2013年材料力学性能考试试卷

中南大学考试试卷（答案）2013--2014学年第一学期时间100分钟2013年12月06日《材料力学性能与测试》课程24学时1.5学分考试形式：开卷专业：姓名总分100分，占总评成绩70%一、选择题（在括号中正确的打“√”，错误的打“×”；共15分每题1分）1弹性应力与应变的关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系。(√)2金属塑性越大意味材料服役时安全性越高，故塑性是重要的安全设计指标。(×)3一般来讲，拉伸要比弯曲的屈服强度高，三向不等拉伸下的屈服强度最高。(×)4材料的强度是显示了该材料对塑性变形和断裂的抗力。(√)5ψ反映材料断裂前的最大塑性变形量，ψ比δ对组织变化更为敏感。(√)6材料上的缺口引起缺口前沿应力集中，使塑性材料出现“缺口强化”，强度提高。(√)7圆柱试样承受扭矩进行扭转时，所受切应力在试样横截面上是均匀分布的。(×)8在冲击载荷作用，使许多位错源同时开动，因此提高了金属的塑性变形能力。(×)9t50反映裂纹扩展变化特征，可定性评定材料在裂纹扩展中吸收能量的能力。(√)10具有密排六方或面心立方结构的金属材料普遍存在着低温脆性。(×)11高强度材料的切口敏感性可用NSR来描述，脆性材料对切口是绝对敏感的。(√)12韧性断裂多数是微孔聚集型断裂，脆性断裂主要表现为沿晶断裂或解理断裂。(√)13材料洛氏硬度为60HRB，则表示用B标尺(施加总试验力980.7N)，硬度值60。(√)14低周疲劳时通常应力水平较低，材料的疲劳断裂寿命因此也较长。(×)15金属的最大均匀塑性变形是评定冲压用板材极限变形程度的重要参数。(√)二、名词解释（每题：4分，共20分）1、比例极限——应力与应变之间呈线性关系所对应的最大强度值。2、弹性模量——弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。弹性模量被称之为材料的刚度，它主要决定于金属原子的本性和晶格类型。3、应变强化——在塑性加工变形时金属材料的强度随之增大的现象。4、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。5、疲劳寿命——金属材料断裂前所能承受变动循环应力的周次或次数。三、名词概念比较（每题：6分，共24分）1、工程应力与真实应力工程应力σb用材料所承受载荷F除以原始横截面积A0来表示，真实应力S则是用材料所承受载荷F除以瞬时横截面积A来描述。两者之间有关系：S=σb(1+ε)，其中ε为工程应变。2、断后延长率与断面收缩率断后伸长率是试样拉断后标距伸长与原始标距的百分比，用δ表示；断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用ψ表示；两者均是材料的塑性指标，但在拉伸形成缩颈时，则用ψ作塑性指标为宜，ψ比δ对组织变化更敏感。3、脆性断裂与韧性断裂金属材料断裂是突然发生的，在断裂前基本不发生塑性变形的谓之脆性断裂。沿晶断裂或解理断裂属于脆性断裂；断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的谓之韧性断裂；这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，断口常呈纤维状、暗灰色。4、应力场强度因子KI与断裂韧度KIC应力场强度因子KI是决定应力场强弱的一个复合力学参量（张开型裂纹），KI=Yσ√a,它与材料无关，而和载荷、试样尺寸有关；。当KI达到临界值时，谓之该材料的断裂韧度KIC；它表示材料抵抗断裂的能力，是力学性能指标，只和材料成分、组织结构有关。四、问答计算题（共41分）1、决定金属屈服强度的内在因素有哪些？如何通过拉伸试验测定金属的屈服强度？答（略）上屈服强度(ReH)试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。下屈服强度(ReL)在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。（7分）2、比较单向拉伸、扭转、弯曲，压缩试验的特点。试问硬质合金产品应选择那种试验方法测定材料的性能较合适？（8分)答（略）3、试说明金属低温脆性的本质。解释为什么有些材料会有明显的韧脆转变温度？答（略）p65（8分）4、试述裂纹尖端塑性区产生的原因。塑性区对应力场强因子KI如何影响？在什么条件下且如何对KI进行修正？（8分）答（略）p92p755、火箭壳体材料经不同热处理：A处理下σ0.2=1750MPa，KIC=76MPa√m；B处理下，σ0.2=2000MPa，KIC=49MPa√m。焊接后均出现纵向表面半椭圆裂纹，尺寸为a＝1.0mm，a／2c＝0.3，壳体承受很高的工作应力，其周向工作拉应力达σ＝1500MPa。这两种制度热处理后壳体是否安全？（10分）答(1)σ/σ0.2=1500/1750=0.850.7需要修正。a／c＝0.6由于KI=1.1σ√πa/√Ф2-0212(σ/σ0.2)2=1.1σ√πa/√Q(平面应变)故可求得σc=KIc√Q/1.1√πa=76×√1.62-0.212×0.852/1.1√π0.001=151.92工作应力故工件是安全的同理计算(2)σ/σ0.2=1500/2000=0.750.7（略）有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m，计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹的最小长度。（K=σ(πa)1/2)（10分）1）试述δ，ψ两种塑性指标评定金属材料塑性的优缺点。P372）板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？8、板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状，板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，其尖端指向裂纹源。板材厚度8mm若进行布氏硬度测试试问试样至少厚度为多少才能满足硬度测试要求。