华中科技大学疲劳与断裂试卷(2份)一

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断裂与疲劳(专升本)中国地质大学开卷参考资料题库及答案

(B) 差
(C) 商
(D) 积
正确的答案是：D
3. 材料的实际强度比理论强度低得多的原因可能是由于材料中的存在。(5分)
(A) 断裂
(B) 形变
(C) 微裂纹
(D) 断口
正确的答案是：C
4. 裂纹的生核、长大过程中一定要伴随的产生，也就是说，在断口表面总会有一塑性形变层。
(5分)
10. 疲劳的一个特点是只有在承受交变的循环（扰动）应力或循环应变作用的条件下，材料或构件因疲劳发生而损伤破坏。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
二、填空题
1. ___(1)___ 是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。(5分)
(1).
正确的答案是:
疲劳寿命
2. 根据疲劳裂纹的形成及扩展过程，典型的疲劳宏观断口三要素是：___(2)___ 、稳扩区和瞬断区。(5分)
2. 疲劳破坏是由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
3. 疲劳分析就是要研究裂纹的起始或萌生。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
4. 撕开型（Ⅲ型）裂纹最为常见，也是最为危险的一种裂纹。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。(6分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
二、填空题
1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。(5分)

疲劳与断裂力学(一)

抵抗裂纹扩展的能力
低温－－
脆断
高强度钢－低应力脆断
裂尖
承载能力
厚度
承载能力
构件自身抵抗裂纹扩展的能力制约着构件裂纹扩展
的难易程度
传统材料力学的强度问题
两大假设：均匀、连续
评选寿定材命
应用
σC
SU
s
b 强度指标
1
材料力学

强度分析

强度理论

f , k , NC f C
S-N曲线上对应于寿命N的应力，称为寿命为N循环的疲劳
强度。
疲劳极限(endurance limit ) Sf：
寿命N趋于无穷大时所对应的应力S的极限值 Sf。 “无穷大”一般被定义为：
钢材，107次循环；焊接件，2×106次循环；有色金属，108次循环。
S
SN Sf 103 104 105 106 107 Nf
疲劳开裂
疲劳断裂破坏
飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验飞机整机结构强度实验——机身破坏实验
静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程中最为关注的基本失效模式。
控制疲劳强度、断裂强度的是什么？
什么是疲劳？
ASTM E206-72
疲劳是在某点或某些点承受交变应力，且在足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程。
/(OAcos45+hcos45) =(OA-h)/(OA+h)
故可知: R=(1-k)/(1+k)=h/OA=h/AC R值在AC上线性标定即可。
-1
D R=-1
Sa
R=0
S-1
Ah

华中科大疲劳断裂课后习题解答全解全析

C = (0.9Su )11.8 ×103 = (0.9 × 430)11.8 ×103 = 3.4276 ×1033
-2-
第二章
疲劳与断裂课后习题全解
2-1 解：由题意可知： f = 20HZ ，要施加106 次循环需要：
t = 106 = 13.889小时。 20× 3600
2-2 解：由图中可以得到：
a） Smax = 380 MPa， Smin = 80 MPa， Sa = 160 MPa， Sm = 230 MPa。
再利用金相显微镜或低倍电子显微镜，可对裂纹源进行进一步观察和确认，并且判断是否因为材料缺陷所引起，缺陷的类型和大小若何。
由宏观“海滩条带”和微观“疲劳条纹”数据，结合构件使用载荷谱分析，还可能估计裂纹扩展速率。
-1-
疲劳与断裂课后习题全解
1-4 答：根据疲劳问题的特点，疲劳破坏起源于高应力或者高应变的局部。提高表面的光洁度，即可以减少结构整体的应力集中的可能性。这样就可以减少高应力和高应变的区域。
-3-
Sa(MPa)
400 350 300 250 200 150 100
2
疲劳与断裂课后习题全解
Sa(R=0)= -39.96LgN+408.73 Sa(R=-1)= -73.24LgN+624.72
原原原原 R=0 原原原原 R=-1 拟拟 R=0 拟拟 R=-1
3
4
5
6
7
8
9
疲劳与断裂课后习题全解
习题和答案
第一章
1-1 答：根据 ASTM E206—72 中所作的定义有：在某点或者某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称为疲劳。

