《材料的疲劳与断裂》研究生课程课件试卷
《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.。
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)。
第四章 材料的疲劳ppt课件
对青铜:
σ-1 =0.21 σb
疲劳极限与材料强度近似成正比,所以合金化、
细化晶粒和组织等强化方法可以提高材料的疲劳
极限。
.
(2)非对称应力循环下的疲劳极限
大多数机械零件所承受载荷属于非对称循 环应力。 ——考虑平均应力、应力幅、应力比
应力比提高, 疲劳极限和 疲劳寿命增 长!
.
平均应力提高,疲劳极限和疲劳寿命减小!
不适用于循环频率较高的试验,故也称低频疲劳或应变疲劳。
.
观察试件在这一阶段的破坏断口,可见到材料已
发生塑性变形的特征。所以低周疲劳性能常用应 变-寿命曲线表征。一般的疲劳曲线特指N>104范
围内的应力-寿命曲线。
有些机械零件,例如一次性使用的火箭发动机的某些零件、 导弹壳体等,在整个使用寿命期间应力变化次数只有几百到 几千次,故其疲劳属于低周疲劳。但对绝大多数通用零件来 说,当其承受变应力作用时,其应力循环次数总是大于 10000的。所以大部分是高周疲劳。
.
例题
疲劳试验的平均应力是50MPa,应力变化 幅度是30MPa。试计算:1、最大应力;2、 最小应力;3、应力比。
解:平均应力σm= (σmax+σmin)/2=50 应力变化Δσ=2σa= (σmax-σmin)=30 σmax=65MPa;σmin=35MPa;r=0.54
.
1.2 疲劳破坏
德国人Wohler针对火车车轴疲劳进行研究, 得到了循环应力(S)与疲劳循环寿命(N) 之间的关系。——疲劳曲线(S-N曲线)
.
旋转弯曲疲劳试验
试样旋转并承受一弯矩。 产生弯矩的力恒定不变且 不转动。试样可装成悬臂, 在一点或两点加力;或装 成横梁,在四点加力。试 验一直进行到试样失效或 超过预定应力循环次数。
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?()
材料的疲劳损伤与断裂ppt课件
S
S
S
S
0
t0
t0
t0
t
三角波
正弦波
矩形波
梯形波
26
材料的疲劳性能
27
材料的疲劳性能
材料的疲 劳性能
材料的循环变形特性 - relationship
载荷寿命关系 -N curve -N curve
疲劳裂纹扩展特性 da/dN curve
28
材料的疲劳性能
拉伸应力-应变关系
σ-ε
S-e
σ ε
m
max min
2
a
max min
2
r min / max
疲劳极限应力图
41
疲劳强度的影响因素
Gerber Parabola
Modified Goodman line
42
疲劳强度的影响因素
等效应力幅
43
疲劳强度的影响因素
疲 劳 裂 纹 通 常 起始于零件表面 表 面 状 况 对 疲 劳寿命有很大的 影响 表 面 光 洁 度 越 高,形成疲劳裂 纹的时间越长。
S
S
S
0 恒幅循环
t
0
变幅循环
t
0 随机载荷
t
疲劳载荷的类型
23
疲劳的基本概念
恒幅循环参数
平均应力
Sm=(Smax+Smin)/2 (1) 应力幅
Sa=(Smax-Smin)/2 (2) 应力范围
S=Smax-Smin
(3)
应力比 R=Smin/Smax
设计:用Smax,Smin ,直观; 试验:用Sm,Sa ,便于加载; 分析:用Sa,R,突出主要控制参量, 便于分类讨论。 24
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。
玻璃纤维增强塑料的疲劳与断裂分析考核试卷
8.在玻璃纤维增强塑料的制造过程中,______和______是影响其疲劳性能的关键因素。()
9.玻璃纤维增强塑料的疲劳测试中,应力比R=1代表______的应力状态。()
10.玻璃纤维增强塑料的疲劳裂纹扩展速率可以通过______和______等模型进行预测。()
8.纤维分布、固化程度
9.零应力
10. Paris法则、疲劳寿命预测模型
四、判断题
1. ×
2. ×
3. ×
4. ×
5. √
6. √
7. √
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题(参考)
