工程材料力学性能知识及应用题库

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.材料的弹性模量E与下列哪个因素无关？

A.材料的密度

B.材料的屈服强度

C.材料的泊松比

D.材料的拉伸强度

答案：B

解题思路：弹性模量E是材料在应力作用下的弹性变形能力，它与材料的物理性质和微观结构有关。密度（A）、泊松比（C）和拉伸强度（D）都是影响弹性模量的因素，而屈服强度（B）是材料进入塑性变形阶段时的应力，与弹性模量无关。

2.在拉伸试验中，材料达到屈服点的标志是？

A.材料开始出现塑性变形

B.材料的应力达到最大值

C.材料的应变达到最大值

D.材料的应力与应变不再成线性关系

答案：A

解题思路：屈服点是指材料开始从弹性变形向塑性变形转变的应力点。在此点，材料会出现不可逆的塑性变形，故A项是正确的标志。

3.材料的疲劳极限是指材料在交变应力作用下，能够承受的最大应力？

A.10万次

B.100万次

C.1000万次

D.1亿次

答案：B

解题思路：疲劳极限是指在特定循环次数内，材料能够承受的最大交变应力而不发生疲劳断裂。通常，100万次循环被认为是标准疲劳极限测试循环数。

4.材料的冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下，能够吸收的能量？

A.0.5J

B.1J

C.5J

D.10J

答案：C

解题思路：冲击韧性是指材料在受到突然的冲击载荷时抵抗断裂的能力，5J是一个典型的冲击韧性测试能量值。

5.材料的断裂韧性KIC是指材料在裂纹扩展过程中，能够承受的最大应力？

A.10MPa

B.100MPa

C.1000MPa

D.10000MPa

答案：D

解题思路：断裂韧性KIC是描述材料在裂纹扩展过程中抵抗断裂的能力的参数，其数值通常很高，达到10000MPa量级。

6.材料的硬度是指材料抵抗硬物压入的能力？

A.10N

B.100N

C.1000N

D.10000N

答案：C

解题思路：硬度是衡量材料表面抵抗局部塑性变形（压入或刻划）能力的物理量，1000N是一个典型的硬度测试力值。

7.材料的抗拉强度σb是指材料在拉伸试验中达到断裂时的最大应力？

A.10MPa

B.100MPa

C.1000MPa

D.10000MPa

答案：C

解题思路：抗拉强度σb是指材料在拉伸试验中从开始加载到断裂过程中能承受的最大应力，通常以1000MPa为量级。

8.材料的屈服强度σs是指材料在拉伸试验中开始出现塑性变形时的应力？

A.10MPa

B.100MPa

C.1000MPa

D.10000MPa

答案：B

解题思路：屈服强度σs是材料在拉伸试验中开始出现塑性变形时的应力，通常以100MPa作为屈服强度的量级。二、填空题1.材料的弹性模量E的单位是______。

答案：Pa（帕斯卡）

解题思路：弹性模量E是衡量材料抵抗弹性变形的能力，其单位由应力单位Pa（帕斯卡）除以长度单位m（米）得到。

2.材料的屈服强度σs的单位是______。

答案：Pa（帕斯卡）

解题思路：屈服强度σs是材料在受到外力作用时开始出现塑性变形的应力值，其单位与应力单位相同，为Pa。

3.材料的抗拉强度σb的单位是______。

答案：Pa（帕斯卡）

解题思路：抗拉强度σb是材料在拉伸试验中达到断裂时的最大应力值，其单位同样为应力单位Pa。

4.材料的冲击韧性σak的单位是______。

答案：J/cm²（焦耳每平方厘米）

解题思路：冲击韧性σak是材料在受到冲击载荷作用时抵抗断裂的能力，其单位由能量单位J（焦耳）除以面积单位cm²（平方厘米）得到。

5.材料的断裂韧性KIC的单位是______。

答案：MPa·m½（兆帕·米根号二）

解题思路：断裂韧性KIC是材料抵抗裂纹扩展的能力，其单位由应力单位MPa（兆帕）乘以长度单位m（米）的平方根得到。

6.材料的硬度Hv的单位是______。

答案：MPa（兆帕）

解题思路：硬度Hv是衡量材料表面抵抗局部塑性变形的能力，其单位与应力单位相同，为MPa。

7.材料的疲劳极限σ1的单位是______。

答案：MPa（兆帕）

解题思路：疲劳极限σ1是材料在交变载荷作用下能够承受的最大应力值，其单位为应力单位MPa。

8.材料的泊松比ν的单位是______。

答案：无单位

解题思路：泊松比ν是材料在轴向拉伸时横向应变与纵向应变的比值，由于它是两个同单位的应变之比，因此没有单位。三、判断题1.材料的弹性模量E越大，其塑性变形越小。（）

