材料宏微观力学性能模拟试卷

《材料的宏微观力学性能》试卷(1)

一、 选择题：（1553=⨯分）

1.材料中有一裂纹如图1，试判断该裂纹类型是（ ）

A I 型裂纹或张开型裂纹

B Ⅱ型或滑开型裂纹

C Ⅲ型或撕开型裂纹

D 复合型裂纹

2.通常用来评价材料的塑性高低的指标是（ ）

A 比例极限

B 抗拉强度

C 延伸率

D 杨氏模量 3.在测量材料的硬度实验方法中，（ ）是直接测量压痕深度并以压痕深浅表示

材料的硬度

A 布氏硬度

B 洛氏硬度

C 维氏硬度

D 肖氏硬度

4.下列关于断裂的基本术语中，哪一种是指断裂的缘由和断裂面的取向（ ）

A 解理断裂、沿晶断裂和延性断裂

B 正断和切断

C 穿晶断裂和沿晶断裂

D 韧性断裂和脆性断裂

5.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ ）

A 强度

B 硬度

C 塑性

D 弹性

二、名词解释：（2054=⨯分）

1.应变等效原理

2.解理断裂

3.低温脆性

4. 压电效应

5.腐蚀疲劳

三、简答题：（2045=⨯分）

1.简述损伤类型及其表现形式。

2.阐述残余应力产生的原因。

3.简要说明应力腐蚀断裂与氢脆的异同。

4.简述布氏硬度的原理及优缺点。

四、计算题：（30310=⨯分）

图1

1.某试件进行拉伸实验时，测得在标距范围内载荷与伸长的结果（如下表）试件在标距范围内的直径=21mm ，标距长度=100mm ，断裂处直径=18.21mm ，断裂后的标距=121mm 。试画出完整的拉伸图，并用放大的比例画出图出直线部分从而求出：

1）弹性模量 2）延伸率 3）截面收缩率 4）名义应力（断裂时）

5）断裂时真实应力 6）拉伸强度极限

载荷（KN ） 20 30 40 50 55 55 60

伸长（mm ） 0.07 0.10 0.13 0.16 0.78 2.4 2.8

载荷（KN ） 65 70 75 80 82 80 70

伸长（mm ） 3.85 5.20 7.62 12.7 16.0 19.0 21.16

2. 设1I 、2I 为应力张量第一、第二不变量，试用1I 、2I 表示Mises 屈服条件。

3.某金属受如图3所示的循环加载，试求出应力循环的下列参数

1）应力幅a σ 2）平均应力m σ 3）应力比（或循环特征）R 4）平均应力m σ对疲劳寿命和疲劳极限有何影响

σ

五、分析题（15分） 今有一在海水中行走的船舶，试分析其螺旋桨有可能出现的断裂形式？如何从实验上来验证你的判断？并对损伤程度进行评价？

图2

图3

标准答案

一、 选择题

D A C B B

二、名词解释

1.损伤材料()0≠D 在有效应力作用下产生的应变与同种材料无损()0=D 时发生的应变等效。根据这一原理，受损材料()0≠D 的任何应变本构关系可以从无损材料()0=D 的本构方程来导出。

2.a ，脆性断裂b ，拉应力作用下，原子键破坏，沿一定的结晶学平面（解理面）劈开c ，立方晶格的金属一般不出现解理，滑移系多塑性好。

3.a ，金属材料强度随温度的降低而升高，塑性则相反b ，体心立方晶格的金属c ，当温度降低到一温度时，塑性降到零而变为脆性状态

4. 压电效应是指材料的机械场和电场的线性耦合。在外加电场下，材料会产生线性形变。而在外加机械应力下，材料也会产生线性的电压或电荷。

5.a ，循环应力和腐蚀介质共同作用b ，金属的疲劳强度和疲劳寿命降低的现象

三、简答题：

1.以产生损伤的加载过程来区分，可分为以下几种：

(1) 韧性、塑性损伤；其表现形式主要是微空洞、微裂纹的萌生、成长和聚合。

(2) 蠕变损伤 表现形式为微裂纹、微空洞的扩展使得材料的耐久性下降。蠕变损伤使蠕变变形增加，最后导致蠕变断裂。

(3) 疲劳损伤 在循环载荷作用下，材料性能逐渐劣化。在每一步载荷循环中的延性(低周疲劳：00010R N 次)损伤累积起来，使材料的寿命减少，导致疲劳破坏。

(4)动态损伤 断面上布有大量的微裂纹。

(5)混凝土损伤 具有多相性和不均匀性

2.残余应力产生原因可分为不均匀塑性变形、热应力、相变和化学变化四类。

3. 同：应力腐蚀与氢脆都是由于静应力和化学介质共同作用而产生的延滞断裂现象；异：应力腐蚀为阳极溶解过程，形成所谓阳极活性通道而使金属开裂；而氢脆则为阴极吸氧过程

4.用一定直径的淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，在规定载荷下保持一定的时间后卸除载荷，于是在试件表面留下压痕，单位压痕表面积A 上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。布氏硬度时采用较大直径的压头和载荷，因而压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，而不受个别相和微区不均匀性的影响分散性小，重复性好；也由于测定布氏硬度时压痕较大，故不宜在零件表面上测定布氏硬度，也不能测定薄壁件或表面硬化层的布氏硬度。

三、计算题

1. 图略

1）118Gpa 2）21% 3）24.7% 4）247MPa

5）328 Mpa 6）289 MPa

2. 解：

3211σσσ++=I

1332212σσσσσσ++=I

()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-

左式

()1332212322212σσσσσσσσσ---++= ()()[]

133221232132σσσσσσσσσ++-++=

()2221232s I I σ=-=

22213s I I σ=- 1）MPa a 60=σ M P a 120=∆σ

2）MPa m 20=σ 3）2/1-=R