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。

9. 请论述断裂力学的产生、发展、分类及主要理论？(12分)
参考答案： 严格按传统强度理论设计的工程结构却发生了低应力脆性断裂，这是传统强度理论无法自圆其说的。

正是对这类问题的思考和探索，尤其1920格里菲斯裂口断裂理论的提出标志固体力学的一个新分支即将出现。

断裂力学诞生的标志是欧文的应力强度断裂理论的提出。

这也是断裂力学的第一次飞跃发展，断裂力学的第二次飞跃发展体现在应力强度因子断裂理论应用在疲劳问题的分析。

根据材料断裂的载荷性质，可分为静态断裂力学和动态断裂力学，或称为断裂静力学和断裂动力学，显然断裂静力学是断裂动力学的基础，一般简称为断裂力学。

由于研究的尺度、方法和观点不同，断裂力学可分为微观断裂力学和宏观断裂力学。

根据所研究的裂纹尖端附近材料塑性区的大小，宏观断裂力学又可分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。

10. 材料有哪些性能？什么是材料的力学性能？金属材料有哪些力学性能指标？力学行为的内涵是什么？(12分) 参考答案： 材料的性能包括热学性能、力学性能（弹性模量、拉伸强度、抗冲强度、屈服强度、耐疲劳强度等）、电学性能、磁学性能、光学性能、化学性能。

材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲
击、交变应力等）时所表现出的力学特征，主要分为：脆性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、弹性、延展性、刚性、屈服点或屈服应力。

金属材料力学性能指标包括：弹性指标、强度性能指标、硬度性能指标、塑性指标、韧性指标、疲劳性能指标及断裂韧度性能指标等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。

力学行为：在外载荷作用下，或者在载荷、加载速率和环境因素的联合作用下表现出的行为。

力学行为主要包括：
弹性形变、塑性形变、断裂及疲劳等。

11. （15分）60Si2Mn 钢经热处理后屈服极限=130
0 MPa，极限强度=2000 MPa，断裂韧度K Ic =80 M
Pa，工作应力σ=1000 MPa，当板宽比裂纹长度大很
多时，其应力场强度因子表达式为其中Y＝0.
8，试求裂纹的临界尺寸和安全裕度？(14分)
参考答案：
判断题
1. 低应力脆断并不可怕。

(5分)
参考答案：错误
2. 力的单位为mpa。

(5分)
参考答案：错误
(1).
(2).参考答案:理论断裂强度
(3).参考答案:应力集中系数
(4).参考答案:裂口断裂理论
4. J积分有两种定义或表达式，一是___(5)___ ，另一
种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定
义是等效的；其守恒性指___(7)___ 。

(6分)
(1).参考答案:回路积分定义
(2).参考答案:形变功率定义
(3).参考答案:J积分的数值与积分回路无关
5. 进行___(8)___ 寿命分析时, 一般按应力-寿命或应
变–寿命关系进行, 称为___(9)___ ；进行___(10)__
_ 寿命分析时，则必须考虑裂纹的存在，需用断裂力学方
法研究，故称为___(11)___ 。

(8分)
(1).参考答案:疲劳裂纹萌生
(2).参考答案:传统疲劳
(3).参考答案:疲劳裂纹扩展
(4).断裂疲劳
(1).变形
(2).参考答案:断裂
(3).参考答案:腐蚀
(4).参考答案:磨损
(5).参考答案:变性
(6).参考答案:断裂
问答题
7. 请解说“K I = K Ic”？(16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。

8. 一圆柱形压力容器的内径D=500mm，壁厚t=20 m
m，内压p=40MPa，如图所示。

容器表面有一平行与轴线
的纵向表面裂纹，长为2a=6.18mm，深为c=2mm，裂
纹为半椭圆片状。

若容器材料的断裂韧度K Ic =60 MPa
，屈服极限=1700 MPa，极限强度=2000 M
Pa，试计算该容器的工作安全系数？
(，其中Y＝0.8)。