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材料力学性能期试卷和答案

来源:互联网 时间:2021-03-05 阅读: 手机版

材料力学性能期试卷和答案 本文关键词:试卷,答案,力学性能,材料

材料力学性能期试卷和答案 本文简介:中原工学院重修标识2009~2010学年第1学期A卷材科专业材料的力学性能课程期末试卷题号一二三四五六七八九十总分一、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,_______________,_____________

材料力学性能期试卷和答案 本文内容:

重修标识

2009~2010

学年

1

学期

A卷

材科

专业

材料的力学性能

课程期末试卷

题号

总分

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“ú”,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。

)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。

)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。

)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。

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。

3、生产上为了降低机械噪声,对有些机件应选用(

)高的材料制造,以保证机器稳定运转。

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(

)三个区域组成。

A、剪切唇;

B、瞬断区;

C、韧断区;

D、脆断区。

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;

B、0.5;

C、1;

D、2。

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

3

页,此页为

A

卷第

1

(注:参加重修考试者请在重修标识框内打钩)

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(

)和断裂功的能力。

A、塑性变形功;

B、弹性变形功;

C、弹性变形功和塑性变形功;

D、冲击变形功

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(

)阶段。

A、弹性;

B、屈服;

C、均匀塑性变形;

D、断裂。

9、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段:(

)、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。

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。

A、弹性变形;

B、塑性变形;

C、应力;

D、屈服强度。

四、名词解释:(每题5分,共20分)

1、形变强化与滞弹性

2、应力腐蚀断裂与应力腐蚀门槛值

3、变动载荷与过载损伤区

4、临界裂纹尺寸与裂纹尖端张开位移

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。

2、简述σ-1和ΔKth的异同点,并画出疲劳裂纹扩展速率曲线。

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

3

页,此页为

A

卷第

2

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。

六、综合计算题:(每题10分,20分)

已知平面应变修正公式为:,1、一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ=

σ(πa)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。

2、已知某材料的γs=2J/m2,E=2×105MPa,2.5×10-10m,

(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

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

3

页,此页为

A

卷第

3

A卷

2009~2010学年

1

学期

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,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“ú”,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。(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)

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,由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。(2.5分)

(1、画图2分,标注3分)

(2、画图2.5分)

2、简述σ-1和ΔKth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);ΔKth

(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)

(画图2.5分)

本试卷答案共

2

页,此页为第

1

A卷

2009~2010学年

1

学期

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。

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。(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,颜色为银白色。(2分)

(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,容易生成脆性氢化物,使金属脆化。(2分)

(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,且晶界上常有许多撕裂棱。(2分)

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(πa)1/2

(1)σ/σs=350/1400小于0.6,

KⅠ=σ(πa)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5(MPa·m1/2)

(3分)

σ/σs=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/σs)2]1/2=σ(πa)1/2/[1-0.056π(σ/σs)2]1/2

=350×(3.14×0.008)1/2/[1-0.056π(350/385)2]1/2

=60(MPa·m1/2)

(2分)

(2)比较列表如下:

σ/MPa

350

σ0.2/MPa

1400

385

KⅠ/(

MPa·m1/2)

55.5

60

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)

2、解:

(1)已知2=0.8mm=0.0008m=8×10-4m

σc=

(

Eγs/)1/2=[2×105×106×2/(4×10-4)]1/2

=3.16×107Pa=

31.6

MPa

(3分)

(2)

σm=(

Eγs/)1/2

=[2×105×106×2/(2.5×10-10)]1/2

=

4×1010Pa=

4×104MPa

(3分)

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,从而使裂纹快速扩展并导致脆性断裂。

实际断裂强度远远小于理论断裂强度。(4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)

本试卷答案共

2

页,此页为第

2

重修标识

B卷

2009~2010

学年

1

学期

材科

专业

材料的力学性能

课程期末试卷

题号

总分

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。

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。

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______________、滑开型(Ⅱ型)裂纹扩展和______________三类。

二、判断题:(在正确的前面划“ú”,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,表示应力状态越硬,则材料越容易产生脆性断裂。

)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。

)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。

)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。

)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。

)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)

1、形变强化是材料的一种特性,是下列(

)阶段产生的现象。

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截面上的(

)与平均应力之比。

A、最大应力;

B、最小应力;

C、屈服强度;

D、抗拉强度。

3、因相对运动而产生的磨损分为三个阶段:(

)、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。

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。

4、在拉伸过程中,在工程应用中非常重要的曲线是(

)。

A、力—伸长曲线;

B、工程应力—应变曲线;

C、真应力—真应变曲线。

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(

)的能力。

A、塑性变形功和断裂功;

B、弹性变形功和断裂功;

C、弹性变形功和塑性变形功;

D、塑性变形功。

6、蠕变是材料的高温力学性能,是缓慢产生(

)直至断裂的现象。

A、弹性变形;

B、塑性变形;

C、磨损;

D、疲劳。

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

3

页,此页为

B

卷第

1

(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(

)可以称为缺口。

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。

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(

)裂纹。

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

2、韧性断裂与裂纹尖端张开位移

3、变动载荷与疲劳强度

4、静力韧度与疲劳裂纹扩展速率

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。

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。

3、简述缺口的三个效应是什么。

4、应力腐蚀断裂的定义和腐蚀断裂形态是什么。

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

3

页,此页为

B

卷第

2

六、综合计算题:(每题10分,共20分)

{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(πa)1/2/Φ],若a=1mm,a/c=0.3(Φ2=1.19),在1000MPa的应力下工作.对下列材料应选哪一种?