1.疲劳裂纹扩展的主要机制包括裂纹尖端塑性变形、裂纹闭合效应和裂纹面上的摩擦。这些机制通过影响裂纹扩展速率来改变疲劳寿命。裂纹尖端塑性变形和裂纹面上的摩擦会导致裂纹扩展速率增加,而裂纹闭合效应则有助于减缓裂纹扩展。
C.环境条件
D.以上皆是
19.玻璃纤维增强塑料的疲劳裂纹扩展受到以下哪些物理机制的影响?()
A.裂纹尖端塑性变形
B.裂纹闭合效应
C.裂纹面上的摩擦
D.以上皆是
20.在进行玻璃纤维增强塑料的疲劳分析时,以下哪些参数是需要重点考虑的?()
A.疲劳载荷的幅值和频率
B.材料的疲劳性能数据
C.环境条件和温度影响
D.疲劳磨损
12.以下哪些因素会影响玻璃纤维增强塑料的疲劳极限?()
A.玻璃纤维的含量
B.玻璃纤维的取向
C.材料的密度
D.环境温度
13.在评估玻璃纤维增强塑料的疲劳裂纹扩展速率时,以下哪些方法被广泛应用?()
A.应力强度因子
《材料的疲劳》课件
材料内部的微裂纹、孔洞和杂质等缺 陷,会在应力集中处引发应力集中, 导致疲劳裂纹的萌生和扩展。
微观组织
材料的微观组织结构,如相的组成和 分布,也会影响疲劳性能。例如,多 相合金的1 02
温度
温度对材料的疲劳性能有显著影响。在低温环境下,金属材料的疲劳强 度通常会提高;而在高温环境下,由于蠕变和氧化等作用,疲劳强度会 降低。
疲劳数据的处理与解释
数据整理
对实验数据进行整理,包 括应力、应变、寿命等数 据。
数据分析
对整理后的数据进行统计 分析,找出材料的疲劳规 律。
结果解释
根据数据分析结果,解释 材料的疲劳行为和机理。
疲劳寿命预测
经验公式法
利用已知材料的疲劳试验数据,建立经验公式来 预测其他条件下的疲劳寿命。
有限元分析法
由于温度循环或热冲击引起的 疲劳。
环境疲劳
由于腐蚀、氧化、辐射等因素 引起的疲劳。
疲劳的危害
01
02
03
结构安全
疲劳失效可能导致结构突 然断裂,从而造成严重事 故和人员伤亡。
经济损失
频繁的疲劳失效会导致设 备维修和更换成本的增加 ,影响生产效率和经济效 益。
社会影响
疲劳失效可能对公共安全 和基础设施造成威胁,如 桥梁、铁路、管道等。
应力均值
应力均值也会影响材料的疲劳寿 命,通常应力均值越高,疲劳寿 命越长。
应力循环特征
应力循环具有对称性和非对称性 两种特征,对称循环下材料的疲 劳寿命较长,而非对称循环下材 料的疲劳寿命较短。
材料的疲劳极限
疲劳极限的定义
01
材料在一定条件下抵抗疲劳的能力,即在一定的应力幅值和循
环次数下不发生疲劳断裂的最大应力值。
疲劳与断裂5PPT课件
7
5.2 裂纹尖端的应力强度因子
裂纹的 三种基 本受载 形式:
y
x
t
z
1型 t
y
x
作用(、a)越大,抗力(K1C )越低,越可能断裂。
K是低应力脆性断裂(线弹性断裂)发生与否 的控制参量,断裂判据可写为:
K= f (Wa ,L) pa K1c 16
断裂判据:
K= f (Wa ,L) pa K1c 或 KK1C
这是进行抗断设计的基本控制方程。
f是裂纹尺寸a和构件几何(如W)的函数,查手册; K1C是断裂韧性(材料抗断指标),由试验确定。
r, ij趋于零;但显然可知, 当q=0时,在x轴 上远离裂纹处,应有y=,且不受r的影响。故 此时应以其后的r0阶项为主项。
断裂力学关心的是裂纹尖端附近的应力场。
11
裂尖的应力强度因子K1: K1= p a
K反映了裂尖应力场的强弱;足标1表示是1型。
ij越大,K越大;裂纹尺寸a越大,K越大。 K的量纲为[应力][长度]1/2,常用MPa m。
内压 p ,则 ,临界裂纹尺寸 ac ;
若内压不变,容器直径 d , , ac , 抗断裂能力越差。
22
本章基本概念
低应力断裂:在静强度足够的情况下发生的断裂。
剩余强度: 受裂纹影响降低后的强度。 工程中最常见的、危害最大的是 I (张开)型裂纹。 用弹性力学方法可以得到裂纹尖端附近任一点 (r,q)处的正应力x、y和剪应力txy为:
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 。
疲劳与断裂分析考核试卷
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。
《疲劳与断裂》PPT课件
:
设计目标 初步设计
平衡方程
内强 强
变形几何条件
力 应
度 条
度 计
力件 算
应力应变关系
材料试验 极限应力 选取安全系数 许用应力
满 NO 修改 意 设计 ?