断裂与疲劳(专升本) 地质大学期末开卷考试题库及答案

断裂与疲劳(专升本)判断题1. 力的大小可以用一个简单量表示。

(3分) 参考答案：错误2. “K I = K Ic ”表示K I 与K Ic 是相同的。

(3分) 参考答案：错误(1). 萌生 (2). 参考答案: 扩展 (3). 参考答案: 断裂 (4). 参考答案: 损伤积累4. ___(5)___ 有两种定义或表达式，一是回路积分定义，另一种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定义是___(7)___ ；其___(8)___ 指J 积分的数值与积分回路无关。

(8分) (1). 参考答案: J 积分(2). 参考答案: 形变功率定义(3). 参考答案: 等效的 (4). 守恒性(1). 机械加工程度变形 (2).参考答案: 预制裂纹长度 (3). 参考答案: 小范围屈服长度 (4). 读数显微镜(1). 理论断裂强度 (2). 参考答案: 实际断裂强度 (3). 参考答案: 应力集中系数 (4). 参考答案: 裂口断裂理论问答题7. 什么是低应力脆断？如何理解低应力脆断事故？(12分)参考答案：答：在应力水平较低，甚至低于材料的屈服点应力情况下结构发生的突然断裂，称为低应力脆性断裂，简称低应力脆断。

低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，同时也与材料的韧性有关。

由于应力低，容易“失察”，由于脆性断裂，难于控制即“失控”，低应力脆性断裂事故多为灾难性的。

断裂力学是研究低应力脆断的主要手段，其研究目的也主要是预防低应力脆断。

8. 请解说应力场强度因子断裂理论？(12分) 参考答案：答：1)下标“I”表示I 型（张开型）裂纹 2)“K”表示应力强度因子，是外加应力和裂纹长度的函数 3)“K I ”表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子 4)“K Ic ”表示I 型（张开型）裂纹的断裂韧度，是材料抵抗断裂的一个性能指标5)“K I = K Ic ”是断裂判据，表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子增加到一个临界值即达到材料的断裂韧度时，就发生脆性断裂。

疲劳与断裂试卷

1.在某钢桥连接构件疲劳断口的两个局部区域上，由扫描电镜观察到疲劳辉纹的存在，并测得相应的疲劳辉纹路间距分别为S1=1.5×10-3mm和S2=5.2×10-5mm。

试问该两局部的疲劳裂纹扩展速率如何？（15分）
2.图2所示为碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土三点弯曲梁试件。

在集中载荷P作用下，该加固梁的混凝土部分先后萌生如图2所示的多条裂纹。

试分别给出该梁中各类裂纹问题的断裂力学分析模型。

(20分)
3.已知某导弹壳体是内径D=1500mm，壁厚t=5mm的圆筒形压力容器，沿轴向有一深a=2mm，长2c=8mm的表面裂纹。

(1) 打压时容器在65个大气压力下发生爆破。

材料的屈服强度σs=160Kg/mm2，试求该材料的K1C。

(10分)
(2)若da/dN=1.59×10-9(ΔK)2/3(K的单位为：Kg/mm3/2)，并把容器的一次冲压卸载看作一个脉动循环，当内压力为30个大气压时，求容器的使用寿命。