σ0.2/MPa

1300

1400

1500

KⅠc/(

MPa·m1/2)

75

60

55

2、一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ=

σ(πa)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

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

本试卷共

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页,此页为

B

卷第

3

班级

姓名

学号

………………………………………装……………………………订……………………………线………………………………………

B卷

2009~2010

学年

1

学期

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、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(Ⅲ型)裂纹扩展。

二、判断题:(在正确的前面划“ú”,错误的前面划“×”;每题1分,共10分)

1、(×);

2、(ú);

3、(ú);

4、(×);

5、(ú)

6、(ú);

7、(×);

8、(×);

9、(×);

10、(×)

三、选择题:(每题1分,共10分)

1、C

2、A

3、A;

4、B

5、A

6、B

7、C

8、A;

9、C

10、A

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。

(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,应力超过弹性极限以后材料便开始产生塑性变形。

(2.5分)

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

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)

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,疲劳强度是保证机件疲劳寿命的重要材料性能指标。(2.5分)

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)

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。

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)(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)。。

疲劳裂纹扩展区

瞬断区

疲劳源

(画图1.5分,标注3分)

3、简述缺口的三个效应是什么。

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”,这是缺口的第三个效应(2.5分)。

本试卷答案共

2

页,此页为第

1

B卷

2007~2008

学年

1

学期

材科

专业

材料性能学

课程期末试卷

标准答案(即评分标准)

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。(2.5分)

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.断裂表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑.(5分)

六、综合计算题:(每题10分,共20分)

1、有一构件加工时,出现表面半椭圆裂纹[KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/Φ],若a

=1mm,a/c=0.3(Φ2=1.19),在1000MPa的应力下工作.对下列材料应选哪一种?

σ0.2/MPa

1300

1400

1500

KⅠc/(

MPa·m1/2)

75

60

55

解:σ/σs=1000/1300,1000/1400,1000/1500均大于0.6,所以必修进行塑性区修正。

由KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/Φ

Y=1.1

(π)1/2/Φ

所以修正后的

KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/[Φ2-0.212(σ/σs)2]1/2

(2分)

(1)KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/[Φ2-0.212(σ/σs)2]1/2

=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/[1.19-0.212(1000/1300)2]1/2

=59.75

MPa·m1/2

(2分)

(2)KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/[Φ2-0.212(σ/σs)2]1/2

=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/[1.19-0.212(1000/1400)2]1/2

=59.23

MPa·m1/2

(2分)

(3)KⅠ=1.1

σ(πa)1/2/[Φ2-0.212(σ/σs)2]1/2

=1.1×1000×(3.14×0.001)1/2/[1.19-0.212(1000/1500)2]1/2

=58.91

MPa·m1/2

(2分)

将三者列表比较:

σ/MPa

1000

σ0.2/MPa

1300

1400

1500

KⅠc/(

MPa·m1/2)

75

60

55

KⅠ/(

MPa·m1/2)

59.75

59.23

58.91

可见应选第一种材料。

(2分)

2、一块含有长为16mm中心穿透裂纹[KⅠ=

σ(πa)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。

解:已知:

a=8mm=0.008m,σ=350

MPa,KⅠ=σ(πa)1/2

(1)σ/σs=350/1400小于0.6,

KⅠ=σ(πa)1/2=350×(3.14×0.008)1/2=55.5(MPa·m1/2)

(3分)

R0=1/(2.828π)×(KⅠ/σs)2

=1/(2.828π)×(55.5/1400)2

=0.00017m=0.17mm

(3分)

(2)第1题中σ/σs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。(4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)

本试卷答案共

2

页,此页为第

2

篇2:材料力学性能-第2版课后习题答案

材料力学性能-第2版课后习题答案 本文关键词:课后,习题,答案,力学性能,材料

材料力学性能-第2版课后习题答案 本文简介: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

材料力学性能-第2版课后习题答案 本文内容:

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

规定残余伸长应力

屈服强度

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:

,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:

【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】。

(6)维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头,采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P53

P62】

(7)努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头,由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。

