《材料力学》期末复习题.doc

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1、1、解释：形变（应变）强化、弹性变形、刚度、弹性不完整性、弹性后效、弹性滞后、Bauschinger效应、应变时效、韧性、脆性断裂、韧性断裂、平面应力状态、平面应变状态、低温脆性、高周疲劳、低周疲劳、疲劳极限、等强温度、弹性极限、疲劳极限、应力腐蚀开裂、氢脆、腐蚀疲劳、蠕变极限、持久强度、松弛稳定性、 磨损。2.弹性滞后环是由于什么原因产生的。材料的弹性滞后环的大小对不同零件有不同的要求？弹 性 滞 后 环 是 由 于 材 料 的 加 载 线 和 卸 载 线 不 重 合 而 产 生的 。对 机 床 的 底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越 大 越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求

2、材料的弹性滞后环越 小 越好。3.断口的三个特征区？微孔聚集型断裂、解理断裂和沿晶断裂的微观特征分别为？断 口 的 三 要 素 是 纤 维 区 、 放 射 区 和 剪 切 唇 。 微 孔 聚 集 型 断 裂 的 微观特征是 韧窝 ；解理断裂的微观特征主要有 解理台阶 和 河流和舌状花样 ；沿晶断裂的微观特征为 石状 断口和 冰糖块状 断口。4.应力状态系数值大小和应力状态的软硬关系。为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数值（大）的实验方法，如（压缩）等。5. 在扭转实验中，塑性材料的断口方向及形貌，产生的原因？脆性材料的断口的断口方向及形貌，产生的原因？在 扭 转 试 验 中 ，塑 性 材

3、料 的 断 裂 面 与 试 样 轴 线 垂 直 ；脆 性 材 料 的 断 裂面 与 试 样 轴 线 成 450 。6. 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生（ 应 力 集 中 ）和（ 双（ 三 ）向 应力 ），试样的屈服强度（ 升高 ），塑性（ 降低 ）。7. 低温脆性常发生在具有什么结构的金属及合金中，在什么结构的金属及合金中很少发现。低 温 脆 性 常 发 生 在 具 有 体 心 立 方 结 构 的 金 属 及 合 金 中 ， 而 在 面 心 立方 结构的金属及合金中很少发现。8. 按断裂寿命和应力水平，疲劳可分为？疲劳断口的典型特征是？9.材料的磨损按机理可分为哪些磨损形式。10. 不

4、同加载试验下的应力状态系数分别为多少？11. 材料的断裂按断裂机理可分为？按断裂前塑性变形大小可分为？答：材 料 的 断 裂 按 断 裂 机 理 分 可 分 为 微 孔 聚 集 型 断 裂 ， 解 理 断 裂 和 沿 晶断 裂 ；按 断 裂 前 塑 性 变 形 大 小 分 可 分 为 延 性 断 裂 和 脆 性 断 裂 。微 孔 聚集 型 断 裂 的 微 观 特 征 是 韧 窝 ；解 理 断 裂 的 微 观 特 征 主 要 有 解 理 台 阶 和河流和舌状花样 ；沿晶断裂的微观特征为 石状 断口和 冰糖块状 断口。12. 根据裂纹体所受载荷与裂纹间的关系，可将裂纹分为哪三种类型？哪种类型裂纹是

5、实际工程构件中最危险的一种形式？根 据 裂 纹 体 所 受 载 荷 与 裂 纹 间 的 关 系 ， 可 将 裂 纹 分 为 张 开 （ 拉 伸 ） 型 裂纹、滑开（剪切）型裂纹和 撕开型裂纹等三种类型；其中 张开（拉伸）型裂纹是实际工程构件中最危险的一种形式。13.循环载荷的五个参量？对 循 环 载 荷 ，常 用 最 大 应 力 、 最 小 应 力 、 平 均 应 力 、 应 力 半 幅 、和应力比等五个参量进行描述。14. 材料在环境介质作用下的开裂包括哪些类型。15. 在典型的金属蠕变曲线上包括哪三个阶段。在 典 型 金 属 与 陶 瓷 材 料 的 蠕 变 曲 线 上 ，蠕 变 过 程 常

