《材料力学性能》课程习题集

1、材料力学性能课程习题集 习题 1解释下列名词： （1）弹性比功；（2）包申格效应；（3）解理面；（4）塑性、脆性和韧性；（5）解理台阶；（6）河流花样；（7）穿晶断裂和沿晶断裂。 2 常用的标准试样有5倍试样和10倍试样，其延伸率分别用5和10表示，说明为什么510。 3某汽车弹簧，在未装满载时已变形到最大位置，缺载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。 4、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 5、今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材

2、料，你选择那种材料作为机床机身？为什么？ 6、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 7、产生颈缩的应力条件是什么?要抑制颈缩的发生有哪些方法? 8、为什么材料的塑性要以延伸率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义? 9、试用位错理论解释：粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性也低；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。 10、延性断口有几部分组成？其形成过程如何？ 11、板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何根据断口特征寻找断裂源？ 12、简述延性断裂过程中基体和第二相的作用，其形态对材料韧性水平有何关系。 13、由Hall-Petch关系式和解理断裂表达式讨论晶粒尺寸细

3、化在强韧化中的作用。 14、为什么材料发生脆断要先有局部的塑性变形?试从理论上给予解释，并从试验上举出一 两个实验结果证明上述的论点是正确的。 n15试证明对可用Hollmon关系S=K描述其真应力真应变关系的材料，其条件抗拉强 n 度bK e 。式中e2.718 16一直径为2.5mm，长为200mm的杆，在载荷2022年N作用下，直径缩小为2.2mm, 试计算：(1)杆的最终长度； (2)在该载荷作用下的真应力S与真应变e； (3)在该载荷作用下的条件应力与条件应变。 1710mm正火状态60Mn拉伸试样的拉伸数据如下： n （d9.9mm为屈服平台刚结束时的试样直径） P/kN 39.5

4、 43.5 4.76 5.29 55.4 54.0 52.4 48.0 43.1 d/mm 9.91 9.87 9.81 9.65 9.21 8.61 8.21 7.41 6.78 试求：1) 绘制条件应力应变曲线和真应力应变曲线； 2）求s、b、Sb、b、b、k； 3）求n和K。 18说明几何强化现象的成因。其本质与形变强化有何不同？ 19一铝合金制轻型人梯，发觉在人体重作用下弹性挠度过大。若欲在不增加梯重情况下减少挠度，试问下列方法是否可行? (1)采用时效铝合金，提高材料强度； (2)改用镁合金代替铝合金 )； (3)重新设计，改变铝合金型材的截面形状尺寸。 ； 材料力学性能 20提高金

5、属材料的屈服强度有哪些方法?试用已学过的专业知识就每种方法各举一例。 21试用位错理论解释：粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性也低；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。 22产生颈缩的应力条件是什么 ?要抑制颈缩的发生有哪些方法? 钢的拉伸试样，其试验数据如下(23今有10 39.5 43.5 4.76 52.9 55.4 54.0 52.4 48 43.1 ; (2); ; (3) (4)绘制条件应力应变曲线和 真应力真应变曲线(未修正)。 24为什么材料的塑性要以延伸率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义? 25减轻汽车重量对降低燃油消耗 有很重要的作用。汽车车身或底盘

6、约占 汽车总重量的60。 底盘的主要尺寸是按比刚 度 或 淬火后200 =745 =为3236 =0.75s)，单向拉伸、扭转、三向压缩(=-0.3S，=0.25) 28今有以下各种材料，欲评定材料在静载条件下的力学行为，给定测试方法有单向拉伸、单向压缩、弯曲、扭转和硬度五种，试对给定的材料选定一种或两种最佳的测试方法。 材料：低 碳钢、灰铸铁、高碳工具钢(经淬火低温回火) 、结构陶瓷、玻璃、热塑性塑料 29 回火试样扭转试验 结果如下表，其中 139.7 186.3 217.7 254 269.7 283.4 293 299 305 (1)试绘制 =9.0 和=75 材料力学性能 2、今有以

7、下各种材料，欲评定材料在静载条件下的力学行为，给定测试方法有单向拉伸、 单向压缩、弯曲、扭转和硬度五种，试对给定的材料选定一种或两种最佳的测试方法。 材料：低碳钢、灰铸铁、高碳工具钢(经淬火低温回火)、结构陶瓷、玻璃、热塑性塑料 3、为什么塑性材料在缺口静拉伸时，其缺口强度一般比光滑试样高，而脆性材料的缺口强 度则低于光滑试样的强度? 4在评定材料的缺口敏感度时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?什么情况下宜选用缺 口偏斜拉伸?什么情况下则选用缺口静弯试验? 5缺口冲击韧性为什么被列为材料常规性能的五大指标之一，怎样正确理解冲击韧性的功 能：(a)它是控制工艺的性能指标；(b)它是服役性能指标；

