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材料力学性能 考试复习


6 4.应力强度因子 5.抗热震性

五、简答: (总分 20 分) 1.试画出连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线? 解释连续塑性变形强化工程应力-应变 曲线的变化趋势,并说明如何根据应力—应变曲线确定材料的屈服强度?(5 分) 2. 试用位错增殖理论解释多晶体金属产生明显物理屈服的现象?(5 分) 得分

7 3.简述Δ Kth 及其工程实际意义. (5 分) 4.简述蠕变中的强化与软化过程 (5 分) 六、计算: (10 分) 已知一构件的工作应力=800,裂纹长度 =4 ,应力场 强度因子 = ,钢材随增加而下降,其变化如下表所示: 1100 1200 1300 1400 1500 得分

8 108.50 85.25 69.75 54.25 46.50 若按屈服强度计算的安全系数=1.4, 试找出既保证材料强度储备又不发生脆性断裂的钢材强 度。若=1.7 时,上述材料是否满足要求?(10 分) 材料 2007 年“材料力学性能”试卷 A 标准答案及评分标准 一、填空题 1.压入法,回跳法,刻画法 2.光滑试样,切口试样,带裂纹试样 3.越低

4.切应力,零,最大 5.穿晶断裂,沿晶断裂 6.正应力,正应变 7.垂直,平行 8.减速蠕变阶段,恒速蠕变阶段,加速蠕变阶段 9.黏着磨损,磨料磨损(微动磨损,冲蚀磨损,接触疲劳磨损也可) 10.过渡区 11.切口,低温,高速加载 二、选择题 1-5 d a d a d 6-10 d b c a b 11-15 a a b b a 三、判断题 1-5 X √ √ X √ 6-10 X X X X √ 11-15 √ X √ √ X 四、名词解释 1、低温脆性:一些具有体心立方晶格的金属,当温度降低到某一温度时,由于塑性降低到 零而变为脆性状态,这种现象称为低温脆性。 2、应力腐蚀断裂:材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性断裂。 3、形变强化:绝大多数金属材料在室温下屈服后,要使塑性变形继续进行,必须不断增大 应力,所以在真应力-真应变曲线上表现为流变应力不断上升。这种现象称为形变强化。 4、 应力强度因子:反映了裂纹尖端区域应力场的强度,故称为应力强度因子。 (它综合反映了 外加应力裂纹长度对裂纹尖端应力场强度的影响。 )

9 5、抗热震性:材料承受温度骤变而不破坏的能力称为材料的抗热震性。 五、简答题 1、答:连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线如右图所示(2 分) 屈服强度:工程上通 ; 常以产生 0.2%的残留变形时的应力记为屈服强度。 分;文字回 (2 答或做图均可) 分) (2 工程应力-应变曲线呈先升后降的趋势,这与工程应力的定义有关,并不代表材料的本性。 具体解释为:当拉伸应力超过弹性极限时,便在试件标据内 的最弱部位产生塑性变形,并 使该部位的材料发生变形强化, 从而增大材料进一步塑性变形的抗力,这时,只有提高应 力, 才能在次弱部位产生塑性变形,材料随即有在此处强化,因此, 在曲线上表现为随应变的增大,应力也在连续的升高,一直到 b 点,到达 b 点后,材料的变 形强化已不能补偿由于横截面积的减小而引起的承载能力的下降,因而在曲线上表现为下 降。 分) (3 2、答:金属材料塑性应变速率?与可动位错密度ρ 、位错运动速率ν 及柏氏矢量的关系式 为? ? ? b? . 由于变形前的材料中可动位错很少,为了适应一定的宏观变形速率的要求,必 须增大位错运动速率。而位错运动速率又取决于应力的大小,其关系式为 m)/(0? ? ? ? . 于是, 要增大位错运动速率,就必须有较高的外应力,就出现了上屈服点。 分)接着发生塑性 (3 变形,位错大量增殖,ρ 增大,为适应原先的形变速率,位错运动速率必然大大降低,相应 的应力也就突然降低,出现了屈服降落现象。 分) 3、答:Δ Kth 是疲劳裂纹不扩展的Δ (2 K 临界值,称为疲劳裂纹扩展门槛值,即:Δ K<Δ Kth 时,裂纹不扩展;Δ K<Δ Kth,裂纹 开始扩展,表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能,也是材料的力学性能指标,其值越大, 阻止疲劳裂纹开始扩展的阻力就越大,材料性能就越好。 分) Δ K=YΔ σ a1/2 (3 ≤Δ Kth,根据该式,若已知裂纹件的裂纹尺寸 a 和材料的疲劳门槛值Δ Kth,就可求得该件 无限疲劳寿命的承载能力。若已知裂纹件的工作载荷Δ σ 和Δ Kth,即可求得裂纹的允许尺

寸。 分) (2 4、答:蠕变过程中位错因受到各种障碍的阻滞产生塞积现象,滑移便不能继续进行。只有 施加更大的外力才能引起位错重新运动和继续变形,这就是强化。 分)但蠕变式在恒应 (2 力下进行的,位错可借助于热激活来克服某些障碍,使得变形不断产生,这就是软化。 (2 分)在整个蠕变过程中,材料的强化和软化过程是一起发生的。 分) 六、计算题 (1 答: (1)保证材料强度储备的判据为:σ ≤[σ ]=σ 0.2/n (2 分) 所以σ 0.2=n[σ ] ≥nσ 当 n=1.4 时,σ 0.2≥1.4×800=1120(MPa) (1 分) 当 n=1.7 时,σ 0.2≥1.7 ×800=1360(MPa) (1 分) (2)保证材料不发生脆性断裂的判据为:KⅠ≤KⅠC (2 分) b

10 KⅠ=2σ a1/2=2×800×(2×10-3)1/2=71.55(MPa·m1/2 ) 分) (3)根据上述两个判据确定满足要求的钢材为: (2 当 n=1.4 时,σ 0.2=1200(MPa) 、KⅠC=85.25(MPa·m1/2 )的钢材; (1 分) 当 n=1.7 时,无满足要求的钢材;


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