扩展到第二阶段的da/dt=2×10-6mm/s，第二阶段结束时的KⅠ＝62MPa·m1/2，该材料制成的机件在水介质中工作，工作拉应力ζ=400MPa。探伤发现该机件表面有半径a0=4mm的半圆形裂纹。试粗略估算其剩余寿命。

6、何为氢致延滞性断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？

答：氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。因为当应变率较低时，若试验温度过低，氢的扩散速率很慢，永远跟不上位错的运动。因此不能形成氢气团，氢也难以聚集，就不会出现氢脆，当温度变大一些，氢的扩散速率与位错运动速率逐步适应，于是塑性开始降低。当温度升到更大的时候，两者运动速率完全吻合，此时塑性最差，对氢脆最敏感。温度再升高时，一方面形成氢气团，同时由于热作用，又促进已聚集的氢原子离开气团向四周均匀扩散，降低了气团对位错的“钉扎”作用，并减少氢偏聚的尝试于是金属的塑性开始上升。当温度更大时，氢气团完全被扩散破坏，氢脆现象完全消除。应变速率对氢脆敏感性的影响也是如此。所以高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现。

7、试述区别高强度钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂的认识方法。

答：可采用极化试验方法，即利用外加电流对静载下产生裂纹时或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀；当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。对于一个已断裂的机件来说，还可从断口形貌上来加以区分。

（具体见书P168）。

8、有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓，采用40B钢调质制成，抗拉强度为1200MPa，承受拉应力650MPa。在使用中，由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。观察断口发现，裂纹从螺纹根部开始，有明显的沿断裂特征，随后是快速脆断部分。断口上较多的腐蚀产物，且有较多的二次裂纹。试分析该螺栓产生断裂的原因，并考虑防止这种断裂的措施。

第七章习题与答案

1、解释下列名词：

（1）磨损：机械表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。

（2）粘着：实际上就是原子间的键合作用。

（3）磨屑：松散的尺寸与形状均不相同的碎屑。

（4）跑合：在稳定磨损阶段前，摩擦副双方表面逐渐被磨平，实际接触面积增大的过程。（5）咬死：在粘着磨损的过程中，常在较软一方本体内产生剪断，其碎片则转较硬一方的表面上，软方金属在硬方表面逐步积累最终使不同金属的摩擦副滑动成为相同金属间的滑动，故磨损量较大，表面较粗糙，发生卡死的现象。

（6）犁皱：韧性金属材料在磨粒磨损后表面的形貌。

（7）耐磨性：材料抵抗磨损的性能。

（8）接触疲劳：机件两接触而作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，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物质损失的现象，又称表面疲劳磨损或疲劳磨损。

2、试比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响。

答：(1)低应力划伤式的磨料磨损，它的特点是磨料作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。生产中的犁伴，及煤矿机械中的刮板输送机油楷磨损情况就是屑于这种类型。(2)高应力辗碎式的磨料磨损，其特点是磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机村板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。

(3)凿削式磨料磨损，其特点是磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑，如挖掘机斗齿及领式破碎机的齿板。3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。

加工硬化对金属材料抗磨粒磨损能力的影响，因磨损类型不同而异。在低应力擦伤性磨粒磨损时，加工硬化对材料的耐磨性没有影响，这是由于磨粒或硬的凸出部分切削金属时，

局部区域产生急剧加工硬化，比预先加工硬化要剧烈得多所致。但在高应力碾碎性磨粒磨损时，加工硬化能显著提高耐磨性，因为此时磨损过程不同于低应力下的情况，表面金属材料主要是通过疲劳破坏而不是切削作用去除的。

3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。

答：粘着磨损是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的，它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损；其机理是摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。随后在继续滑动的过程中，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下来便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方粘着，随后也被剪断的过程，构成了磨损过程。

4、滑动速度和接触压力对磨损量有什么影响？

答：滑动速度和接触压力越大，磨损量会越大（具体见有关书籍）。

5、比较粘着磨损、磨粒磨损和微动磨损摩擦面的形貌特征。

答：三者相比，磨粒磨损的特征最明显；磨粒磨损面的形貌特征主要是摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽；（具体见有关书籍）

6、试比较接触疲劳和普通机械疲劳的异同。

答：接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承，钢轨和轮箍，凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)表面在接触压应力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象，表现为接触表面出现许多针状或痘状的凹坑，称为麻点，也叫点蚀或麻点磨损；而普通机械疲劳指的是在交变应力作用下的损坏。