8、(c)两者兼而有之，但要具体分析。你对上述说法有何评论?冲击韧性能理解为材料抵抗冲击载荷而不发生破坏的能力吗? 6、今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？ （1）渗碳层的硬度分布（2）淬火钢 （3）灰铸铁 （4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体 （5）仪表小黄铜齿轮 （6）龙门刨床导轨（7）氮化层 （8）火车圆弹簧 （9）高速钢刀具 （10）硬质合金 7、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方法检验和评定?这种 试验方法本身在防止材料脆断方面有何局限性? 8、如何评定材料的缺口敏感性？ 9、为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性

9、? 10、为什么材料发生脆断要先有局部的塑性变形?试从理论上给予解释，并从试验上举出一两个实验结果证明上述的论点是正确的。 11、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方法检验和评定?这种试验方法本身在防止材料脆断方面有何局限性? 12、今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？ （1）渗碳层的硬度分布（2）淬火钢 （3）灰铸铁 （4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体 （5）仪表小黄铜齿轮 （6）龙门刨床导轨（7）氮化层 （8）火车圆弹簧 （9）高速钢刀具 （10）硬质合金 13、如何评定材料的缺口敏感性？ 第三章 习题 1、解释下列名词 (1)冲击韧度；(2)

10、冲击吸收功；(3)低温脆性；4) 韧脆转变温度；(5)韧性温度储备 2、试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。 3、简述根据韧脆转变温度分析机械脆断失效的优缺点 4为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性? 5细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？ 6、说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性破坏？ 第四章 习 题 材料力学性能 1已知 一构件的工作应力 钢材,裂纹长 度，应力场强度 因子, 增加而下降，其变化如下表所 示： 108.50 85.25 69.75 54.25 46.50 若按屈服强度计算的安全系 数 =1.7时，上述材料是否满足

11、要求? 2设有屈服强度为 415为 132和 260 的拉应力作用，并设板内都有长为 46 ，板中心有一长 为 ，求(a)裂纹顶端处的应力强度因子。(b)裂纹顶端处的塑性区尺寸。(c) 讨论上述情况下塑性区修正的有效性。 4物体内部有一圆盘状尖锐深埋裂纹，直径为2. 5 体发生断裂事故，求: (a)材料的断裂韧性是多少?(假定满足平面应变条件。) (b)若用这种材料制成一块厚 度 问测得的断裂韧性值是否有效?(设材料的屈服强度为 1100 的厚度是多少? 5低合金钢厚 板的断裂韧性在-20 ， ，如果这块板上有长度为 10 时的断裂应力 ,的板作断裂韧性试验，时，物 = 1600 = 40 ，

12、壁 厚 (a)如 果，试问: = 5的这一压力容器必须承受的最大压强为8. 34 材料力学性能 (b)为保证压力容器的安全(最大压强为8. 34 取为1.2，则容许的裂纹长度 为周向(横向)裂纹，问容器的临界压强为多大? (d)如按经典强度理论计算，其临界压强为多少?并与(A)和(C)计算的结果加以对比和 分析。 伸2 8用三点弯曲试样测定平面应变断裂韧 性，w= 60预制疲劳裂纹(包括机械缺口)的深 度，=60.5KN，试计算 条件断裂韧性值是否有效?( 材料)。 9J积分的主要优点是什么?为什么用这种方法测定低中强度材料的断裂韧性要比一般 的 材料力学性能 (a)一般金属材料，无论何种处理

13、状态，其疲劳极 限 是最低的疲劳强度，而应力比R 越大可承受 的最大应力晴况下，疲劳寿命越长? 10 3什么叫低周疲劳和高周疲劳?为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制?用应变控制进行低周疲劳试验有哪些优点，取得了哪些有价值的结果? 4什么是疲劳 裂纹门槛值，哪些因素影响其值 的大小?它有什么实用价值? 5对含25. 4 法则确定失效周次 分别为 拉伸应力。材料的性能数据为 时的名义 材料力学性能 11. 某高强度钢构件，在腐蚀介质中的工作应力 21.7MPa 1400 Mpa， 和 4mm(a/c=1)的构件的剩余寿命， 已知平台速率 61.9MPa 参数，它有何用处? 材料力学性

14、能 第九章 习题 1、什么是聚合物的粘弹性?为什么多数聚合物在室温下就会产生明显的蠕变?聚合物的蠕变 抗力怎样度量? 2、试述聚合物材料的结构特征与性能特点。 3、线型非晶态聚合物力学性能的三态是什么？各衬何特点? 4、试述非晶态聚合物和结晶态聚合物应力-应变曲线的区别。 5、聚合物为什么会产生粘弹性? 6试述银纹与裂纹区别。 第十章 习题 1、为什么陶瓷材料的弹性模量和屈服强度很高，而断裂韧性很低?提高陶瓷材料韧性的根 本途径是什么?用什么方法测定陶瓷材料的断裂韧性较好? 2、如何提高陶瓷材料的热冲击抗力? 3、什么是陶瓷材料的静疲劳？ 4、陶瓷和聚合物的弹性模量决定于哪些因素?和金属相比较，为什么说陶瓷和聚合物的弹 性模量是一个结构敏感的力学性能指标? 5、与金属相比，陶瓷与聚合物的疲劳裂纹扩展有何特点? 第十一章 习题 1、解释下列名词： (1) 纤维的临界体积