(15分)
6.试比较混凝土与金属材料的断裂韧性测试方法的不同之处。

(15分)。

铝合金的疲劳与断裂分析考核试卷

铝合金的疲劳与断裂分析考核试卷
考生姓名：__________答题日期：_______得分：_________判卷人：_________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.铝合金疲劳的主要原因是：（）
A.材料内部缺陷
B.外部应力超过材料屈服强度
10.以下哪种方法不适用于铝合金疲劳裂纹的检测？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.漏磁检测
11.铝合金的疲劳极限与以下哪个因素有关？（)
A.材料的纯度
B.材料的强度
C.材料的硬度
D.所有上述因素
12.在进行铝合金疲劳测试时，以下哪种应力状态最常见？（）
A.拉伸应力
B.压缩应力
C.弯曲应力
C.温度
D.材料的屈服强度
8.对于铝合金的疲劳裂纹扩展，以下哪种说法正确？（）
A.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而减小
B.裂纹扩展速率与应力强度因子无关
C.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而增加
D.裂纹扩展速率仅与环境温度有关
9.铝合金在高温环境下的疲劳性能通常：（）
A.提高
B.降低
C.不变
D.与温度变化无关
A.应力比为0.5
B.应力比为-1
C.应力比为0
D.应力比为1
9.以下哪些因素会影响铝合金的断裂韧性？（）
A.材料的微观结构
B.材料的化学成分
C.温度
D.应变速率
10.以下哪些方法可以用来检测铝合金的疲劳裂纹？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.电子显微镜观察
11.铝合金疲劳裂纹扩展过程中，以下哪些现象是常见的？（）

断裂与疲劳

总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。

(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。

(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。

(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。

(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。

(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：填空题11. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。

(5分)(1).参考答案:剪切12. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。

(5分)(1).参考答案:疲劳断裂13. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。

(5分) (1).参考答案:韧性断裂单选题14. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。

由此可见，断裂学是一门综合性的边缘学科，本书将以断裂力学为主，而为了更好理解断裂机理和裂纹扩展，断裂物理的知识也有所涉及。

疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.表面裂纹问题是问题，其形状一般呈，用表示。

（）参考答案:三维半椭圆形半椭圆形2.下列哪个不是影响疲劳性能的因素（）。

参考答案:材料数量3.传统的应力和应变是以变形后的几何尺寸定义的，称为工程应力（S）和工程应变（e）。

参考答案:错误4.下面关于威布尔分布的描述，错误的是（）。

参考答案:威布尔分布函数是三参数模型，不能退化到二参数情况5.下列关于疲劳破坏特征的描述，哪一个是错误的（）。

参考答案:作用应力水平达到或超过极限应力6.J积分通过线积分利用远处的（）和位移场来描述裂纹尖端的力学特性，与积分路径（）。

参考答案:应力场无关7.材料的循环应力—应变响应可以由循环应力幅—应变幅方程和滞回环方程描述循环滞回行为是其与单调加载条件相比的主要不同之处。

参考答案:正确8.断裂力学需要回答的问题有（）。

① 裂纹是如何扩展的；② 剩余强度与裂纹尺寸的关系如何；③ 控制含裂纹结构破坏与否的参量是什么？如何建立破坏（断裂）的判据；④ 裂纹从某初始尺寸扩展到发生破坏的临界裂纹尺寸时，还有多少剩余寿命。

参考答案:①②③④9.当应变再次达到某值时，并且此前在该值处曾发生过应变变化的反向，则应力—应变曲线将形成反向滞回环，这种行为称为记忆特性。

参考答案:正确10.拉伸平均应力会使疲劳裂纹扩展速率da/dN（）,而腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率da/dN会（）。

参考答案:增大，增高11.标准试件的单轴拉伸可分为四个阶段，分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段，最终发生断裂。