7、列表说明金属接触疲劳三种破坏形式的机理和特征。`

材料力学考试题库

材料力考试题 姓名学号 一、填空题：（每空1分，共计38分） 1、变形固体的变形可分为：弹性变形和塑性变形。 2、构件安全工作的基本要求是：构件必须具有足够的强度、足够刚度 和足够稳定性。 3、杆件变形的基本形式有拉（压）变形、剪切变形、扭转变形 和弯曲变形。 4、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是拉伸变形；汽车行驶时，传动轴的变 形是扭转变形；教室中大梁的变形是弯曲变形；螺旋千斤顶中的螺杆受压杆受压变形。 5、图中σ——ε曲线上，对应p点的应力为比例极限，符号__σp__、对应y 点的应力称为屈服极限，符号_σs__、对应b点的应力称为强化极限符号_σb ___ __。 k 6、内力是外力作用引起的，不同的外力引起不同的内力，轴向拉、压变形时 的内力称为轴力。剪切变形时的内力称为剪力，扭转变形时内力称为扭矩，弯曲变形时的内力称为弯矩。 7、下图所示各杆件中受拉伸的杆件有 AB、BC、CD、AD ；受力压缩杆件有 BE 。

8、胡克定律的两种表达式为EA L N l ?=?和εσE =。E 称为材料的 弹性模量 。它是衡量材料抵抗 变形 能力的一个指标。E 的单位为MPa ，1 MPa=_106_______Pa 。 9、衡量材料强度的两个重要指标是 屈服极限 和 强化极限 。 10、通常工程材料丧失工作能力的情况是：塑性材料发生 屈服 现象， 脆性材料发生 强化 现象。 11、挤压面为平面时，计算挤压面积按 实际面积 计算；挤压面为半圆柱面的 投影 面积计算。 12、在园轴的抬肩或切槽等部位，常增设 圆弧过渡 结构，以减小应力集中。 13、扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度；各横截面绕轴线转动了不同 的角度，相邻截面产生了 转动 ，并相互错动，发生了剪切变形，所以横截面上有 剪 应力。 14、因半径长度不变，故切应力方向必与半径 垂直 由于相邻截面的间距不 变，即园轴没有 伸长或缩短 发生，所以横截面上无 正 应力。 15、长度为l 、直径为d 的圆截面压杆，两端铰支，则柔度λ为 ，若压 杆属大柔度杆，材料弹性模量为E ，则临界应力σ cr 为______________。 二、 判断题：（每空1分，共计8分） 1、正应力是指垂直于杆件横截面的应力。正应力又可分为正值正应力和负值正 应力。 （ √） 2、构件的工作应力可以和其极限应力相等。 （ × ） 3、设计构件时，须在满足安全工作的前提下尽量节省材料的要求。 （ √ ） 4、挤压面的计算面积一定是实际积压的面积。 （ × ）

工程材料力学性能习题答案模板

《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社第2版 第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功: 金属材料吸收弹性变形功的能力, 一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性: 金属材料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, 也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性: 金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应: 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形, 卸载后再同向加载, 规定残余伸长应力增加; 反向加载, 规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面: 这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6．塑性: 金属材料断裂前发生不可逆永久( 塑性) 变形的能力。 韧性: 指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶: 当解理裂纹与螺型位错相遇时, 便形成一个高度为b 的台阶。 8.河流花样: 解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。

9.解理面: 是金属材料在一定条件下, 当外加正应力达到一定数值 后, 以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂, 因与大理石断 裂类似, 故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂: 穿晶断裂的裂纹穿过晶内, 能够是韧性断裂, 也能够 是脆性断裂。 沿晶断裂: 裂纹沿晶界扩展, 多数是脆性断裂。 11.韧脆转变: 具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时, 冲击 吸收功明显下降, 断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂, 这种 现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性: 理想的弹性体是不存在的, 多数工程材料弹性 变形时, 可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等 现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、 弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、说明下列力学性能指标的意义。 答: E弹性模量G切变模量 σ规定残余伸长应力2.0σ屈服强 r 度 δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n 应变硬化指数gt 【P15】 3、金属的弹性模量主要取决于什么因素? 为什么说它是一个对组 织不敏感的力学性能指标? 答: 主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑 性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小, 可是不改 变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了, 原子的本性和