YES
结束
研究对象是无缺陷变形体,
研究目的是保证在最大载荷下有足够的强度。
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4
有缺陷怎么办?
研究含缺陷材料的强度 --断裂
多次载荷作用下如何破坏?
静强度失效、断抗裂震失模效型和试疲验劳失效,是工程
中最(为破关坏注部的位基、本破失坏效形模式、。抗震能力)
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16
疲劳与断裂
一. 概述
introduction
二. 应力疲劳 三. 疲劳应用统计学基础 四. 应变疲劳
Crack initiation
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17
疲劳与断裂
五. 断裂失效与断裂控制设计 六. 表面裂纹 七. 弹塑性断裂力学简介
应力幅
Sa=(Smax-Smin)/2
应力变程 S=Smax-Smin
应力比或循环特性参数 R=Smin/Smax
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22
定义:平均应力 Sm=(Smax+Smin)/2
(1)
应力幅
Sa=(Smax-Smin)/2
(2)
应力变程 S=Smax-Smin
(3)
应力比或循环特性参数 R=Smin/Smax
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9
轴
叶轮
疲劳断裂破坏
精选课件ppt
10
转子轴
疲劳开裂
疲劳断裂破坏
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11
船舶结构疲劳与断裂分析考核试卷
B.应力比
C.温度
D.裂纹扩展速率
12.在船舶结构断裂分析中,以下哪些参数是重要的?()
A.应力强度因子
B.断裂韧性
C.疲劳裂纹扩展速率
D.疲劳寿命
13.以下哪些条件可能导致船舶结构发生低周疲劳?()
A.高应力水平
B.低应力水平
C.大量循环载荷
D.少量循环载荷
14.以下哪些方法可以用来提高船舶结构疲劳寿命?()
2.应力分析法简单,但精度低;断裂力学法适用于裂纹扩展分析;实验法准确,但成本高。
3.评估方案包括:收集设计载荷、实际运营数据和材料性能数据;使用断裂力学法和实验法分析;定期无损检测和结构健康监测;优化设计和使用高疲劳强度材料。
4.结构优化减少应力集中;材料选择考虑高疲劳强度和断裂韧性;表面处理如喷丸强化提高疲劳极限。例如,在关键部位使用高强度钢和进行表面热处理。
A.疲劳极限
B.疲劳寿命
C.断裂韧性
D.裂纹扩展速率
5.关于船舶结构断裂韧性,以下哪项描述是正确的?()
A.表示材料抵抗裂纹扩展的能力
B.表示材料在拉伸过程中的最大应力
C.表示材料在压缩过程中的最大应力
D.只与温度有关
6.以下哪种方法常用于评估船舶结构疲劳寿命?()
A.应力分析法
B.断裂力学法
C.实验法
A.载荷变化
B.材料缺陷
C.温度变化
D.润滑不足
2.船舶结ห้องสมุดไป่ตู้疲劳裂纹通常起源于?()
A.材料内部缺陷
B.表面划痕
C.高应力区
D.低应力区
3.关于S-N曲线,以下哪项描述是正确的?()
A.表示应力与寿命的关系
建筑金属配件的疲劳断裂分析考核试卷
2. 描述疲劳裂纹在金属配件中的形成和扩展过程,并讨论如何通过设计来减少疲劳裂纹的产生。
3. 解释什么是S-N曲线,并说明它在评估建筑金属配件疲劳寿命中的作用。
4. 分析建筑金属配件在不同环境条件下(如温度、湿度等)的疲劳性能变化,并提出相应的改善措施。
标准答案
一、单项选择题
1. B
2. B
3. A
A. 材料的弹性模量
B. 材料的屈服强度
C. 材料的硬度
D. 材料的断裂韧性
20. 在评估建筑金属配件的疲劳寿命时,以下哪些因素需要考虑?( )
A. 载荷的历史
B. 材料的疲劳裂纹扩展速率
C. 材料的疲劳极限
D. 使用环境的温度变化
(结束)
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)
4. D
5. C
6. C
7. D
8. B
9. C
10. D
11. B
12. C
13. A
14. C
15. A
16. C
17. D
18. D
19. C
20. C
二、多选题
1. ABC
2. பைடு நூலகம்BCD