6、 由 减 速 蠕 变 ，恒 速蠕变 和 加速蠕变 三个阶段组成。16. 在材料的完整弹性变形中，加载的应力-应变曲线与卸载曲线 （ 完全重合 ）；而对不完整的弹性变形，存在着（ 弹性后效 ）、（ 弹性滞后 ）、（ 包辛格效应 ）等弹性变形时加载线与卸载线不重合的现象。17. 测定材料硬度的方法主要有？其中压入硬度法又可分为？答：测 定 材 料 硬 度 的 方 法 主 要 有 压 入 法 、 回 跳 法 和 刻 划 法 ；其 中 压 入硬度法又可分为 布氏硬度 、 洛氏硬度、 维氏硬度 、和 努氏硬度 等。18. 应力腐蚀中材料与介质的组合是（ ）；在腐蚀疲劳断裂中材料会在（ ）介质中出现。19

7、. 材料的拉伸力学性能包括哪些强度指标和哪些塑性指标。20. 材料的韧性是表征材料在外力作用下，从变形到断裂全过程中（ ）的能力。21.e、p、s、b、KISCC、等分别表示材料的？ e 表 示 材 料 的 弹 性 极 限 ； p 表 示 材 料 的 比 例 极 限 ； s 表 示 材 料 的 屈服强度 ； b 表示材料的 抗拉强度 。22拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的延伸率会？23不同加载实验中，应力状态系数的大小关系？24哪种硬度与维氏硬度值可以互相转换？25在缺口试样的冲击实验中，试样的厚度、缺口的尖锐程度和试样冲击韧性的关系？26双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出 1

8、3 个数量级，是因为什么？ 27材料的断裂韧性随板材厚度或构件截面尺寸的增加如何变化？28在研究低周疲劳和高周疲劳时，分别通过控制什么的方式进行。 29在高温高压下，氢与钢中的碳发生反应生成甲烷气体，从而导致钢的塑性降低，这种现象叫做？ 30应力松弛是指什么？31材料的弹性比功，可通过什么方法来得到提高 32 HRC种表示什么硬度。 33在缺口试样的冲击实验中，缺口试样的厚和韧脆转变温度的关系34 I型（张开型）裂纹、II型（滑开型）裂纹的外加应力与裂纹面的方向关系？ 35对称循环应力的应力比 R 为?36 黄铜容易在什么溶液中发生应力腐蚀开裂。 37 表示？38为使材料获得较高的韧性，对材料

9、的强度和塑性有什么要求39奥氏体不锈钢在什么溶液中容易发生应力腐蚀开裂。 40 细晶强化不适用于什么温度下的强化？ 41. 材料的应力腐蚀开裂具有哪些主要特征？ 答：应力腐蚀开裂具有以下特点：(1)造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一般是拉伸应力。(2)应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没有明显的塑性变形。(3)只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐蚀。(4)应力腐蚀的裂纹扩展速率般在 10-910-6m/s，有点象疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。(5)应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处

10、，而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。(6)应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物。(7)应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。(8)应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断裂。（ 5 分 ）42.材料的厚度或截面尺寸对材料的断裂韧性有什么影响？在平面应变断裂韧性KIC的测试过程中，为了保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态，对试样的尺寸有什么要求？ 答：材料的断裂韧性随材料厚度或截面尺寸的增加而减小，最终趋于一个稳定的最低值，即平 面 应 变 断 裂 韧 性 K I C 。（ 2 分 ）为 保 证 裂 纹 尖 端 处 于 平 面 应 变 和 小 范 围 屈 服 状 态 ， 对 试样

11、在 z 向的厚度 B、在 y 向的宽度 W 与裂纹长度 a 之差（即 W-a，称为韧带宽度）和裂纹长度 a 设计成如下尺寸43.脆性和塑性材料的典型应力-应变曲线有哪几种？并叙述曲线的主要特征及所属材料。答：典型的应力-应变曲线主要有以下两种：（1）脆性材料如玻璃、多种陶瓷、岩石，交联很好的聚合物、低温下的金属材料、淬火状态的高碳钢和普通灰铸铁等的应力应变曲线，在拉伸断裂前，只发生弹性变形，不发生塑性变形，在最高载荷点处断裂，形成平断口，断口平面与拉力轴线垂直。（ 1 分 ）（2）塑性材料的应力应变曲线：(a)对调质钢和一些轻合金，它们的应力应变曲线可分为：弹性变形阶段、发生屈服、应变强化或加