材料力学性能考试题及答案

07 秋材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1.材料硬度的测定方法有、和。 2.在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有,中心处切 应力为,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；塑性材料切口根 部裂纹形成准则遵循断裂准则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉 应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。 9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。

11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和 。 二、选择：（每题1分，总分15分） （）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a)高b)低c) 相等d) 不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／ 30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （）4.对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 （）5.下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7.下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而 它是最危险的一种断裂方式。

材料力学试题及参考答案-全

精心整理 江苏科技大学 学年第二学期材料力学试题(A 卷) 一、 选择题（20 分 ） 1 A 1和A 22时需考虑下列因素中的哪几个？答：（1ρdA （2（3（4A 、（1、全部 3A 、σ B 、2σ C 、3σ D 、4σ 4、高度等于宽度两倍(h=2b)的矩形截面梁，承受垂直方向的载荷，若仅将竖放截面改为平放截面，其它条件都不变，则梁的强度（） A 、提高到原来的2倍 B 、提高到原来的4倍 C 、降低到原来的1/2倍 题一、3图 ---------------------------------------------------密封线内不准答题------------------------------------------------------------- 题一、4 题一、1

D 、降低到原来的1/4倍 5.已知图示二梁的抗弯截面刚度EI 相同，若二者自由端的挠度相等，则P 1/P 2=（） A 、2 B 、4 C 、8 D 、16 轴线成 四、，皮带轮直径D =250mm ，主轴外伸部分长度为， ，用第三强度理论校核轴的强度。（15分） 的重物自由下落在图示刚架C 点，设刚架的抗弯刚度为EI D 处4，求BD 用欧拉公式判断BD 杆是否失稳。（20分） 江苏科技大学 学年第二学期材料力学试题(B 卷) 二、 选择题（20 分 题一、5图 三题图 六题图 五题图 四题图 -------------------------------密封线内不准答题------------------------------------------------------------- -------------------------------------------

工程材料力学性能课后习题答案

《工程材料力学性能》（第二版）课后答案 第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料 能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限 (σP)或屈服强度(σS)增加；反向加载时弹性极限(σP)或屈服 强度(σS)降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包申格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包申格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。

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课程名称:《材料力学》 一、判断题(共266小题） 材料力学主要研究杆件受力后变形与破坏的规律。（ A ） 2、内力只能是力。（ B ） 3、若物体各点均无位移，则该物体必定无变形。（ A ） 4、截面法是分析应力的基本方法。（ B ） 5、构件抵抗破坏的能力，称为刚度。（ B ） 6、构件抵抗变形的能力，称为强度。( B ) 7、构件在原有几何形状下保持平衡的能力，称为构件的稳定性。（ A ） 8、连续性假设，是对变形固体所作的基本假设之一。（ A ） 9、材料沿不同方向呈现不同的力学性能，这一性质称为各向同性。（ B ） 10、材料力学只研究处于完全弹性变形的构件。（ A ） 11、长度远大于横向尺寸的构件，称为杆件。（ A ） 12、研究构件的内力，通常采用实验法。（ B ） 13、求内力的方法，可以归纳为“截-取-代-平”四个字。 （ A ） 14、1MPa=109Pa=1KN/mm2。（ B ） 15、轴向拉压时 45o斜截面上切应力为最大，其值为横截面上正应力的一半（ A ） 16、杆件在拉伸时，纵向缩短，ε<0。（ B ） 17、杆件在压缩时，纵向缩短，ε<0；横向增大，ε'>0。（ A ） 18、σb是衡量材料强度的重要指标。（ A） 19、δ=7%的材料是塑性材料。（ A ） 20、塑性材料的极限应力为其屈服点应力。（ A ）21、“许用应力”为允许达到的最大工作应力。（ A ） 22、“静不定系统”中一定存在“多余约束力”。（ A ） 23、用脆性材料制成的杆件，应考虑“应力集中”的影响。 （ A ） 24、进行挤压计算时，圆柱面挤压面面积取为实际接触面的正投影面面积。（ A ） 25、冲床冲剪工件，属于利用“剪切破坏”问题。（ A ） 26、同一件上有两个剪切面的剪切称为单剪切。（ B ） 27、等直圆轴扭转时，横截面上只存在切应力。（ A ） 28、圆轴扭转时，最大切应力发生在截面中心处。（ B ） 29、在截面面积相等的条件下，空心圆轴的抗扭能力比实心圆轴大。（ A ） 30、使杆件产生轴向拉压变形的外力必须是一对沿杆件轴线的集中力。（ B ） 31、轴力越大，杆件越容易被拉断，因此轴力的大小可以用来判断杆件的强度。（ B ） 32、内力是指物体受力后其内部产生的附加相互作用力。 （ A ） 33、同一截面上，σ必定大小相等，方向相同。（ B ） 34、杆件某个横截面上，若轴力不为零，则各点的正应力均不为零。（ B ） 35、δ、值越大，说明材料的塑性越大。（ A ） 36、研究杆件的应力与变形时，力可按力线平移定理进行移动。（ B ） 37、杆件伸长后，横向会缩短，这是因为杆有横向应力存在。 （ B ） 38、线应变的单位是长度。（ B ） 第１页