(8)肖氏硬度——采动载荷试验法,根据重锤回跳高度表证的金属硬度。

(9)里氏硬度——采动载荷试验法,根据重锤回跳速度表证的金属硬度。

二、说明下列力学性能指标的意义

(1)σbc——材料的抗压强度【P41

P48】

(2)σbb——材料的抗弯强度【P42

P50】

(3)τs——材料的扭转屈服点【P44

P52】

(4)τb——材料的抗扭强度【P44

P52】

(5)σbn——材料的抗拉强度【P47

P55】

(6)NSR——材料的缺口敏感度【P47

P55】

(7)HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度【P49

P58】

(8)HRA——材料的洛氏硬度【P52

P61】

(9)HRB——材料的洛氏硬度【P52

P61】

(10)HRC——材料的洛氏硬度【P52

P61】

(11)HV——材料的维氏硬度【P53

P62】

三、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。

试验方法

特点

应用范围

拉伸

温度、应力状态和加载速率确定,采用光滑圆柱试样,试验简单,应力状态软性系数较硬。

塑性变形抗力和切断强度较低的塑性材料。

压缩

应力状态软,一般都能产生塑性变形,试样常沿与轴线呈45o方向产生断裂,具有切断特征。

脆性材料,以观察脆性材料在韧性状态下所表现的力学行为。

弯曲

弯曲试样形状简单,操作方便;不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题,没有附加应力影响试验结果,可用试样弯曲挠度显示材料的塑性;弯曲试样表面应力最大,可灵敏地反映材料表面缺陷。

测定铸铁、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。也常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热处理机件的质量和性能。

扭转

应力状态软性系数为0.8,比拉伸时大,易于显示金属的塑性行为;试样在整个长度上的塑性变形时均匀,没有紧缩现象,能实现大塑性变形量下的试验;较能敏感地反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能;试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等

用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能,评定材料的热压力加工型,并未确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据;研究或检验热处理工件的表面质量和各种表面强化工艺的效果。

四.试述脆性材料弯曲试验的特点及其应用。

五、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点?【P45

P53】

在弹性状态下的应力分布:薄板:在缺口根部处于单向拉应力状态,在板中心部位处于两向拉伸平面应力状态。厚板:在缺口根部处于两向拉应力状态,缺口内侧处三向拉伸平面应变状态。

无论脆性材料或塑性材料,都因机件上的缺口造成两向或三向应力状态和应力集中而产生脆性倾向,降低了机件的使用安全性。为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向,必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。

六、试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试验的特点。

偏斜拉伸试验:在拉伸试验时在试样与试验机夹头之间放一垫圈,使试样的轴线与拉伸力形成一定角度进行拉伸。该试验用于检测螺栓一类机件的安全使用性能。

光滑试样轴向拉伸试验:截面上无应力集中现象,应力分布均匀,仅在颈缩时发生应力状态改变。

缺口试样轴向拉伸试验:缺口截面上出现应力集中现象,应力分布不均,应力状态发生变化,产生两向或三向拉应力状态,致使材料的应力状态软性系数降低,脆性增大。

偏斜拉伸试验:试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用,其应力状态更“硬”,缺口截面上的应力分布更不均匀,更能显示材料对缺口的敏感性。

七、试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理,并比较布氏、洛氏与维氏硬度试验方法的优缺点。【P49

P57】

原理

布氏硬度:用钢球或硬质合金球作为压头,计算单位面积所承受的试验力。

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。

维氏硬度:以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头,计算单位面积所承受的试验力。

布氏硬度优点:实验时一般采用直径较大的压头球,因而所得的压痕面积比较大。压痕大的一个优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相得平均性能;另一个优点是实验数据稳定,重复性强。缺点:对不同材料需更换不同直径的压头球和改变试验力,压痕直径的测量也较麻烦,因而用于自动检测时受到限制。

洛氏硬度优点:操作简便,迅捷,硬度值可直接读出;压痕较小,可在工件上进行试验;采用不同标尺可测量各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度,因而广泛用于热处理质量检测。缺点: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。

维氏硬度优点:不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头直径D之间所规定条件的约束,也不存在洛氏硬度试验时不同标尺的硬度值无法统一的弊端;维氏硬度试验时不仅试验力可以任意取,而且压痕测量的精度较高,硬度值较为准确。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法低的多。

八.今有如下零件和材料需要测定硬度,试说明选择何种硬度实验方法为宜。

(1)渗碳层的硬度分布;(2)淬火钢;(3)灰铸铁;(4)鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体;(5)仪表小黄铜齿轮;(6)龙门刨床导轨;(7)渗氮层;(8)高速钢刀具;(9)退火态低碳钢;(10)硬质合金。

(1)渗碳层的硬度分布----

HK或-显微HV

(2)淬火钢-----HRC

(3)灰铸铁-----HB

(4)鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者HK

(5)仪表小黄铜齿轮-----HV

(6)龙门刨床导轨-----HS(肖氏硬度)或HL(里氏硬度)

(7)渗氮层-----HV

(8)高速钢刀具-----HRC

(9)退火态低碳钢-----HB

(10)硬质合金-----

HRA

第三章

金属在冲击载荷下的力学性能

冲击韧性:材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。【P57】

冲击韧度:

:U形缺口冲击吸收功

除以冲击试样缺口底部截面积所得之商,称为冲击韧度,αku=Aku/S

(J/cm2),反应了材料抵抗冲击载荷的能力,用表示。P57注释/P67

冲击吸收功:

缺口试样冲击弯曲试验中,摆锤冲断试样失去的位能为mgH1-mgH2。此即为试样变形和断裂所消耗的功,称为冲击吸收功,以表示,单位为J。P57/P67

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、低强度结构钢(铁素体-珠光体钢),在试验温度低于某一温度时,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。

韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差值,保证材料的低温服役行为。

二、

(1)

:冲击吸收功。含义见上面。冲击吸收功不能真正代表材料的韧脆程度,但由于它们对材料内部组织变化十分敏感,而且冲击弯曲试验方法简便易行,被广泛采用。

AKV

(CVN):V型缺口试样冲击吸收功.

AKU:U型缺口冲击吸收功.

(2)FATT50:冲击试样断口分为纤维区、放射区(结晶区)与剪切唇三部分,在不同试验温度下,三个区之间的相对面积不同。温度下降,纤维区面积突然减少,结晶区面积突然增大,材料由韧变脆。通常取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度为,并记为50%FATT,或FATT50%,t50。(新书P61,旧书P71)

或:结晶区占整个断口面积50%是的温度定义的韧脆转变温度.

(3)NDT:

以低阶能开始上升的温度定义的韧脆转变温度,称为无塑性或零塑性转变温度。

(4)FTE:

以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义tk,记为FTE

(5)FTP:

以高阶能对应的温度为tk,记为FTP

四、试说明低温脆性的物理本质及其影响因素

低温脆性的物理本质:宏观上对于那些有低温脆性现象的材料,它们的屈服强度会随温度的降低急剧增加,而断裂强度随温度的降低而变化不大。当温度降低到某一温度时,屈服强度增大到高于断裂强度时,在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大,因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了,材料显示脆性。

从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关,当温度降低时,位错运动阻力增大,原子热激活能力下降,因此材料屈服强度增加。

影响材料低温脆性的因素有(P63,P73):

1.晶体结构:对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高,材料脆性断裂趋势明显,塑性差。

2.化学成分:能够使材料硬度,强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差,材料脆性提高。

3.显微组织:①晶粒大小,细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。因为

晶界是裂纹扩展的阻力,晶粒细小,晶界总面积增加,晶界处塞积的位错数减

少,有利于降低应力集中;同时晶界上杂质浓度减少,避免产生沿晶脆性断裂。

②金相组织:较低强度水平时强度相等而组织不同的钢,冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最佳,贝氏体回火组织次之,片状珠光体组织最差。钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响,当其尺寸增大时均使材料韧性下降,韧脆转变温度升高。

五.

试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。

焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷,增加裂纹敏感度,增加材料的脆性,容易发生脆性断裂。

七.

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,而另外一些材料则没有?

宏观上,体心立方中、低强度结构钢随温度的降低冲击功急剧下降,具有明显的韧脆转变温度。而高强度结构钢在很宽的温度范围内,冲击功都很低,没有明显的韧脆转变温度。面心立方金属及其合金一般没有韧脆转变现象。

微观上,体心立方金属中位错运动的阻力对温度变化非常敏感,位错运动阻力随温度下降而增加,在低温下,该材料处于脆性状态。而面心立方金属因位错宽度比较大,对温度不敏感,故一般不显示低温脆性。

体心立方金属的低温脆性还可能与迟屈服现象有关,对低碳钢施加一高速到高于屈服强度时,材料并不立即产生屈服,而需要经过一段孕育期(称为迟屈时间)才开始塑性变形,这种现象称为迟屈服现象。由于材料在孕育期中只产生弹性变形,没有塑性变形消耗能量,所以有利于裂纹扩展,往往表现为脆性破坏。

第四章

金属的断裂韧度

1、

名词解释

低应力脆断:高强度、超高强度钢的机件

,中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂。

张开型(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。

应力场强度因子

在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外,尚与强度因子有关,对于某一确定的点,其应力分量由确定,

越大,则应力场各点应力分量也越大,这样就可以表示应力场的强弱程度,称为应力场强度因子。

“I”表示I型裂纹。【P68】

小范围屈服:

塑性区的尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小时(小一个数量级以上),这就称为小范围屈服。【P71】

有效屈服应力:裂纹在发生屈服时的应力。【新书P73:旧P85】

有效裂纹长度:因裂纹尖端应力的分布特性,裂尖前沿产生有塑性屈服区,屈服区内松弛的应力将叠加至屈服区之外,从而使屈服区之外的应力增加,其效果相当于因裂纹长度增加ry后对裂纹尖端应力场的影响,经修正后的裂纹长度即为有效裂纹长度:

a+ry。【新P74;旧P86】。

裂纹扩展K判据:裂纹在受力时只要满足

,就会发生脆性断裂.反之,即使存在裂纹,若

也不会断裂。新P71:旧83

裂纹扩展能量释放率GI:I型裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。P76/P88

裂纹扩展G判据:

,当GI满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。P77/P89

J积分:有两种定义或表达式:一是线积分:二是形变功率差。P89/P101

裂纹扩展J判据:

,只要满足上述条件,裂纹(或构件)就会断裂。

COD:裂纹张开位移。P91/P102

COD判据:,当满足上述条件时,裂纹开始扩展。P91/P103

2、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系

答:

临界或失稳状态的记作或,为平面应变下的断裂韧度,表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。为平面应力断裂韧度,表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

它们都是型裂纹的材料裂纹韧性指标,但值与试样厚度有关。当试样厚度增加,使裂纹尖端达到平面应变状态时,断裂韧度趋于一稳定的最低值,即为,它与试样厚度无关,而是真正的材料常数。P71/P82

答:P77/P89

当增加到某一临界值时,能克服裂纹失稳扩展的阻力,则裂纹失稳扩展断裂。将的临界值记作,称断裂韧度,表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量,其单位与相同,MPa·m

JIC:是材料的断裂韧度,表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力,其单位与GIC相同。P90/P102

:是材料的断裂韧度,表示材料阻止裂纹开始扩展的能力.P91/P104

J判据和判据一样都是裂纹开始扩展的裂纹判据,而不是裂纹失稳扩展的裂纹判据。P91/P104

3、试述低应力脆断的原因及防止方法。

答:

低应力脆断的原因:在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可避免的宏观裂纹,从而使机件在低于屈服应力的情况发生断裂。

预防措施:将断裂判据用于机件的设计上,在给定裂纹尺寸的情况下,确定机件允许的最大工作应力,或者当机件的工作应力确定后,根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。

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?

答:由4—1可知,裂纹前端的应力是一个变化复杂的多向应力,如用它直接建立裂纹扩展的应力判据,显得十分复杂和困难;而且当r→0时,不论外加平均应力如何小,裂纹尖端各应力分量均趋于无限大,构件就失去了承载能力,也就是说,只要构件一有裂纹就会破坏,这显然与实际情况不符。这说明经典的强度理论单纯用应力大小来判断受载的裂纹体是否破坏是不正确的。因此无法用应力判据处理这一问题。因此只能用其它判据来解决这一问题。

5、

试述应力场强度因子的意义及典型裂纹的表达式

答:新书P69旧书P80参看书中图(应力场强度因子的意义见上)

几种裂纹的表达式,无限大板穿透裂纹:;有限宽板穿透裂纹:;有限宽板单边直裂纹:当ba时,;受弯单边裂纹梁:;无限大物体内部有椭圆片裂纹,远处受均匀拉伸:;无限大物体表面有半椭圆裂纹,远处均受拉伸:A点的。

6、

试述K判据的意义及用途。

答:

K判据解决了经典的强度理论不能解决存在宏观裂纹为什么会产生低应力脆断的原因。K判据将材料断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸的关系定量地联系起来,可直接用于设计计算,估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂纹最大尺寸,以及用于正确选择机件材料、优化工艺等。P71/P83

7、试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素。

答:机件上由于存在裂纹,在裂纹尖端处产生应力集中,当σy趋于材料的屈服应力时,在裂纹尖端处便开始屈服产生塑性变形,从而形成塑性区。

影响塑性区大小的因素有:裂纹在厚板中所处的位置,板中心处于平面应变状态,塑性区较小;板表面处于平面应力状态,塑性区较大。但是无论平面应力或平面应变,塑性区宽度总是与(KIC/σs)2成正比。

8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。

由于裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度,相当于裂纹长度的增加,因而影响应力场和及KI的计算,所以要对KI进行修正。

最简单而适用的修正方法是在计算KI时采用“有效裂纹尺寸”,即以虚拟有效裂纹代替实际裂纹,然后用线弹性理论所得的公式进行计算。基本思路是:塑性区松弛弹性应力的作用于裂纹长度增加松弛弹性应力的作用是等同的,从而引入“有效长度”的概念,它实际包括裂纹长度和塑性区松弛应力的作用。

(4—15)的计算结果忽略了在塑性区内应变能释放率与弹性体应变能释放率的差别,因此,只是近似结果。当塑性区小时,或塑性区周围为广大的弹性去所包围时,这种结果还是很精确。但是当塑性区较大时,即属于大范围屈服或整体屈服时,这个结果是不适用的。

11

COD的意义:表示裂纹张开位移。表达式。P91/P103

13、断裂韧度KIC与强度、塑性之间的关系:总的来说,断裂韧度随强度的升高而降低。详见新P80/P93

15、影响KIC的冶金因素:内因:1、学成分的影响;2、集体相结构和晶粒大小的影响;3、杂质及第二相的影响;4、显微组织的影响。外因:1、温度;2、应变速率。P81/P95

16.有一大型板件,材料的σ0.2=1200MPa,KIc=115MPa*m1/2,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,试计算KI及塑性区宽度R0,并判断该件是否安全?