参考答案:正确12.关于高载迟滞效应，下列的哪个说法是错误的（）。

参考答案:高载迟滞现象是指在拉伸低载作用后的高载循环中，发生疲劳裂纹扩展速率减缓的现象；13.初始裂纹尺寸相较于材料断裂韧度对裂纹扩展寿命的影响要大得多。

参考答案:正确14.控制疲劳裂纹不发生扩展的条件是【图片】。

参考答案:正确15.J积分和CTOD都是描述裂纹尖端附近区域的弹塑性应力应变场特征的重要参数，它们之间没有必然的联系。

(最新整理)华中科技大学精品课程疲劳与断裂第二章第一次课

2021/7/26
20
2. 尺寸效应
同样可用高应力区体积的不同来解释。应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力区域体积越大。疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。
尺寸效应可以用一个修正因子Csize表达为：
Csize=1.189d-0.097
8mmd250mm
当直径d<8mm时，Csize=1。
参数为：
2021/7/26
m=3/lg (0.9/k)；
C=(0.9Su)m×103
10
2.2 平均应力的影响 S
R，Sm；且有： Sm=(1+R)Sa/(1-R) R的影响Sm的影响
1) 一般趋势
Sa不变，R or Sm；N ； N不变，R or Sm；SN ;
Sm
R=0
t
R=-1/3
R=-1
S max /MPa
600
N=104
2.3
Smax
2.2
/MPa
600
2.1
600
400 400
N=105 N=106
3 4 5 6 7 Lg N
400 400
200 Sa/MPa 200
N=1R07 =0.2 Sm/MPa
200
N2=010 04, Sa=220, lgSa=2.342
-400
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2.出现可见小裂纹, 或可测的应变降。延性材料
2021/7/26
3
基本S-N曲线：
R=-1 (Sa=Smax)条件下得到的S-N曲线。
1. 一般形状及特性值
S
用一组标准试件，在R=-1下，S N
施加不同的Sa，进行疲劳试

华科工程力学部分习题参考答案

3-1: FD=58.7kN。 3-3： FAy=24 kN，FAx=0，FB=B 12kN 3-5： FAy=10kN，FBy=20kN，FCy=20kN， MC= −60 kN •m。 3-6： 26.8F 3-7： h=1.51 m，FOx=360 kN， FOy=200 kN。 3-9： FE=F(1+L/a)2。 3-11：α≥74°12'。 3-13：a) F≥W•tg(α-ρ)；b) F≥W•tg(α+ρ)。 3-15：12mm<d<34mm。
2-8： (b) m = F[(L + a) sinα − b cosα ] (d) m = F a 2 + b2 sinα
2-9： (b)：FR=14.23kN，过o点向上。 (d): FR=3 kN，作用于x=4/3 m 处
2-10： (c)：FR=8 kN，作用点距A为 5/3 m。
第三章静力平衡问题
第六章强度与连接件设计
6-1: AAD=10.8cm2， ADK=0 (零杆)， ABK=20cm2 6-2： Fmax=2.26 KN 6-3: A≥240 mm2 6-4： (b)：σ1=16.7 MPa； σ2= −33.4 MPa； 6-5: L≤1102m 6-8： F ≥120 KN 6-9: 螺栓：τ=31.85MPa，σj=12.5MPa；键：τ=40MPa， σj=100MPa。 6-10：F ≤ 245 kN
7-9: t=10mm；n=40
第八章圆轴的扭转
8-2: τ=127 MPa、 255 MPa、 509MPa 8-3: τmax实=14.9 MPa， τ min空=14.6 MPa， ϕBA=0.53° 8-5: D1=45 mm； D2=46 mm，d2=23 mm 8-7: MTmax= 9.64 kN•m， τmax=52.4 MPa 8-8: d1=85 mm， d2=75 mm 8-9: MB=B 4.79 kN•m， MC=3.22 kN•m

疲劳与断裂分析考核试卷

D.应力比小的载荷
17.关于疲劳寿命的预测，以下哪种模型是基于裂纹扩展理论的：( )
A. Manson-Coffin方程
B. Miner法则
C. Paris公式
D. Soderberg方程
18.在交变载荷下，应力幅值与应力平均值的关系：( )
A.应力幅值越高，应力平均值也越高
B.应力幅值与应力平均值无关
18. ABC
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1.表面
2. da/dN-ΔK
3.疲劳极限
4.材料
5.疲劳寿命
6.疲劳损伤累积
7.应力集中
8.门槛值
9.应力强度因子
10.正弦波、三角波
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. ×
6. ×
7. ×
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
A.表面裂纹
B.微观裂纹
C.低应力幅值
D.高应力幅值
20.以下哪些因素会影响疲劳试验的结果：( )
A.试样的制备
B.试验机的精度
C.加载波形
D.试验环境条件
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.疲劳裂纹的萌生通常发生在材料的_______区域。
2.疲劳裂纹扩展的速率可以用_______曲线来描述。
8.所有材料的疲劳寿命都可以用S-N曲线来描述。（）
9.在疲劳分析中，静态疲劳极限和动态疲劳极限是相同的。（）
10.疲劳试验中，加载频率对试验结果没有影响。（）
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请简述疲劳裂纹萌生的主要原因，并说明如何通过设计来减少疲劳裂纹的萌生。