材料力学性能课后习题答案

1弹性比功： 金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性： 金属材料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，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性： 金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．xx效应： 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面： 这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性： 金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性： 指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶： 当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样： 解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。 9.解理面： 是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂： 穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂： 裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变： 具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性： 理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答： 主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。 1、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？

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第8章 压杆稳定 一、选择题 1、长方形截面细长压杆，b /h ＝1/2；如果将b 改为h 后仍为细长杆，临界力F cr 是原来的多少倍？有四种答案，正确答案是（C ）。 cr h h h （A ）2倍； （B ）4倍；（C ）8倍；（D ）16倍。 解答：因为 ， 2、压杆下端固定，上端与水平弹簧相连，如图，则压杆长度系数μ的范围有四种答案，正确答案是（D ）。 （A ）0.5μ<；（B ）0.50.7μ<<；（C ）0.72μ<<；（D ）0.52μ<<。 3、图示中心受压杆（a ）、（b ）、（c ）、（d ）。其材料、长度及抗弯刚度相同。两两对比。临界力相互关系有四种答案，正确答案是（C ）。 () 2cr 2 E F I ul π= 31 12 I bh =

(a) (b) (c) (d) （A）(F cr)a > (F cr)b，(F cr)c < (F cr)d；（B）(F cr)a < (F cr)b，(F cr)c > (F cr)d； （C）(F cr)a > (F cr)b，(F cr)c > (F cr)d；（D）(F cr)a < (F cr)b，(F cr)c < (F cr)d。 4、图示（a）、（b）两细长压杆材料及尺寸均相同，压力F由零以同样速度缓慢增加，则失稳先后有四种答案，正确答案是（B）。 （A）（a）杆先失稳；（B）（b）杆先失稳； （C）（a）、（b）杆同时失稳；（D）无法比较。 5、细长压杆，若其长度系数μ增加一倍，则压杆临界力F cr的变化有四种答案，正确答案是（C）。（A）增加一倍；（B）为原来的四倍； （C）为原来的四分之一；（D）为原来的二分之一。 解答： 6、两端球铰的正方形截面压杆，当失稳时，截面将绕哪个轴转动，有四种答案，正确答案是（D）。 () 2 cr2 E F I ul π =

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第一章习题答案 一、解释下列名词 1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 2、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。 3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。 4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现ζ e 升高或降低的现 象。 5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力 7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶； 8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。 9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。 10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。 11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。 二、说明下列力学指标的意义 1、E(G): E(G)分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。 2、Z r 、Z 0.2、Z s: Z r :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的 残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。ζ 0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 Z S:表征材料的屈服点。 3、Z b韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。 4、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬 化行为的性能指标。 5、3、δ gt、ψ : δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。 Δgt 是最大试验力的总伸长率，指试样拉伸至最大试验力时标距的总伸长与原始标距的百

2019年材料力学考试题库及答案

材料力考试题及答案 一、填空题：（每空1分，共计38分） 1、变形固体的变形可分为：弹性变形和塑性变形。 2、构件安全工作的基本要求是：构件必须具有足够的强度、足够刚度 和足够稳定性。 3、杆件变形的基本形式有拉（压）变形、剪切变形、扭转变形 和弯曲变形。 4、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是拉伸变形；汽车行驶时，传动轴的变 形是扭转变形；教室中大梁的变形是弯曲变形；螺旋千斤顶中的螺杆受压杆受压变形。 5、图中σ——ε曲线上，对应p点的应力为比例极限，符号__σp__、对应y 点的应力称为屈服极限，符号_σs__、对应b点的应力称为强化极限符号_σb ___ __。 k 6、内力是外力作用引起的，不同的外力引起不同的内力，轴向拉、压变形时 的内力称为轴力。剪切变形时的内力称为剪力，扭转变形时内力称为扭矩，弯曲变形时的内力称为弯矩。 7、下图所示各杆件中受拉伸的杆件有 AB、BC、CD、AD ；受力压缩杆件有 BE 。