3. ABC
4. ABC
5. ABC
6. ABC
7. ABC
8. ABC
9. ABC
10. ABCD
11. ABCD
C. 载荷方向
D. 载荷速度
18. 在建筑金属配件疲劳断裂分析中,以下哪种方法不适用于提高材料的疲劳强度?( )
A. 表面热处理
铸造合金的疲劳与断裂分析考核试卷
B.高温下的氧化
C.热处理状态
D.所有选项
19.以下哪些情况下铸造合金可能表现出较差的疲劳性能?()
A.低周疲劳
B.高应力集中
C.疲劳-腐蚀交互作用
D.所有选项
20.在进行铸造合金疲劳分析时,以下哪些模型和方法是有用的?()
A.弹性力学模型
B.弹塑性力学模型
C.疲劳损伤累积模型
D.所有选项
B.外部应力超过材料屈服强度
C.材料内部应力
D.环境因素
2.下列哪种铸造合金具有良好的抗疲劳性能?()
A.铸铁
B.铸钢
C.铝合金
D.镁合金
3.合金元素对铸造合金疲劳性能的影响是()
A.降低疲劳强度
B.提高疲劳强度
C.与疲劳强度无关
D.取决于元素种类
4.疲劳裂纹扩展速率与()有关。
A.应力强度因子
B.材料的屈服强度
10.在高温环境下,铸造合金的疲劳寿命通常会缩短。()
五、主观题(本题共4小题,每题10分,共40分)
1.请简述铸造合金疲劳裂纹萌生和扩展的主要机制,并说明如何通过材料设计和工艺改进来延缓疲劳裂纹的扩展。
2.描述影响铸造合金疲劳性能的主要因素,并分析这些因素如何具体影响疲劳寿命。
3.高温环境下铸造合金的疲劳行为与常温下有何不同?请列举至少三种改善高温下铸造合金疲劳性能的方法。
B.金属型铸造
C.压力铸造
D.精密铸造
11.铸造合金在高温下的疲劳性能特点是()
A.疲劳强度降低
B.疲劳强度提高
C.疲劳寿命延长
D.疲劳寿命缩短
12.在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹尖端应力强度因子与()有关。
A.裂纹长度
黑色金属铸造的疲劳与断裂考核试卷
B.表面处理
C.热处理工艺
D.铸造工艺
11.黑色金属铸造件的断裂方式主要有哪两种?()
A.疲劳断裂和韧性断裂
B.疲劳断裂和脆性断裂
C.韧性断裂和塑性断裂
D.脆性断裂和塑性断裂
12.下列哪种因素最容易导致黑色金属铸造件脆性断裂?()
A.低应力
B.高应力
C.温度变化
D.材料缺陷
13.在黑色金属铸造中,哪种方法可以降低脆性断裂的风险?()
A.交变应力
B.应力集中
C.材料缺陷
D.环境介质
5.黑色金属铸造件的疲劳裂纹扩展速率受哪些因素影响?()
A.应力强度因子
B.材料的疲劳韧性
C.环境温度
D.疲劳载荷频率
6.以下哪些方法可以用于检测黑色金属铸造件的疲劳裂纹?()
A.渗透检测
B.磁粉检测
C.超声波检测
D.射线检测
7.以下哪些情况下,黑色金属铸造件更容易发生脆性断裂?()
A.外观检查
B.射线检测
C.超声波检测
D.热像检测
17.在黑色金属铸造中,哪种因素可能导致疲劳裂纹的快速扩展?()
A.材料韧性较好
B.材料韧性较差
C.工作温度较高
D.工作温度较低
18.下列哪种黑色金属铸造材料在高温环境下具有较好的疲劳性能?()
A.碳钢
B.合金钢
C.高锰钢
D.不锈钢
19.黑色金属铸造件的疲劳寿命与哪个因素成反比?()
A.低温环境
B.高应力水平
C.材料韧性较差
D.存在严重的应力集中
8.以下哪些热处理工艺可以改善黑色金属铸造件的疲劳性能?()
A.淬火
B.回火
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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R
9 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 the
amplitude 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?
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Translation E2C
Fatigue Crack Nucleation
Fatigue 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 and
extrusions 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.。