疲劳断裂精选33题

一、填空题1、控制材料或者结构断裂的三个主要因素裂纹尺寸和形状、作用应力、材料的断裂韧性。

2、断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为：张开型（I 型）、滑开型（II 型）和撕开型（III 型）。

3、金属延性断裂韧性测试方法：单试样法和多试样法。

4、测试材料延性断裂中的单试样法包括柔度法、载荷分离法、电位法。

5、在断裂力学测试中，若应用多试样测试方法，CT 试样或SEB 试样数量至少需要5个；若应用单试样柔度法，国家测试标准推荐的最低试样数为3个。

6、在国家标准中，把三点弯（SEB ）试样和紧凑拉伸（CT ）试样作为测定K 1C 的标准试样。

7、由于研究的观点和出发点不同，断裂力学分为微观断裂力学和宏观断裂力学。

8、疲劳的分类，按照表征参量可以分为应力疲劳和应变疲劳。

9、疲劳破坏过程按其发展过程可分为四个阶段，包括裂纹成核阶段、微观裂纹扩展阶段、宏观裂纹扩展阶段和断裂阶段。

10、材料总的疲劳寿命N 由两部分组成，即裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命。

11、可以表征材料断裂韧性度量的力学量主要有IC K 、IC G 和C 。

12、常用的计算应力强度因子的方法有积分变换法、有限元法和普遍形式的复变函数法。

（任意写出三种即可）13、按照破坏循环次数的高低将疲劳分为三类：低周疲劳（102～105）、高周疲劳（105～107）、超高周疲劳（107～1010）。

14、HRR 理论是Hutchinson 、Rice 和Rosengren 应用 J 积分等恒性以及材料的硬化规律确定应力和应变的幂次。

15、在线弹性条件下，J 积分的数值等于裂纹尖端附近区域的应变能释放率。

16、钝化线是描述裂纹试样在钝化过程中J 积分与伸张区宽度的一条直线。

17、在等幅应变循环加载下，一组低周疲劳试样经过试验可获得各试样的试验数据，为了获得称为 manson-coffin 的疲劳寿命预测模型，可采用的疲劳数据包括疲劳硬化指数、疲劳强度系数、疲劳延性指数。

华中科技大学疲劳与断裂试卷(2份)一

模拟测试题（一）1 （10分）已知循环最大应力m ax s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。

2 （10分）试用雨流计数法为下述载荷谱计数，并指出各循环的应力变程和均值。

3 （15分）如果工程应变e ＝0.2％，0.5％，1％，2％，5％，试估算工程应力S 与真实应力σ，工程应变e 与真实应变ε之间的差别有多大？4 （15分）某压力容器构件有一个3t K =的缺口，承受名义应力max S ＝500MPa ，min 50S =MPa 的循环载荷作用。

已知材料参数E ＝200GPa ，'1600K =MPa ，'1700f σ=MPa ，'0.125n =，b ＝-0.1，c ＝-0.7，'0.6f ε=。

试估算其寿命。

5 （15分）某材料350ys MPa σ=，用B ＝50mm ，W ＝100mm ，L ＝4W 的标准三点弯曲试样测试断裂韧性，预制裂纹尺寸a ＝53mm 。

由试验得到的P －V 曲线知，断裂载荷54Q P =MPa ，试计算该材料的断裂韧性1C K 并校核其有效性。

6 （15分）某高强度钢拉杆承受拉应力作用，接头处有双侧对称孔边角裂纹a ＝1mm ，c ＝2mm ，孔径d ＝12mm ，W ＝20mm ，接头耳片厚为t ＝10mm 。