8、胡克定律的两种表达式为EA L N l ?=?和εσE =。E 称为材料的 弹性模量 。它是衡量材料抵抗 变形 能力的一个指标。E 的单位为MPa ，1 MPa=_106_______Pa 。 9、衡量材料强度的两个重要指标是 屈服极限 和 强化极限 。 10、通常工程材料丧失工作能力的情况是：塑性材料发生 屈服 现象， 脆性材料发生 强化 现象。 11、挤压面为平面时，计算挤压面积按 实际面积 计算；挤压面为半圆柱面的 投影 面积计算。 12、在园轴的抬肩或切槽等部位，常增设 圆弧过渡 结构，以减小应力集中。 13、扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度；各横截面绕轴线转动了不同 的角度，相邻截面产生了 转动 ，并相互错动，发生了剪切变形，所以横截面上有 剪 应力。 14、因半径长度不变，故切应力方向必与半径 垂直 由于相邻截面的间距不 变，即园轴没有 伸长或缩短 发生，所以横截面上无 正 应力。 15、长度为l 、直径为d 的圆截面压杆，两端铰支，则柔度λ为 ，若压 杆属大柔度杆，材料弹性模量为E ，则临界应力σ cr 为______________。 二、 判断题：（每空1分，共计8分） 1、正应力是指垂直于杆件横截面的应力。正应力又可分为正值正应力和负值正 应力。 （ √） 2、构件的工作应力可以和其极限应力相等。 （ × ） 3、设计构件时，须在满足安全工作的前提下尽量节省材料的要求。 （ √ ） 4、挤压面的计算面积一定是实际积压的面积。 （ × ）

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07秋材料力学性能 得分一、填空：（每空 1 分, 总分 25 分） 1.材料硬度的测定方法有、和。 2.在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下 , 在圆杆横截面上无正应力而只有, 中心处切应力为,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则； 塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加 拉应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。 9 ．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分 为、和腐蚀磨损等。

10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。 11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和 。 得分 二、选择：（每题 1 分，总分 15 分） （）1.下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温b)耐腐蚀c)耐磨损d) 塑性好 （）2.对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a)高b)低c)相等d)不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150 的正确表示应为 a) 150HBW10／ 3000 ／ 30b)150HRA3000／ l0 ／ 30 c)150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0 ／3000／ 30 （）4. 对同一种材料，δ5比δ10 a)大b)小c)相同d)不确定 （）5.下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件b)灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢d)陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45 钢 b) 40Cr钢c) 35CrMo钢d)灰铸铁

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材料力学题库及答案 【篇一：很经典的几套材料力学试题及答案】 若真不及格，努力下次过。 命题负责人：教研室主任： 【篇二：大学期末考试材料力学试题及答案】 1、拉杆伸长后，横向会缩短，这是因为杆有横向应力的存在。() 2、圆截面杆件受扭时，横截面上的最大切应力发生在横截面离圆心最远处。() 3、两梁的跨度、承受载荷及支承相同，但材料和横截面面积不同，因而两梁的剪力图和弯矩图不一定相同。() 4、交变应力是指构件内的应力，它随时间作周期性变化，而作用在构件上的载荷可能是动载荷，也可能是静载荷。() 5、弹性体的应变能与加载次序无关，只与载荷的最终值有关。（） 6、单元体上最大切应力作用面上必无正应力。() 7、平行移轴公式表示图形对任意两个相互平行轴的惯性矩和惯性积之间的关系。（）8、动载荷作用下，构件内的动应力与材料的弹性模量有关。() 9、构件由突加载荷所引起的应力，是由相应的静载荷所引起应力的两倍。() 10、包围一个点一定有一个单元体，该单元体各个面上只有正应力而无切应力。() 二、选择题（每个2分，本题满分16分） f 1．应用拉压正应力公式??n的条件是（）。

