07 秋材料力學效能
一、填空：（每空1分,總分25分）
1. 材料硬度的測定方法有和
2. 在材料力學行為的研究中，經常採用三種典型的試樣進行研究，即和
3. 平均應力越高，疲勞壽命
4. 材料在扭轉作用下,在圓杆橫截面上無正應力而只有 ,中心處切應力為表面處 。
5. 脆性斷裂的兩種方式為和
6. 脆性材料切口根部裂紋形成準則遵循斷裂準則；塑性材料切口根部裂紋形成準則遵循斷裂準則；
7. 外力與裂紋面的取向關係不同，斷裂模式不同，張開型中外加拉應力與斷裂面而在滑開型中兩者的取向關係則為
8．蠕變斷裂全過程大致由和
三個階段組成。
9．磨損目前比較常用的分類方法是按磨損的失效機制分為和腐蝕磨損等。
10．深層剝落一般發生在表面強化材料的區域。
11．誘發材料脆斷的三大因素分別是和
二、選擇：（每題1分，總分15分）
（ ）1. 下列哪項不是陶瓷材料的優點
a）耐高溫 b) 耐腐蝕 c) 耐磨損 d)塑性好
（ ）2. 對於脆性材料，其抗壓強度一般比抗拉強度
a) 高 b) 低 c) 相等 d) 不確定
（ ）3.用10mm直徑淬火鋼球，加壓3000kg，保持30s，測得的布氏硬度值為150的正確表示應為
a) 150hbw10／3000／30 b) 150hra3000／l0／30
c) 150hrc30／3000／10 d) 150hbsl0／3000／30
（ ）4. 對同一種材料，δ5比δ10
a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不確定
（ ）5. 下列哪種材料用顯微硬度方法測定其硬度。
a) 淬火鋼件b) 灰鑄鐵鑄件
c) 退貨態下的軟鋼 d) 陶瓷
（ ）6. 下列哪種材料適合作為工具機床身材料
a) 45鋼 b) 40cr鋼 c) 35crmo鋼 d) 灰鑄鐵
（ ）7. 下列哪種斷裂模式的外加應力與裂紋面垂直，因而
它是最危險的一種斷裂方式。
a) 撕開型 b) 張開型 c) 滑開型 d) 複合型
（ ）8. 下列哪副圖是金屬材料沿晶斷裂的典型斷口形貌
abcd)
（ ）9. 下列哪種材料中的彈性模量最高
a) 氧化鋁 b) 鋼 c) 鋁 d) 銅
（ ）10. 韌性材料在什麼樣的條件下可能變成脆性材料
a) 增大缺口半徑 b) 增大載入速度
c) 公升高溫度 d) 減小晶粒尺寸
（ ）11．應力腐蝕門檻值正確的符號為
a) kiscc b) δkth c) kic d) cf
（ ）12．σm=0 ， r=-1 表示下列哪種迴圈應力
a) 交變對稱迴圈 b)交變不對稱迴圈
c) 脈動迴圈 d) 波動迴圈
（ ）13．為提高材料的疲勞壽命可採取如下措施
a)引入表面拉應力 b) 引入表面壓應力
c) 引入內部壓應力 d) 引入內部拉應力
（ ）14．工程上產生疲勞斷裂時的應力水平一般都比條件屈服強度
a) 高 b) 低 c) 一樣 d) 不一定
（ ）15．下列曲線中哪種為脆性材料的應力-應變曲線
abcd)
三、判斷：（每題1 分，總分15分）
（ ）1.材料的力學行為與材料的力學效能是同一概念。
（ ）2. 比例極限、彈性極限與屈服強度都是表徵材料對微量塑性變形的抗力，它們之間沒有質的差異而只有量的差別。
（ ）3. 壓縮可以看作是反向拉伸。因此，拉伸試驗時所定義的各個力學效能指標和相應的計算公式，在壓縮試驗中基本上都能應用。
（ ）4. 根據扭轉試樣的斷口特徵，不能判斷斷裂的性質和引起斷裂的原因。
（ ）5. 評價陶瓷材料的強度一般用抗彎強度。
（ ）6. kic為平面應力狀態下的斷裂韌性
（ ）7. 解理斷裂中，「河流」的流向與裂紋擴充套件方向相反，故可從「河流」的流向去尋找斷裂源。
（ ）8. griffith強度理論指出，含裂紋板材的實際斷裂強度與裂紋半長的平方根成正比。
（ ）9. 金屬材料的切口強度不是材料常數，切口敏感度係數也不是材料常數。
（ ）10. 塑性材料在平面應力的切口根部裂紋形成應力大於平面應變狀態下的。
（ ）11. 硬度越高，材料的耐磨效能越好。
（ ）12. 高強度材料的切口敏感度低, 低強度高塑性材料的切口敏感度高,而脆性材料完全切口敏感的。
（ ）13. 金屬只有在特定介質中才能發生腐蝕疲勞。
（ ）14. 陶瓷材料的彈性模量比金屬材料的高，且對氣孔敏感。
（ ）15. 適量的微裂紋存在於陶瓷材料中將降低熱震損傷性。