若已知材料的断裂韧性为1120C K =MPa ，试估计当工作应力700σ=MPa 时，是否发生断裂。

7 （20分）某大尺寸厚板有一a /c ＝0.2之表面裂纹，受远场拉应力σ作用。

材料的屈服应力为900ys σ=MPa ，断裂韧性1100C K =MPa ，试估计：1）作用应力600σ=MPa 时的临界裂纹深c a 。

2）若a ＝5mm ，求此表面裂纹厚板的临界断裂应力c σ。

压力容器疲劳与断裂分析考核试卷

10.在压力容器疲劳评估中，可以通过提高操作压力来延长其疲劳寿命。（×）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述压力容器疲劳裂纹扩展的主要影响因素，并说明如何通过设计来减缓疲劳裂纹的扩展。
2.描述压力容器疲劳分析的基本步骤，并讨论在哪些情况下需要对压力容器进行疲劳评估。
3.论述断裂韧性在压力容器设计和安全评估中的作用，以及如何通过提高断裂韧性来增强压力容器的安全性。
4.结合实例，说明如何利用线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学方法对压力容器的疲劳寿命进行预测和评估。
标准答案
一、单项选择题
1. C
2. A
3. B
4. C
5. D
6. A
7. C
8. A
9. D
10. C
11. C
12. C
13. B
14. A
15. D
16. B
17. C
18. D
19. C
20. B
11.在压力容器的设计中，以下哪些因素需要考虑以防止疲劳断裂？（）
A.材料的疲劳性能
B.结构的疲劳强度
C.疲劳载荷的预期值
D.安全系数的确定
12.压力容器疲劳裂纹扩展的Paris公式涉及到以下哪些参数？（）
A.应力强度因子
B.疲劳裂纹扩展速率
C.材料的疲劳裂纹扩展阻力
D.裂纹长度
13.以下哪些情况下需要对压力容器进行疲劳分析？（）
A. S-N模型
B.断裂力学模型
C.微观损伤模型
D.经验公式
19.在压力容器疲劳裂纹检测技术中，以下哪些技术可以用于非破坏性检测？（）
A.射线检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.涡流检测

高铁车组疲劳与断裂分析考核试卷

15.以下哪些是高铁车组疲劳与断裂分析中的关键性能指标？（）
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.裂纹扩展速率
16.下列哪些因素可能导致高铁车组材料的疲劳性能下降？（）
A.材料内部缺陷
B.环境腐蚀
C.温度变化
D.材料老化
17.高铁车组在制造过程中，哪些措施可以减少疲劳裂纹的产生？（）
A.严格控制制造工艺
B.提高制造精度
C.加强运行监测
D.以上都对
19.下列哪个参数用于描述材料抵抗疲劳裂纹扩展的能力？（）
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.延展性
20.高铁车组疲劳与断裂分析中，以下哪个模型用于预测裂纹扩展寿命？（）
A.线性累积损伤模型
B.非线性累积损伤模型
C.裂纹扩展模型
D.随机疲劳模型
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1. B
2. A
3. A
4. D
5. B
6. D
7. A
8. D
9. A
10. A
11. D
12. B
13. C
14. D
15. B
16. D
17. D
18. A
19. C
20. C
二、多选题
1. ABCD
2. ABC
3. ABC
4. ABCD
5. ABCD
6. ABCD
7. ABCD
8. ABC
9. ABCD
A.应力强度因子
B.应变强度因子
C.应力幅值
D.平均应力
8.下列哪种方法可以有效地减少高铁车组疲劳断裂风险？（）

电子材料疲劳寿命考核试卷

标准答案
一、单项选择题
1. D
2. C
3. D
4. D
5. D
6. C
7. A
8. C
9. A
10. B
11. C
12. D
13. C
14. B
15. A
16. C
17. B
18. D
19. A
20. D
二、多选题
1. ABC
2. ACD
3. ABCD
4. BCD
5. ABCD
6. ABCD
7. ABCD
A.声发射监测
B.红外热成像
C.电学阻抗谱
D.振动分析
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.电子材料疲劳寿命试验中，通常使用的应力比R是指_______与_______的比值。
（）/（）
2.在电子材料疲劳裂纹扩展过程中，_______是描述裂纹扩展速率的关键参数。
B.温度
C.化学腐蚀
D.辐射
10.电子材料疲劳试验中，哪些参数可以用来描述疲劳行为？（）
A. S-N曲线
B. Wohler曲线
C.疲劳极限
D.寿命曲线
11.以下哪些方法可以用于检测电子材料中的疲劳裂纹？（)
A.磁粉探伤
B.渗透探伤
C.超声波探伤
D. X射线探伤
12.电子材料疲劳寿命评估中，哪些理论模型可以用来预测裂纹扩展？（）
5.疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子的关系是线性的。（）
6.电劳辉纹是电子材料疲劳裂纹扩展的微观特征之一。（）
8.在进行电子材料疲劳寿命预测时，不需要考虑环境因素的影响。（）
9.电子材料的疲劳寿命可以通过增加材料硬度和强度来提高。（）