aa、应力小于比例极限；b、外力的合力沿杆轴线；c、应力小于弹性极限；d、应力小于屈服极限。 (a)(b) 2．梁拟用图示两种方式搁置，则两种情况下的最大弯曲正应力之比?m（）。axmax 为 a、1/4； b、1/16； c、1/64；d (a) (b) 3、关于弹性体受力后某一方向的应力与应变关系有如下论述：正确的是 a、有应力一定有应变，有应变不一定有应力； b、有应力不一定有应变，有应变不一定有应力； c、有应力不一定有应变，有应变一定有应力； d、有应力一定有应变，有应变一定有应力。 4、火车运动时，其轮轴横截面边缘上危险点的应力有四种说法，正确的是。a：脉动循环应力：b：非对称的循环应力；c：不变的弯曲应力；d：对称循环应力 5、如图所示的铸铁制悬臂梁受集中力f作用，其合理的截面形状应为图（b） 6、对钢制圆轴作扭转校核时，发现强度和刚度均比规定的要求低了20%，若安全因数不变，改用屈服极限提高了30%的钢材，则圆轴的（c ）a、强度、刚度均足够；b、强度不够，刚度足够；c、强度足够，刚度不够；d、强度、刚度均不够。 7、图示拉杆的外表面上有一斜线，当拉杆变形时，斜线将d。a：平动；b：转动c：不动；d：平动加转动 8、按照第三强度理论，比较图中两个应力状态的相的是（a ）。（图中应力单位为mpa）a、两者相同；b、（a）大；b、c、（b）大； d、无法判断一、判断：

材料力学性能-第2版课后习题答案

第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料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，也就是应变落后于应力的现象。3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的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；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 7、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 8、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 9、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。【P32】 答： 2 12?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。

材料力学性能试题集

判断 1.由内力引起的内力集度称为应力。（×） 2.当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。（√） 3.工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力条件下产生的弹性变形就越大。（×） 4.弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。（√） 5.滑移面和滑移方向的组合称为滑移系，滑移系越少金属的塑性越好。（×） 6.高的屈服强度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能。（×） 7.固溶强化的效果是溶质原子与位错交互作用及溶质浓度的函数，因而它不受单相固溶合金（或多项合金中的基体相）中溶质量所限制。（×） 8.随着绕过质点的位错数量增加，留下的位错环增多，相当于质点的间距减小，流变应力就增大。（√） 9.层错能低的材料应变硬度程度小。（×） 10.磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以腐蚀的危害最大。（×） 11.韧性断裂用肉眼或放大镜观察时断口呈氧化色，颗粒状。（×） 12.脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，长呈放射状或结晶状。（√） 13.决定材料强度的最基本因素是原子间接合力，原子间结合力越高，则弹性模量、熔点就越小。（×） 14.脆性金属材料在拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零。（√） 15.脆性金属材料在压缩时除产生一定的压缩变形外，常沿与轴线呈45°方向产生断裂具有切断特征。（√） 16.弯曲试验主要测定非脆性或低塑性材料的抗弯强度。（×） 17.可根据断口宏观特征，来判断承受扭矩而断裂的机件性能。（√） 18.缺口截面上的应力分布是均匀的。（×） 19.硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。（√）

材料力学考题

1、简易起重设备中，AC杆由两根80?80?7等边角钢组成，AB杆由两根10号工字钢组成.材料为Q235钢，许用应力[?]=170M Pa.求许可荷载[F]. 解：(1)取结点A为研究对象，受力分析如图所示. 结点A的平衡方程为 2、图示空心圆轴外径D=100mm，内径d=80mm，M1=6kN·m，M2=4kN·m，材料的剪切弹性模量G=80GPa. (1)画轴的扭矩图； (2)求轴的最大切应力，并指出其位置. 3、一简支梁受均布荷载作用，其集度q=100kN/m,如图所示.试用简易法作此梁的剪力图和弯矩图. 解:(1)计算梁的支反力 将梁分为AC、CD、DB三段.AC和DB上无荷载,CD段有向下的均布荷载. 4、T形截面铸铁梁的荷载和截面尺寸如图所示.铸铁的抗拉许用应力为 [?t]=30MPa,抗压许用应力为[?c]=160MPa.已知截面对形心轴Z的惯性矩为 Iz=763cm4,y1=52mm,校核梁的强度. 5、图示一抗弯刚度为EI的悬臂梁,在自由端受一集中力F作用.试求梁的挠曲线方程和转角方程,并确定其最大挠度和最大转角 将边界条件代入(3)(4)两式中,可得梁的转角方程和挠曲线方程分别为