解:由题意知穿透裂纹受到的应力为σ=900MPa

根据σ/σ0.2的值,确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正

因为σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7,所以裂纹断裂韧度KIC需要修正

对于无限板的中心穿透裂纹,修正后的KI为:

=

(MPa*m1/2)

塑性区宽度为:

=0.004417937(m)=

2.21(mm)

比较K1与KIc:

因为K1=168.13(MPa*m1/2)

KIc=115(MPa*m1/2)

所以:K1>KIc

,裂纹会失稳扩展,所以该件不安全。

17.有一轴件平行轴向工作应力150MPa,使用中发现横向疲劳脆性正断,断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区,根据裂纹a/c可以确定φ=1,测试材料的σ0.2=720MPa

,试估算材料的断裂韧度KIC为多少?

解:

因为σ/σ0.2=150/720=0.208ΔKth时,da/dN>0,疲劳裂纹才开始扩展。因此,ΔKth是疲劳裂纹不扩展的ΔK临界值,称为疲劳裂纹扩展门槛值。

3.试述金属疲劳断裂的特点

p96/p109

(1)疲劳是低应力循环延时断裂,机具有寿命的断裂

(2)疲劳是脆性断裂

(3)疲劳对缺陷(缺口,裂纹及组织缺陷)十分敏感

4.试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程(新书P96~98及PPT,旧书P109~111)

答:典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域—疲劳源、疲劳区及瞬断区。

(1)

疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地,疲劳源区的光亮度最大,因为这里在整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压,故显示光亮平滑,另疲劳源的贝纹线细小。

(2)

疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域,是判断疲劳断裂的重要特征证据。特征是:断口比较光滑并分布有贝纹线。断口光滑是疲劳源区域的延续,但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是由载荷变动引起的,如机器运转时的开动与停歇,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。

(3)

瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口比疲劳区粗糙,脆性材料为结晶状断口,韧性材料为纤维状断口。

6.试述疲劳图的意义、建立及用途。(新书P101~102,旧书P115~117)

答:定义: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。

意义:很多机件或构件是在不对称循环载荷下工作的,因此还需知道材料的不对称循环疲劳极限,以适应这类机件的设计和选材的需要。通常是用工程作图法,由疲劳图求得各种不对称循环的疲劳极限。

1、疲劳图

建立:这种图的纵坐标以表示,横坐标以表示。然后,以不同应力比r条件下将表示的疲劳极限分解为和,并在该坐标系中作ABC曲线,即为疲劳图。其几何关系为:

(用途):我们知道应力比r,将其代入试中,即可求得和,而后从坐标原点O引直线,令其与横坐标的夹角等于值,该直线与曲线ABC相交的交点B便是所求的点,其纵、横坐标之和,即为相应r的疲劳极限,。

2、疲劳图

建立:这种图的纵坐标以或表示,横坐标以表示。然后将不同应力比r下的疲劳极限,分别以和表示于上述坐标系中,就形成这种疲劳图。几何关系为:

(用途):我们只要知道应力比r,就可代入上试求得和,而后从坐标原点O引一直线OH,令其与横坐标的夹角等于,该直线与曲线AHC相交的交点H的纵坐标即为疲劳极限。

8.试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素。(新书P107~109,旧书P123~125)

答:1、应力比r(或平均应力)的影响:Forman提出:

残余压应力因会减小r,使降低和升高,对疲劳寿命有利;而残余拉应力因会增大r,使升高和降低,对疲劳寿命不利。

2、过载峰的影响:偶然过载进入过载损伤区内,使材料受到损伤并降低疲劳寿命。但若过载适当,有时反而是有益的。

3、材料组织的影响:①晶粒大小:晶粒越粗大,其值越高,越低,对疲劳寿命越有利。②组织:钢的含碳量越低,铁素体含量越多时,其值就越高。当钢的淬火组织中存在一定量的残余奥氏体和贝氏体等韧性组织时,可以提高钢的,降低。③喷丸处理:喷丸强化也能提高。

9.试述疲劳微观断口的主要特征。(新书P113~P114,旧书P132)

答:断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样,称疲劳条带(疲劳条纹、疲劳辉纹)。疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征。滑移系多的面心立方金属,其疲劳条带明显;滑移系少或组织复杂的金属,其疲劳条带短窄而紊乱。

疲劳裂纹扩展的塑性钝化模型(Laird模型):