(最新整理)华中科技大学精品课程疲劳与断裂第二章第二次课

典型应力谱(Si, ni)
Di=ni /Ni
判据 D=1
S-N曲线 Ni=C/Sm D=ni /Ni 寿命 =1/D 2) 已知应力谱型和寿命，估计可用应力水平。
应力谱型(Si？, ni)
S-N曲线假设 Si
2021/7/26
Ni=C/Sm
Di=ni /Ni
S=Si yes
D=ni /Ni 判据 D=1
使用条件：
1.是构件相似，主要是疲劳破坏发生的高应力区几何相似；
2.载荷谱相似，主要是载荷谱型（次序）相似，载荷大小可以不同。
许多改进设计，可以借鉴过去原型的使用经验；
间接考虑了载荷谱型、作用次序及材料分散性的
影响；故相对Miner理论预测精度好，应用广泛。
2021/7/26
14
例4 已知某构件使用一年的损伤为 (n/N)B=0.121，实际使用寿命为6年，现改型设计，应力水平减轻后，一年的损伤和为(n/N)A=0.08, 试用估计其寿命。
N2 N1
9
3. Miner理论的应用
变幅载荷下，应用Miner理论，可解决二类问题：已知设计寿命期间的应力谱型，确定应力水平。已知一典型周期内的应力块谱，估算使用寿命。
利用Miner理论进行疲劳分析的一般步骤为：
确定载荷谱，选取拟用的应力水平；选用适合构件使用的S-N曲线；
计算在应力水平Si下循环ni次的损伤： Di=ni/Ni；计算总损伤 D=ni/Ni；若D<1, 构件是安全的；可考虑提高应力水平。若D>1，则应降低应力水平或缩短使用寿命。
0.8P 0.1 116200 10.79376 00..100528
0.6P 0.5 12900 31.07836 00.2.18682

疲劳与断裂作业1答案

《疲劳与断裂》第一次作业习题答案1．依据以下等寿命疲劳图，作该材料在R=-1和R=0时的S a-N曲线。

解：R=-1时图1-1S a-N曲线现取lgS a为纵坐标，lgN为横坐标绘于图中，如图1-2所示则：usx x +=与回归方程Y =A +BX 对比有x Y =，u X =，x A =，sB =求出：7665.3=xx L ，1043.0=yy L ，6043.0=xy L 则9641.01043.07665.36043.0=⨯==yy xx xyL L L r查相关系数的起码值得874.0=αr ，因此，αr r >，满足线性相关。

（2）假定寿命服从威布尔分布)lg(lg lg )(lg )](1[lg lg 001N N b e N N b N F a --+-=--与回归方程Y =A +BX 对比有1)](1[lg lg --=N F Y ，)(lg 0N N X -=)lg(lg lg 0N N b e A a --=，bB =设Nxx L 则r 综数=r （33．某钢构件在图示拉伸应力S 1=400MPa 下作用n 1=2⨯104后应力增至S 2=450MPa ，求该构件的剩余寿命，已知材料的S b =600MPa 。

400450St⋯⋯解：在拉压荷载作用下S f(tension)=0.35S b =0.35×600=210MPa设基本S-N 曲线为CN S =α其中()()314.735.9.0lg 39.0lg 3===k α()()223314.731065.9106009.0109.0⨯=⨯⨯=⨯=αb S C ∴基本S -N 曲线为22314.71065.9⨯=N S （1）在拉伸应力S 1=400MPa 的作用下，S max =400MPa ，S min =0MPa 因此，S a =(S max -S min )÷2=200MPa解得：421041.1⨯=n ，所以该构件剩余寿命为41041.1⨯。