6、简支梁如图所示.已知mm截面上A点的弯曲正应力和切应力分别为?=-70MPa， ?=50MPa.确定A点的主应力及主平面的方位. 解：把从A点处截取的单元体放大如图 7、直径为d=0.1m的圆杆受力如图,T=7kNm,F=50kN,材料为铸铁，[?]=40MPa,试用第一强度理论校核杆的强度. 8、空心圆杆AB和CD杆焊接成整体结构，受力如图。AB杆的外径D=140mm，内、外径之比α=d/D=0.8，材料的许用应力[?]=160MPa。试用第三强度理论校核AB杆的强度 解：(1)外力分析将力向AB杆的B截面形心简化得 AB杆为扭转和平面弯曲的组合变形 (2)内力分析--画扭矩图和弯矩图,固定端截面为危险截面 9、压杆截面如图所示。两端为 柱形铰链约束，若绕y轴失稳可视为两端固定，若绕z轴失稳可视为两端铰支。已知，杆长l=1m,材料的弹性模量E=200GPa，?p=200MPa。求压杆的临界应力。 1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截面轴力FN，横截面面积A，拉应力 为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a从x轴正方向逆时针转至外法线的方位 角为正）

材料力学性能课后标准答案(时海芳任鑫)

第一章 1.解释下列名词①滞弹性：金属材料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，也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移, 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ 0.2（屈服强度）；（3）ζ b （抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率） 4.常用的标准试样有5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。 6.今有45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消

材料力学性能课程 部分习题

<第一章习题> 1. 解释下列名词(复习)： （1）弹性比功，（2）滞弹性，（3）循环韧性，（4）包申格效应，（5）解理刻面，（6）塑性、韧性和脆性，（7）解理面，（8）穿晶断裂和沿晶断裂，（9）韧脆转变 2. 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 3. 决定材料屈服强度的因素有哪些？（复习） 4. 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 5. 断裂强度与抗拉强度有何区别？ <第二章习题> 1．解释下列名词（复习）： （1）应力状态软性系数，（2）缺口效应，（3）缺口敏感度，（4）布氏硬度，（5）洛氏硬度，（7）维氏硬度。 2．说明下列力学性能指标的意义（做）： （1）σbc，（2）σbb，（3）τs，（4）NSR，（5）HBS，（6）HBW，（7）HV，（8）HK，（9）HS，（10）HL 3. 试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。 4. 试述脆性材料弯曲试验的特点及其应用。 5. 试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的试验原理，并比较布氏、洛氏与维氏硬度试验方法的优缺点。 <第三章习题> 1. 解释下列名词（复习）： （1）冲击韧度，（2）冲击吸收功，（3）低温脆性，（4）韧脆转变温度，（5）韧性温度储备。 2. 说明下列力学性能指标的意义（做）： （1）A K、A KV和A KU，（2）FATT50，（3）NDT，（4）FTE，（5）FTP。 3. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素（做）。 4. 简述根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺点。 <第四章习题> 1. 解释下列名词（复习）： （1）低应力脆断，（2）张开型（I型）裂纹，（3）应力强度因子K I，（4）塑性区，（5）有效裂纹长度，（6）裂纹扩展K判据，（7）裂纹扩展G判据。 2. 说明下列力学性能指标的意义（做）： （1）K IC和K C，（2）G IC，（3）J IC。 3. 试述低应力脆断的原因及防止方法。 4. 试述应力场强度因子的意义及典型裂纹KI的表达式。 5. 试述K IC的测试原理及其对试样的基本要求。 6. 试述K IC与材料强度、塑性之间的关系（做）。

材料力学试题库

材料力学试题库

1、以下列举的实际问题中，属于强度问题的是（ ）；属于刚度问题的是 （ ）；属于稳定性问题的是（ ） 【 】【 】【 】 A ．旗杆由于风力过大而产生不可恢复的永久变形 B ．自行车链条拉长量超过允许值而打滑 C ．桥梁路面由于汽车超载而开裂 D ．细长的千斤顶螺杆因压力过大而弯曲 2、虎克定律使用的条件是（ ） 【 】 A 、σ＜σp B 、σ＞σp C 、σ＜σs D 、σ＞σs 3、一等直杆在两端承受拉力作用，若其一半为钢，一半为铝，则两段的（ ）。 【 】 A 、内力相同，变形相同 B 、内力相同，变形不同 C 、内力不同，变形相同 D 、内力不同，变形不同 4、如图所示，设杆内最大轴力和最小轴力分别为Nmax F 和Nmin F ，则下列结论正确的是 【 】 A 、Nmax F =50KN ，Nmin F =5KN ； B 、Nmax F =55KN ，Nmin F =40KN ； C 、Nmax F =55KN ，Nmin F =25KN ； D 、Nmax F =20KN ，Nmin F =-5KN ；