图中(a),在交变应力为零时裂纹闭合。

图(b),受拉应力时,裂纹张开,在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。

图(c),裂纹张开至最大,塑性变形区扩大,裂纹尖端张开呈半圆形,裂纹停止扩展。由于塑性变形裂纹尖端的应力集中减小,裂纹停止扩展的过程称为“塑性钝化”。

图(d),当应力变为压缩应力时,滑移方向也改变了,裂纹尖端被压弯成“耳状”切口。

图(e),到压缩应力为最大值时,裂纹完全闭合,裂纹尖端又由钝变锐,形成一对尖角。

12.试述金属表面强化对疲劳强度的影响。(新书P117~P118,旧书P135~P136)

答:表面强化处理可在机件表面产生有利的残余压应力,同时还能提高机件表面的强度和硬度。这两方面的作用都能提高疲劳强度。

表面强化方法,通常有表面喷丸、滚压、表面淬火及表面化学热处理等。

(1)

表面喷丸及滚压

喷丸是用压缩空气将坚硬的小弹丸高速喷打向机件表面,使机件表面产生局部形变硬化;同时因塑变层周围的弹性约束,又在塑变层内产生残余压应力。

表面滚压和喷丸的作用相似,只是其压应力层深度较大,很适于大工件;而且表面粗糙度低,强化效果更好。

(2)

表面热处理及化学热处理

他们除能使机件获得表硬心韧的综合力学性能外,还可以利用表面组织相变及组织应力、热应力变化,使机件表面层获得高强度和残余压应力,更有效地提高机件疲劳强度和疲劳寿命。

13.试述金属的硬化与软化现象及产生条件。

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不断增加,即为循环硬化。

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逐渐减小,即为循环软化。

金属材料产生循环硬化与软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度等。

循环硬化和软化与σb

/

σs有关:

σb

/

σs>1.4,表现为循环硬化;

σb

/

σs1硬化。

退火状态的塑性材料往往表现为循环硬化,加工硬化的材料表现为循环软化。

循环硬化和软化与位错的运动有关:

退火软金属中,位错产生交互作用,运动阻力增大而硬化。

冷加工后的金属中,有位错缠结,在循环应力下破坏,阻力变小而软化。

第六章

金属的应力腐蚀和氢脆断裂

一、名词解释

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。

2、氢脆:由于氢和应力共同作用而导致的金属材料产生脆性断裂的现象。

3、白点:当钢中含有过量的氢时,随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。如果过饱和的氢未能扩散逸出,便聚集在某些缺陷处而形成氢分子。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。

4、氢化物致脆:对于ⅣB

或ⅤB

族金属,由于它们与氢有较大的亲和力,极易生成脆性氢化物,是金属脆化,这种现象称氢化物致脆。

5、氢致延滞断裂: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。

二、说明下列力学性能指标的意义

1、σscc:材料不发生应力腐蚀的临界应力。

2、KIscc:应力腐蚀临界应力场强度因子。

3、da/dt:盈利腐蚀列纹扩展速率。

7.如何识别氢脆与应力腐蚀?。

答:氢脆和应力腐蚀相比,其特点表现在:

1、实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是,当施加一小的阳极电流,如使开裂加速,则为应力腐蚀;而当施加一小的阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。

2、在强度较低的材料中,或者虽为高强度材料但受力不大,存在的残余拉应力也较小这时其断裂源都不在表面,而是在表面以下的某一深度,此处三向拉应力最大,氢浓集在这里造成断裂。

3、氢脆断裂的主裂纹没有分枝的悄况.这和应力腐蚀的裂纹是截然不同的。

4、氦脆断口上一般没有腐蚀产物或者其量极微。

5、大多数的氢脆断裂(氢化物的氢脆除外),都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关系。氢脆只在一定的温度范围内出现,出现氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形变速率。

第七章

金属的磨损与耐磨性

1.名词解释

磨损:机件表面相互接触并产生相对运动,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。

接触疲劳:两接触面做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金属剥落而使材料损失的现象。【P153】

第八章

金属高温力学性能

蠕变:在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

等强温度(TE):晶粒强度与晶界强度相等的温度。

蠕变极限:在高温长时间载荷作用下不致产生过量塑性变形的抗力指标。

该指标与常温下的屈服强度相似。

持久强度极限:在高温长时载荷作用下的断裂强度---持久强度极限。

一、和常温下力学性能相比,金属材料在高温下的力学行为有哪些特点?

答案:1、首先,材料在高温将发生蠕变现象。材料在高温下不仅强度降低,而且塑性也降

低。应变速率越低,载荷作用时间越长,塑性降低得越显著。

2、高温应力松弛。

3、产生疲劳损伤,使高温疲劳强度下降。

二、提高材料的蠕变抗力有哪些途径?