四、名詞解釋：（每題3 分，總分15分）
1. 低溫脆性
2. 應力腐蝕斷裂
3. 形變強化
4．應力強度因子
5．抗熱震性
五、簡答：（總分20分）
1.試畫出連續塑性變形強化材料的應力—應變曲線? 解釋連續塑性變形強化工程應力－應變曲線的變化趨勢，並說明如何根據應力—應變曲線確定材料的屈服強度？（5分）
2. 試用位錯增殖理論解釋多晶體金屬產生明顯物理屈服的現象？（5分）
3．簡述δkth及其工程實際意義. （5分）
4．簡述蠕變中的強化與軟化過程5分）
六、計算：（10分）
已知一構件的工作應力=800,裂紋長度=4，應力場強度因子=,鋼材隨增加而下降，其變化如下表所示：
若按屈服強度計算的安全係數=1.4，試找出既保證材料強度儲備又不發生脆性斷裂的鋼材強度。若=1.7時，上述材料是否滿足要求?（10分）
材料2023年「材料力學效能」試卷a標準答案及評分標準
一、填空題
1．壓入法，回跳法，刻畫法
2．光滑試樣，切口試樣，帶裂紋試樣
3．越低
4．切應力，零，最大
5．穿晶斷裂，沿晶斷裂
6．正應力，正應變
7．垂直，平行
8．減速蠕變階段，恆速蠕變階段，加速蠕變階段
9．黏著磨損，磨料磨損（微動磨損，沖蝕磨損，接觸疲勞磨損也可）
10．過渡區
11．切口，低溫，高速載入
二、選擇題
1-5 d a d a d 6-10 d b c a b 11-15 a a b b a
三、判斷題
1-5 x √ √ x √ 6-10 x x x x √ 11-15 √ x √ √ x
四、名詞解釋
1、低溫脆性：一些具有體心立方晶格的金屬，當溫度降低到某一溫度時，由於塑性降低到零而變為脆性狀態，這種現象稱為低溫脆性。
2、應力腐蝕斷裂：材料在靜應力和腐蝕介質共同作用下發生的脆性斷裂。
3、形變強化：絕大多數金屬材料在室溫下屈服後，要使塑性變形繼續進行，必須不斷增大應力，所以在真應力-真應變曲線上表現為流變應力不斷上公升。這種現象稱為形變強化。
4、應力強度因子：反映了裂紋尖端區域應力場的強度，故稱為應力強度因子。（它綜合反映了外加應力裂紋長度對裂紋尖端應力場強度的影響。）
5、抗熱震性：材料承受溫度驟變而不破壞的能力稱為材料的抗熱震性。
五、簡答題
1、答：連續塑性變形強化材料的應力—應變曲線如右圖所示（2分）；
屈服強度：工程上通常以產生0.2%的殘留變形時的應力記為屈服強度。（2分；文字回答或做圖均可）（2分）
工程應力－應變曲線呈先公升後降的趨勢，這與工程應力的定義有關，並不代表材料的本性。具體解釋為：當拉伸應力超過彈性極限時，便在試件標據內
的最弱部位產生塑性變形，並使該部位的材料發生變形強化，
從而增大材料進一步塑性變形的抗力，這時，只有提高應力，
才能在次弱部位產生塑性變形，材料隨即有在此處強化，因此，
在曲線上表現為隨應變的增大，應力也在連續的公升高，一直到b點，到達b點後，材料的變形強化已不能補償由於橫截面積的減小而引起的承載能力的下降，因而在曲線上表現為下降。（3分）
2、答：金屬材料塑性應變速率與可動位錯密度ρ、位錯運動速率ν及柏氏向量的關係式為.由於變形前的材料中可動位錯很少，為了適應一定的巨集觀變形速率的要求，必須增大位錯運動速率。
而位錯運動速率又取決於應力的大小，其關係式為.於是，要增大位錯運動速率，就必須有較高的外應力，就出現了上屈服點。（3分）接著發生塑性變形，位錯大量增殖，ρ增大，為適應原先的形變速率，位錯運動速率必然大大降低，相應的應力也就突然降低，出現了屈服降落現象。
（2分）
3、答：δkth是疲勞裂紋不擴充套件的δk臨界值，稱為疲勞裂紋擴充套件門檻值，即：δk<δkth時，裂紋不擴充套件；δk<δkth，裂紋開始擴充套件，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴充套件的效能，也是材料的力學效能指標，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴充套件的阻力就越大，材料效能就越好。
（3分） δk＝yδσa1/2≤δkth，根據該式，若已知裂紋件的裂紋尺寸a和材料的疲勞門檻值δkth，就可求得該件無限疲勞壽命的承載能力。若已知裂紋件的工作載荷δσ和δkth，即可求得裂紋的允許尺寸。（2分）
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