12、工硬化阶段、缩颈阶段、断裂等阶段；断裂后形成杯状断口。(b)退火低碳钢和某些有色金属材料，应力-应变曲线上具有明显的屈服点、屈服平台等特征。(c)对某些塑性较低的金属如铝青铜、和形变强化能力特别强的金属如ZGMn13等材料，应力应变曲线上不出现颈缩的，只有弹性变形阶段和均匀塑性变形阶段。(d)对某些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金材料，在应力应变曲线上回出现多次局部失稳或齿形特征。（ 4分 ）44. 解释形变强化的概念，并阐述其工程意义。 答：拉伸试验中，材料完成屈服应变后，随应变的增加发生的应力增大的现象，称为形变强化。材料的形变强化规律，可用Hollomon公式S=Kn描述。（2 分）形

13、变强化是金属材料最重要的性质之一，其工程意义在于：1）形变强化可使材料或零件具有抵抗偶然过载的能力，阻止塑性变形的继续发展，保证材料安全。2）形变强化是工程上强化材料的重要手段，尤其对于不能进行热处理强化的材料，形变强化成为提高其强度的非常重要的手段。3）形变强化性能可以保证某些冷成形如冷拔线材和深冲成形等工艺的顺利进行。（2 分）45. 简述布氏硬度试验方法的原理、计算方法和优缺点。 46. 解释平面应力和平面应变状态，并用应力应变参数表述这两种状态。 答 ：对 薄 板 ，由 于 板 材 较 薄 ，在 厚 度 方 向 上 可 以 自 由 变 形 ，即 s z = 0 。这 种 只在 两 个

14、方 向 上 存 在 应 力 的 状 态 称 为 平 面 应 力 。对厚板，由于厚度方向变形的约束作用，使得方向不产生应变，即e z = 0 ， 这 种 状 态 称 为 平 面 应 变 。（ 2 分 ）47.与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：与常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有如下特点：（1）材料在高温下将发生蠕变现象。即在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下不断地发生变形。（2）材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关了。载荷作用的时间越长，引起一定变形速率或变形量的形变抗力及断裂抗力越低。（3）材料在高温下工作时，不仅强度降低，而且塑性也降低。

15、应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。因而在高温下材料的断裂，常为沿晶断裂。（4）在恒定应变条件下，在高温下工作的材料还会应力松弛现象，即材料内部的应力随时间而降低的现象。48. 某一高强钢在化学介质和外加载荷的共同作用下，常发生低应力脆断。试从断口和电化学的角度，阐述如何区分钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂。 答：a) 断口特征：49. 什么是低温脆性？并阐述低温脆性的物理本质。 答：材料因温度的降低由韧性断裂转变为脆性断裂，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，断口特征由纤维状变为结晶状的现象，称为低温脆性或冷脆。低温脆性是材料屈服强度随温度的下降而急剧增加、但材料的

16、断裂强度 f却随温度变化较小的结果。50. 哪些材料易表现出低温脆性？工程上常用哪些方法评定材料的低温脆性？答：与面心立方金属相比，体心立方金属材料如中低强度钢等，容易表现出低 温 脆 性 。在工程上，常用能量准则、断口形貌准则、断口变形特征准则等评价材料 的 低 温 脆 性 敏 感 性 。51. 缺口会引起哪些力学响应？如何评定材料的缺口敏感性？ 答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部产生应力集中、双向或三向应 力 、 应 力 集 中 和 应 变 集 中 ， 并 试 样 的 屈 服 强 度 升 高 ， 塑 性 降 低 。材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、偏斜拉伸、静弯曲、冲击等方法 加

17、 以 评 定 。52. 高周疲劳与低周疲劳的区别是什么？并从材料的强度和塑性出发，分析应如何提高材料的抗疲劳性能？ 答：高周疲劳是指小型试样在变动载荷（应力）试验时，疲劳断裂寿命高于 105周次的疲劳过程。高周疲劳试验是在低载荷、高寿命和控制应力下进行的疲劳。而低周疲劳是在高应力、短寿命、控制应变下进行的疲劳过程。（2 分）对高周疲劳，由于承受的载荷较小、常处于弹性变形范围内，因而材料的疲劳抗力主要取决于材料强度。于是提高的材料就可改善材料的高周疲劳抗力。而对低周疲劳，承受的载荷常大于材料的屈服强度、处于塑性变形内，因而材料的疲劳抗力主要取决于材料的塑性。于是增加材料的塑性，可提高材料的低周疲劳抗力。 （2 分）53. 与纯机械疲劳相比，腐蚀疲劳有何特点？推导1颈缩条件分析。 2.推导静载拉伸实验均匀变形阶段材料的延伸率 与 断面收缩率 的关系式。