答案:加入的合金元素阻止刃位错的攀移,以及阻止空位的形成与运动从而阻止其扩散。

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钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告 本文关键词:钢筋混凝土,钢筋,检测报告,性能,工艺

钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告 本文简介:葛洲坝集团试验检测有限公司钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告委托编号:W42-20110140报告编号:GS42-110492第1页共1页委托单位葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部收样日期2011年09月10日工程名称业主综合仓库办公室及宿舍检测日期2011年09月11日使用部位/检测类别委托

钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告 本文内容:

葛洲坝集团试验检测有限公司

钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告

委托编号:W42-20110140

报告编号:GS42-110492

1页

1页

委托单位

葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部

收样日期

2011年09月10日

工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧光圆钢筋

钢筋牌号

HPB235

样品编号

YPW42-20110295

钢筋标志

/

样品来源

送样

公称直径

6.5

代表批量

/

钢筋批号

X110215413

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.1-2008

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥235

≥370

≥25.0

6.5

180

无裂纹

1

285

415

34.5

6.5

180

合格

2

280

410

31.5

合格

检测结论

所检项目符合GB1499.1-2008标准中对热轧光圆钢筋HPB235的要求。

备注

仅对来样负责

检测单位

(盖章)

检测:

校核:

审批:

报告日期:

注意事项:

1.本报告无检测单位盖章无效;

2.本报告无检测、校核、审批人签字无效;

3.本报告涂改无效;

4.本报告未经本试验室书面批准不得部分复制;

5.本报告一式三份,两份送检单位,一份由本单位保存。

地址:藏木水电站砂石拌和营地葛洲坝试验室。

葛洲坝集团试验检测有限公司

钢筋混凝土用钢筋力学性能、工艺性能检测报告

委托编号:W42-20110140

报告编号:GS42-110493

1页

1页

委托单位

葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部

收样日期

2011年09月10日

工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧光圆钢筋

钢筋牌号

HPB235

样品编号

YPW42-20110296

钢筋标志

/

样品来源

送样

公称直径

8

代表批量

/

钢筋批号

N1012620

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.1-2008

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥235

≥370

≥25.0

8

180

无裂纹

1

265

395

36.0

8

180

合格

2

270

405

34.5

合格

检测结论

所检项目符合GB1499.1-2008标准中对热轧光圆钢筋HPB235的要求。

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(盖章)

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委托编号:W42-20110140

报告编号:GS42-110494

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委托单位

葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部

收样日期

2011年09月10日

工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧光圆钢筋

钢筋牌号

HPB235

样品编号

YPW42-20110297

钢筋标志

/

样品来源

送样

公称直径

10

代表批量

/

钢筋批号

N1011928

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.1-2008

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥235

≥370

≥25.0

10

180

无裂纹

1

290

410

32.0

10

180

合格

2

280

410

33.0

合格

检测结论

所检项目符合GB1499.1-2008标准中对热轧光圆钢筋HPB235的要求。

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(盖章)

检测:

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报告日期:

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报告编号:GS42-110495

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葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部

收样日期

2011年09月10日

工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧带肋钢筋

钢筋牌号

HRB335

样品编号

YPW42-20110298

钢筋标志

3

JISCO

12

样品来源

送样

公称直径

12

代表批量

/

钢筋批号

110914691

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.2-2007

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥335

≥455

≥17.0

36

180

无裂纹

1

400

550

28.0

36

180

合格

2

390

545

28.5

合格

检测结论

所检项目符合GB1499.2-2007标准中对热轧带肋钢筋HRB335的要求。

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(盖章)

检测:

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审批:

报告日期:

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报告编号:GS42-110496

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1页

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葛洲坝第五公司右岸护岸防护项目部

收样日期

2011年09月10日

工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧带肋钢筋

钢筋牌号

HRB335

样品编号

YPW42-20110299

钢筋标志

3

JISCO

16

样品来源

送样

公称直径

16

代表批量

/

钢筋批号

110128250

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.2-2007

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥335

≥455

≥17.0

48

180

无裂纹

1

370

530

26.0

48

180

合格

2

370

540

26.0

合格

检测结论

所检项目符合GB1499.2-2007标准中对热轧带肋钢筋HRB335的要求。

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检测单位

(盖章)

检测:

校核:

审批:

报告日期:

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1.本报告无检测单位盖章无效;

2.本报告无检测、校核、审批人签字无效;

3.本报告涂改无效;

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报告编号:GS42-110497

1页

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工程名称

业主综合仓库办公室及宿舍

检测日期

2011年09月11日

使用部位

/

检测类别

委托

样品特性及识别

样品名称

热轧带肋钢筋

钢筋牌号

HRB335

样品编号

YPW42-20110300

钢筋标志

3

JISCO

22

样品来源

送样

公称直径

22

代表批量

/

钢筋批号

101141125

生产厂家

甘肃酒泉

检测依据

GB1499.2-2007

GB/T228-2002

GB/T232-2010

拉伸试验

冷弯试验

序号

屈服强度

MPa

抗拉强度

MPa

断后伸长率

%

弯心直径

mm

弯曲角度

°

检测

结果

标准要求

≥335

≥455

≥17.0

66

180

无裂纹

1

375

550

25.0

66

180

合格

2

380

555

25.5

合格

检测结论

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(盖章)

检测:

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