《材料的疲劳与断裂》研究生课程课件试卷

2013年春研究生《工程材料疲劳与断裂》课程试卷一姓名出生日期年月日性别学校住址民族联系电话现学习院系专业/导师本科学校院系入学时间本科学习专业毕业时间是否学习过以下课程材料科学导论断裂与疲劳其它断裂力学基础结构失效计算机等级外语等级1 为什么学习这门课程？和研究课题有什么关系？你同时或稍后还有其它的学习计划吗？2 请解释传统的强度设计概念、一般方法及它的优缺点。

3 你听说或见过有关工程断裂失效的事情吗？请举出一例，并分析它们的力学特点是什么?4 什么是金属材料的脆性断裂，它的核心本质是什么？你能说出与之相关的理论观点、术语吗?5 什么事疲劳？疲劳有哪些特征？你能画出一个简单的循环载荷示意图吗？6 什么是断口分析，在失效分析中断口能提供哪些信息？7 疲劳断口和静载破坏断口有什么不同？8 已知循环最大应力s max =200MPa,最小应力s min =50MPa,计算循环应力变程Δs,应力幅s a ,平均应力s m 和应力比R9 The S-N curve of a material is described by the relationship)/1(10log max σS N -=,where N is the number of cycles to failure, S is theamplitude of the applied cyclic stress, and max σis the monotonic fracture strength ,i.e.,S=max σ at N=1. A rotating component made of this material is subjected to 104 cycles at S=0.5max σ.If the cyclic load is now increased to S=0.75max σ, how many more cycles will the material withstand?10Translation E2CFatigue Crack NucleationFatigue cracks nucleate at singularities or discontinuities in most materials. Discontinuities may be on the surface or in the interior of the material. The singularities can be structural (such as inclusions or second-phase particles) or geometrical (such as scratches or steps). The explanation of preferential nucleation of fatigue cracks at surfaces perhaps resides in the fact that plastic deformation is easier there and that slip steps form on the surface. Slip steps alone can be responsible for initiating cracks, or they can interact with existing structural or geometric defects to produce cracks. Surface singularities may be present from the beginning or may develop during cyclic deformation, as, for example, the formation of intrusions and extrusions at what are called the persistent slip bands (PSBs) in metals. These bands were first observed in copper and nickel by Thompson et al .4 They appeared after cyclic deformation and persisted even after electropolishing. On retesting, slip bands appeared again in the same places. Later, the dislocation structure in the PSBs was investigated extensively. Figure 14.11(a) shows a TEM micrograph of a polycrystalline copper sample that was cycled to a total strain amplitude of 6.4 × 10−4 for 3 × 105 cycles. Fatigue cycling was carried out in reverse bending at room temperature and at a frequency of 17 Hz. The thin foil was taken 73 μm below the surface. Two parallel PSBs (diagonally across the micrograph) embedded in a veined structure in polycrystalline copper can be seen. The PSBs are clearly distinguished and consist of a series of parallel ‘‘hedges” (a ladder). These ladders are channels through which the dislocations move and produce intrusions andextrusions at the surface Figure 14.11(c). Stacking-fault energy and the concomitant ease or difficulty of cross-slip play an important role in the development of the dislocation structure in the PSBs. Kuhlmann-Wilsdorf and Laird have discussed models for the formation of PSBs in metals.5 They compared the deformation substructures produced by unidirectional and cyclic (fatigue) deformation and interpreted them in terms of the differences between the two modes of deformation. The principal differences are as follows:1. Due to the much larger time spans of deformation in fatigue, the dislocation structures formed are much closer to the configurations having minimum energy than the ones generated by monotonic straining. That is, more stable dislocation arrays are observed after fatigue.2. The oft-repeated to-and-fro motion in fatigue minimizes the buildup of surpluses of local Burgers vectors, which are fairly prevalent after unidirectional (monotonic) strain.3. Much higher local dislocation densities are found in fatigued specimens.。