.B 22 1ql m ql F A A = = .C 2ql m ql F A A == . D 23 1 ql m ql F A A == 1、根据圆轴扭转时的平面假设，可以认为圆轴扭转时横截面（ ）。 【 】 A 、形状尺寸不变，直径线仍为直线。 B 、形状尺寸改变，直径线仍为直线。 C 、形状尺寸不变，直径线不保持直线。 D 、形状尺寸改变，直径线不保持直线。 2、虎克定律使用的条件是（ ） 【 】 A 、σ＜σp B 、σ＞σp C 、σ＜σs D 、σ＞σs 3、一等直杆在两端承受拉力作用，若其一半为钢，一半为铝，则两段的（ ）。 【 】 A 、内力相同，变形相同 B 、内力相同，变形不同 C 、内力不同，变形相同 D 、内力不同，变形不同 4、如图所示，设杆内最大轴力和最小轴力分别为Nmax F 和Nmin F ，则下列结论正确的是 【 】 A 、Nmax F =50KN ，Nmin F =5KN ； B 、Nmax F =55KN ，Nmin F =40KN ； C 、Nmax F =55KN ，Nmin F =25KN ； D 、Nmax F =20KN ，Nmin F =-5KN ；

材料力学性能复习题

一、什么是蠕变，蠕变变形的机理是什么？ 蠕变就是金属在长时间恒温、恒载荷作用下，缓慢地产生塑性变形的现象。金属的蠕变变形主要是通过位错滑移，原子扩散等机理进行的。其中位错滑移蠕变是由于在高温下位错借助外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些短程障碍，从而使变形不断产生，其中高温下的热激活能过程主要是刃型位错的攀移；原子扩散蠕变是在较高温度下晶体内空位将从受拉应力晶界向受压应力晶界迁移，原子则朝相反方向流动，致使晶体逐渐产生伸长的蠕变。二、什么是脆性断裂？什么是应力腐蚀现象，防止应力腐蚀的措施有哪些？ 脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本不发生什么塑性变形，没有明显的征兆，危害性很大。 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，称为应力腐蚀现象 防止应力腐蚀的措施1.合理选择金属材料针对机件所受的应力和接触的化学介质，选用耐应力腐蚀的金属材料并尽可能选择较高的合金。2.减少或消除机件中的残余拉应力应尽量减少机件上的应力集中效应，加热和冷却都要均匀。必要时可采用退火工艺以消除应力。如果能采用喷丸或者其他表面处理方法，使机件表层中产生一定的残余应力，则更为有效。3.改善化学介质一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，另一方面，也可以在化学介质中添加缓蚀剂。4.采用电化学保护采用外加电位的方法，使金属在化学介质中的电位远离应力腐蚀敏感电位区域，一般采用阴极保护法，但高强度钢或其他氢脆敏感的材料，不能采用阴极保护法。 三、什么是应力软性系数？计算单向拉伸、单向压缩和扭转变形的应力状态软性系数。 最大切应力与最大正应力的比值来表示它们的相对大小，称为应力软性系数，记为 用来描述金属材料在某应力状态下的"软"和"硬"，越大表示应力状态越"软"，金属越容易产生塑性变形和韧性断裂。反之，越小表示应力状态越"硬"，金属越不易产生塑性变形和韧性断裂 对于金属材料 单向拉伸时=，=0，=0 :=0.5 单向压缩时=0，=0，=-:=2 扭转变形时=，=0，=-:=0.8 四、简述粘着磨损的机理，什么情况产生粘着磨损。 在滑动摩擦条件下，由于摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小的载荷，在真是接触面上的局部应力就足以引起塑性变形，若接触表面洁净未被腐蚀，则局部塑性变形会使两个基础面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着，实际上就是原子间的键合作用。随后在继续滑动时，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方产生粘，随后也被剪断、转移，如此粘着→剪断→转移→再粘着循环不已，这就构成粘着磨损过程。 粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的。它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以至接触应力超过实际接触点处屈服强度的条件下而产生的一种磨损。 五、金属疲劳断裂有哪些特征？什么是疲劳裂纹扩展门槛值？简述疲劳裂纹扩展至断裂的过程。影响疲劳强度的主要因素有哪些？ 金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象称为疲劳。特点：（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，当应力低于某一临界时，寿命