2.材料的屈服强度σs越大，其抗拉强度σb也越大。（）

3.材料的冲击韧性σak越大，其抗冲击功能越好。（）

4.材料的断裂韧性KIC越大，其抗断裂功能越好。（）

5.材料的硬度Hv越大，其耐磨性越好。（）

6.材料的疲劳极限σ1越大，其疲劳功能越好。（）

7.材料的泊松比ν越大，其横向变形越小。（）

8.材料的密度ρ越大，其弹性模量E也越大。（）

答案及解题思路：

1.答案：√

解题思路：弹性模量E是衡量材料抵抗弹性变形能力的物理量，E越大，材料越难以发生弹性变形，因此其塑性变形越小。

2.答案：×

解题思路：屈服强度σs是材料开始塑性变形时的应力，而抗拉强度σb是材料断裂前的最大应力。尽管高屈服强度可能预示着材料有更好的抗塑性变形能力，但σs与σb并不总是成正比关系，因为抗拉强度还受到其他因素的影响，如加工硬化。

3.答案：√

解题思路：冲击韧性σak是材料抵抗冲击载荷的能力，σak越大，材料在冲击作用下不易断裂，抗冲击功能越好。

4.答案：√

解题思路：断裂韧性KIC是材料抵抗裂纹扩展的能力，KIC越大，材料抵抗断裂的能力越强，因此其抗断裂功能越好。

5.答案：√

解题思路：硬度Hv是材料抵抗表面变形的能力，硬度越大，材料越耐磨，因为表面变形（如划痕）越难发生。

6.答案：√

解题思路：疲劳极限σ1是材料在无限次加载循环中不发生疲劳断裂的最大应力，σ1越大，材料的疲劳功能越好。

7.答案：×

解题思路：泊松比ν是材料横向应变与纵向应变的比值，ν越大，材料的横向应变越小。但泊松比与横向变形之间没有直接的对应关系。

8.答案：×

解题思路：密度ρ是材料单位体积的质量，弹性模量E是材料抵抗弹性变形的能力。两者之间没有直接的依赖关系，因此密度大并不一定意味着弹性模量也大。四、简答题1.简述材料力学功能试验的意义。

材料力学功能试验的意义在于：

验证材料是否符合设计要求和使用条件；

揭示材料在受力过程中的变化规律；

优化材料的设计，提高材料的使用寿命和安全性；

为材料选择、材料加工和材料失效分析提供依据。

2.简述材料拉伸试验中，屈服点的判定方法。

屈服点的判定方法主要有：

观察负荷延伸曲线的拐点；

通过延伸率或断面收缩率判定；

观察材料变形均匀性，如出现局部颈缩时判定。

3.简述材料冲击试验中，冲击韧性的计算方法。

冲击韧性的计算方法为：

\[\text{冲击韧性}=\frac{A_{kv}}{B_{0}}\]

