中南大學考試試卷（答案）
2013-- 2014學年第一學期時間100分鐘 2023年12月06日
《材料力學效能與測試》 課程 24 學時 1.5 學分考試形式：開卷
專業姓名總分100分，佔總評成績 70 %
一、選擇題 （在括號中正確的打「√」，錯誤的打「×」； 共15分每題1分）
1 彈性應力與應變的關係實際上是原子間作用力與原子間距的關係
2 金屬塑性越大意味材料服役時安全性越高，故塑性是重要的安全設計指標
3 一般來講，拉伸要比彎曲的屈服強度高，三向不等拉伸下的屈服強度最高
4 材料的強度是顯示了該材料對塑性變形和斷裂的抗力
5 ψ反映材料斷裂前的最大塑性變形量，ψ比δ 對組織變化更為敏感
6 材料上的缺口引起缺口前沿應力集中，使塑性材料出現「缺口強化」，強度提高。 (√)
7 圓柱試樣承受扭矩進行扭轉時，所受切應力在試樣橫截面上是均勻分布的
8 在衝擊載荷作用，使許多位錯源同時開動，因此提高了金屬的塑性變形能力。 (×)
9 t50反映裂紋擴充套件變化特徵，可定性評定材料在裂紋擴充套件中吸收能量的能力。 (√)
10 具有密排六方或麵心立方結構的金屬材料普遍存在著低溫脆性
11 高強度材料的切口敏感性可用nsr來描述，脆性材料對切口是絕對敏感的。 (√)
12 韌性斷裂多數是微孔聚集型斷裂，脆性斷裂主要表現為沿晶斷裂或解理斷裂。 (√)
13 材料洛氏硬度為60hrb，則表示用b標尺(施加總試驗力980.7n)，硬度值60
14 低周疲勞時通常應力水平較低，材料的疲勞斷裂壽命因此也較長
15 金屬的最大均勻塑性變形是評定沖壓用板材極限變形程度的重要引數
二、名詞解釋（每題：4分，共20分）
1、比例極限—— 應力與應變之間呈線性關係所對應的最大強度值。
2、彈性模量——彈性模量是產生100%彈性變形所需的應力。彈性模量被稱之為材料的剛度，它主要決定於金屬原子的本性和晶格型別。
3、應變強化——在塑性加工變形時金屬材料的強度隨之增大的現象。
4、迴圈韌性——金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力。
5、疲勞壽命——金屬材料斷裂前所能承受變動迴圈應力的周次或次數。
三、名詞概念比較（每題：6分，共24分）
1、工程應力與真實應力
工程應力σb用材料所承受載荷f除以原始橫截面積a0來表示，真實應力s則是用材料所承受載荷f除以瞬時橫截面積a來描述。 兩者之間有關係：s=σb (1+ε)，其中ε為工程應變
2、斷後延長率與斷面收縮率
斷後伸長率是試樣拉斷後標距伸長與原始標距的百分比，用δ表示；斷面收縮率是試樣拉斷後，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用ψ表示；兩者均是材料的塑性指標，但在拉伸形成縮頸時，則用ψ作塑性指標為宜，ψ比δ對組織變化更敏感。
3、脆性斷裂與韌性斷裂
金屬材料斷裂是突然發生的，在斷裂前基本不發生塑性變形的謂之脆性斷裂。沿晶斷裂或解理斷裂屬於脆性斷裂；斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結晶狀。金屬材料斷裂前產生明顯的巨集觀塑性變形的謂之韌性斷裂；這種斷裂有乙個緩慢的撕裂過程，斷口常呈纖維狀、暗灰色。
4、應力場強度因子ki 與斷裂韌度kic
應力場強度因子ki是決定應力場強弱的乙個復合力學參量（張開型裂紋），ki=y σ√a,它與材料無關，而和載荷、試樣尺寸有關；。當ki達到臨界值時，謂之該材料的斷裂韌度kic；它表示材料抵抗斷裂的能力，是力學效能指標，只和材料成分、組織結構有關。
四、問答計算題 （共41分）
1、決定金屬屈服強度的內在因素有哪些？如何通過拉伸試驗測定金屬的屈服強度？
答 （略） 上屈服強度( reh )
試樣發生屈服而力首次下降前的最高應力。
下屈服強度( rel )
在屈服期間， 不計初始瞬時效應時的最低應力。
7分）2、比較單向拉伸、扭轉、彎曲，壓縮試驗的特點。試問硬質合金產品應選擇那種試驗方法測定材料的效能較合適8分
答 （略）
3、試說明金屬低溫脆性的本質。解釋為什麼有些材料會有明顯的韌脆轉變溫度？
答 （略p658分）
4、試述裂紋尖端塑性區產生的原因。塑性區對應力場強因子ki如何影響？在什麼條件下且如何對ki進行修正8分）
答 （略）p92 p75
5、火箭殼體材料經不同熱處理：a處理下σ0.2=1750 mpa，kic=76 mpa√m；b處理下，σ0.
2=2000 mpa，kic=49 mpa√m。焊接後均出現縱向表面半橢圓裂紋，尺寸為a＝1.0 mm，a／2c＝0.
3，殼體承受很高的工作應力，其周向工作拉應力達σ＝1500 mpa。這兩種制度熱處理後殼體是否安全10分）
答 (1) σ/σ0.2= 1500/1750 =0.85 >0.7 需要修正。a／c＝0.6
由於ki=1.1σ√πa/ √ф2-0212(σ/σ0.2)2 =1.1σ√πa/ √q (平面應變)
故可求得σc= kic√q /1.1√πa =76×√1.62-0.212×0.852 /1.1√π0.001=151.92>工作應力
故工件是安全的
同理計算 (2) σ/σ0.2= 1500/2000 =0.75 >0.7 （略）
有一材料e=2×1011n/m2， γ=8n/m，計算在7×107n/m2的拉應力作用下，該材料中能擴充套件的裂紋的最小長度。（k=σ(πa)1/2) （10分）
1）試述δ，ψ兩種塑性指標評定金屬材料塑性的優缺點。
p372）板材巨集觀脆性斷口的主要特徵是什麼？如何尋找斷裂源？
8、板材巨集觀脆性斷口的主要特徵是什麼？如何尋找斷裂源？
斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結晶狀，板狀矩形拉伸試樣斷口中的人字紋花樣的放射方向也
與裂紋擴充套件方向平行，其尖端指向裂紋源。
板材厚度8mm若進行布氏硬度測試試問試樣至少厚度為多少才能滿足硬度測試要求。
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材料力學效能
蠕變 金屬在長時間的恆溫 恆載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象。蠕變極限 在高溫長時間載荷作用下不致產生過量塑性變形的抗力指標。該指標與常溫下的屈服強度相似。應力腐蝕 金屬在拉應力和特定的化學介質共同作用下，經過一段時間後所產生的低應力脆性斷裂叫應力腐蝕。靜力韌度 材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到...
材料力學效能
斷裂是機械和工程構件失效的主要形式之一，它比其它失效形式，如失穩 磨損 腐蝕等，更具有危險性。斷裂是材料的一種十分複雜的行為，在不同的力學 物理和化學環境下，會有不同的斷裂形式。例如，在迴圈應力作用下材料會發生疲勞斷裂，在高溫持久應力作用下會發生蠕變斷裂，在腐蝕環境下會發生應力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂等等...