其中，\(A_{kv}\)为材料断口处的最大能量，\(B_{0}\)为试样的断面面积。

4.简述材料疲劳试验中，疲劳极限的测定方法。

疲劳极限的测定方法主要有：

对材料施加周期性载荷，记录疲劳断裂时循环次数；

通过疲劳寿命试验，绘制疲劳曲线，确定疲劳极限。

5.简述材料硬度试验中，布氏硬度试验的原理。

布氏硬度试验的原理是通过将一定形状的硬质球压入材料表面，根据压痕直径计算硬度值。

6.简述材料断裂韧性试验中，KIC值的测定方法。

KIC值的测定方法主要有：

使用紧凑拉伸试样（CT），通过断裂力学分析计算；

使用三点弯曲试样，通过断裂力学分析计算。

7.简述材料泊松比试验中，应变片的粘贴方法。

应变片的粘贴方法：

清洁试样表面，涂抹粘合剂；

将应变片粘贴在预定位置，保证其平整；

待粘合剂固化后，进行引线焊接。

8.简述材料力学功能试验中，试样的制备方法。

试样的制备方法：

切割：根据试样尺寸要求，对材料进行切割；

磨光：将试样表面磨光至平整；

定量：使用量具进行尺寸测量。

答案及解题思路：

1.答案：材料力学功能试验的意义在于验证材料是否符合设计要求、揭示材料受力变化规律、优化设计、提供材料选择和失效分析的依据。

解题思路：分析材料力学功能试验的目的和重要性。

2.答案：屈服点的判定方法有观察负荷延伸曲线拐点、通过延伸率或断面收缩率判定、观察变形均匀性。

解题思路：了解屈服点的定义和判定方法。

3.答案：冲击韧性的计算方法为\(\text{冲击韧性}=\frac{A_{kv}}{B_{0}}\)。

解题思路：掌握冲击韧性的定义和计算公式。

4.答案：疲劳极限的测定方法有记录疲劳断裂循环次数、绘制疲劳曲线。

解题思路：了解疲劳极限的概念和测定方法。

5.答案：布氏硬度试验的原理是通过硬质球压入材料表面，根据压痕直径计算硬度值。

解题思路：理解布氏硬度试验的原理。

6.答案：KIC值的测定方法有使用紧凑拉伸试样计算、使用三点弯曲试样计算。

解题思路：了解KIC值的定义和测定方法。

7.答案：应变片的粘贴方法包括清洁表面、涂抹粘合剂、粘贴、固化、焊接。

解题思路：掌握应变片的粘贴步骤。

8.答案：试样的制备方法包括切割、磨光、定量。

解题思路：了解试样制备的基本步骤。五、计算题1.一根直径为10mm的圆钢，在拉伸试验中达到屈服点时的应力为200MPa，求该圆钢的屈服强度。

解题思路：

屈服强度通常指材料在拉伸试验中从弹性变形阶段进入塑性变形阶段的应力值。根据材料力学知识，屈服强度可以通过以下公式计算：

\[\sigma_{\text{屈服}}=\frac{F}{A}\]

其中，\(F\)是在屈服点时的力，\(A\)是截面积。对于圆钢，截面积\(A\)可以通过公式\(A=\frac{\piD^2}{4}\)计算，其中\(D\)是直径。

答案：

屈服强度\(\sigma_{\text{屈服}}=200\)MPa

2.一根直径为20mm的圆钢，在拉伸试验中达到断裂时的应力为400MPa，求该圆钢的抗拉强度。

解题思路：

抗拉强度是指材料在拉伸试验中达到断裂的最大应力值。其计算方法与屈服强度类似，但此时应力值达到了材料的最大值。

\[\sigma_{\text{抗拉}}=\frac{F}{A}\]

其中，\(F\)是断裂时的力，\(A\)是截面积。

答案：

抗拉强度\(\sigma_{\text{抗拉}}=400\)MPa

3.一根直径为10mm的圆钢，在冲击试验中吸收的能量为50J，求该圆钢的冲击韧性。

解题思路：

冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力，通常以吸收能量表示。冲击韧性\(AK\)的计算公式为：

\[AK=\frac{E_{\text{absorbed}}}{V}\]

其中，\(E_{\text{absorbed}}\)是吸收的能量，\(V\)是材料的体积。对于圆钢，体积\(V\)可以通过公式\(V=\frac{\piD^2h}{4}\)计算，其中\(h\)是圆钢的高度。

答案：

冲击韧性\(AK=\frac{50}{\frac{\pi\times10^2\timesh}{4}}\)J/mm³

4.一根直径为20mm的圆钢，在疲劳试验中，能够承受的最大应力为300MPa，求该圆钢的疲劳极限。

解题思路：

疲劳极限是指材料在反复应力作用下能够承受的最大应力，而不发生疲劳破坏。疲劳极限通常通过实验获得。在计算中，我们可以将疲劳极限视为一个已知的值。

答案：

疲劳极限\(\sigma_{\text{疲劳}}=300\)MPa

5.一根直径为10mm的圆钢，在硬度试验中，布氏硬度值为200HB，求该圆钢的硬度。

解题思路：

布氏硬度值是衡量材料硬度的一种方法，表示材料表面被压痕的深度。布氏硬度\(HB\)的计算公式为：

\[HB=\frac{2\timesP}{\pi\timesD\timesH}\]

其中，\(P\)是试验载荷，\(D\)是压头直径，\(H\)是压痕深度。

答案：

硬度\(HB=200\)

6.一根直径为20mm的圆钢，在断裂韧性试验中，KIC值为100MPa·m^(1/2)，求该圆钢的断裂韧性。

解题思路：

断裂韧性\(KIC\)是衡量材料断裂抗力的指标，表示材料在裂纹扩展过程中能够承受的最大应力强度因子。其计算公式为：

\[KIC=\frac{Y\times\sigma}{\sqrt{\pi\timesa}}\]

其中，\(Y\)是应力强度因子，\(\sigma\)是应力，\(a\)是裂纹长度。

答