材料性学复题
适材料成型控制工程专业
填空
1σe表示材料 弹性极限 σp表示材料 例极限 σs表示材料 屈服强度 σb表示材料 抗拉强度
2断口三素 纤维区 放射区 剪切唇 微孔聚集型断裂微观特征 韧窝 解理断裂微观特征 解理台阶 河流舌状花样 晶断裂微观特征 晶粒状 断口 冰糖块状 断口
3应力状态系数α值越表示应力状态越 软 材料越容易产生 塑性变形延性断裂 测量脆性材料塑性常选应力状态系数α值 实验方法 压缩 等
4扭转实验中塑性材料断裂面试样轴线 垂直 断口 齐 切 应力造成 切 断脆性材料断裂面试样轴线 450角 正 应力造成 正 断静拉伸试样宏观断口特征 相反
5材料截面缺口存缺口根部产生 应力集中 双（三）应力 试样屈服强度 升高 塑性 降低
6低温脆性常发生具 体心立方密排六方 结构金属合金中 面心立方 结构金属合金中少发现
7面应变断裂韧性KIC 测试程中试样尺寸
中Ba（Wa）分三点弯曲试样厚度裂纹长度韧带长度σs材料屈服强度样求保证裂纹尖端处 面应变 范围屈服 状态面应变状态断裂韧性KIC 面应力状态断裂韧性KC
8断裂寿命应力水疲劳分 高周疲劳 低周疲劳 疲劳断口典型特征 疲劳条纹（贝纹线）
9材料磨损机理分 粘着 磨损 磨粒 磨损 疲劳 磨损 腐蚀 磨损蚀磨损微动磨损等形式
10材料拉伸力学性包括屈服强度抗拉强度实际断裂强度等强度指标延伸率 断面收缩率等塑性指标
12弹性滞环材料加载线卸载线重合产生机床底座等构件保证机器稳运转材料弹性滞环越 越弹簧片钟表等材料求材料弹性滞环越 越
13材料断裂断裂机理分分微孔聚集型断裂 解理断裂 晶 断裂断裂前塑性变形分分延性 断裂 脆性 断裂
14扭转实验中塑性材料断裂面试样轴线垂直 脆性材料断裂面试样轴线成450角
15根外加应力类型裂纹扩展面取关系裂纹扩展基方式_张开型(Ⅰ型)裂纹扩展__滑开型(Ⅱ型)裂纹扩展撕开型(Ⅲ型)裂纹扩展_三类
16根构件受力状态环境敏感断裂分应力腐蚀开裂 腐蚀疲劳 腐蚀磨损 微动磨损等四类
17材料韧性表征材料外力作变形断裂全程中吸收塑性变形功断裂功力根试样形状加载速率材料韧性分光滑试样静力韧性缺口 试样击韧性裂纹 试样断裂韧性
18应力强度子反映裂纹尖端区域应力场强度综合反映_外加应力_裂纹位置_长度_裂纹尖端应力场强度影响
19材料静拉伸实验整拉伸程中变形分弹性变形塑性变形__断裂_三阶段塑性变形分_屈服____均匀塑性变形__均匀集中塑性变形_三阶段
20材料塑性评价工程般光滑圆柱试样拉伸伸长率_断面收缩率_作塑性性指标常伸长率指标_应力非例伸长率_应力总伸长率常_断伸长率_三种
二判断题：
1）构件刚度Q材料弹性模量E成正构件横截面积A成反（ × ）
2）机床底座等构件保证机器稳运转材料弹性滞环越越弹簧片钟表等材料求材料弹性滞环越越（ √ ）
3）Bauschinger效应指预先加载变形然反加载变形时材料弹性极限升高现象（ × ）
4）鉴弯曲试验特点弯曲试验常铸铁硬质合金等韧性材料性测试（ × ）
5）韧性材料击试样断口裂纹会距缺口定距离试样部萌生缺口根部（ √ ）
6）利双原子模型计算出材料理断裂强度实际值高出1~3数量级该计算模型正确（ × ）
7）材料低周疲劳行常通SN曲线表示（ × ）
8）奥氏体锈钢硝酸盐溶液溶液中容易发生应力腐蚀开裂（ × ）
9）晶粒晶界两者强度相等温度称等强温度（ √ ）
10）应力松弛指高温服役零件材料应力保持变条件中应变行降低现象（ × ）
1磨损包括三阶段三阶段中均观察摩擦现象发生疲劳韧脆性断裂（ × ）
2应力状态软性系数越切应力分量越表示应力状态越软材料越易产生塑性变形反应力状态软性系数越表示应力状态越硬材料越容易产生脆性断裂（ √ ）
3断裂δ判裂纹开始扩展断裂判裂纹失稳扩展断裂判显然种判设计构件偏保守（ √ ）
4测量陶瓷铸铁击吸收功时般采夏U型缺口试样少采X型缺口击试样（ × ）
5应力腐蚀断裂速度远没应力时腐蚀速度远单纯力学素引起断裂速度（ √ ）
6工程设计材料选中般工程应力工程应变材料科学研究中真应力真应变具更重意义（ √ ）
7材料硬度测定方法测硬度值相完全互相转换（ × ）
8缺口塑性材料强化缺口强化作强化材料种手段提高材料屈服强度（ × ）
9接触疲劳程纯滚动条件产生材料局部破坏历裂纹形成扩展两阶段（ × ）
10疲劳强度属强度类力学性指标属高温拉伸力学性指标（ × ）
二 选择题：
1）拉伸试样直径定标距越长测出断面收缩率会（ C ）
a) 越高b) 越低c) 变d) 规律循
2）材料弹性功通（ B ）提高
a) 提高抗拉强度降低弹性模量b) 提高弹性极限降低弹性模量
c) 降低弹性极限降低弹性模量d) 降低弹性极限提高弹性模
3）单压缩条件应力状态系数（ D ）
a) 05b) 10c) 08d) 20
4）化学键角度价键材料硬度变化规律（ A ）
a) 离子键＞金属键＞氢键b) 离子键＞氢键＞金属键
c) 氢键＞金属键＞离子键d) 金属键＞离子键＞氢键
5）HRC（ D ）种表示方法
a) 维氏硬度b) 努氏硬度c) 肖氏硬度d) 洛氏硬度
6）缺口试样击实验中缺口试样厚度越试样击韧性越（ C ）韧脆转变温度越（ ）
a) 高b) 低c) 高d) 低
7）I型（张开型）裂纹外加应力裂纹面（ B ）II型（滑开型）裂纹外加应力裂纹面（ ）
a) 行垂直b) 垂直行c) 成450角垂直d) 行成450角
8) 面应变条件裂纹尖端塑性区尺寸（ B ）面应力塑性区
a) b) c) 等 d) 定
9）称循环应力应力R（ C ）
a) 0b) 1 c) 1 d) ∞
10）KISCC表示材料（ C ）
a) 断裂韧性b) 击韧性c) 应力腐蚀破裂门槛值d) 应力场强度子
11）黄铜容易（ C ）溶液中发生应力腐蚀开裂
a) 热碱溶液b) 氯化物溶液c) 氨水溶液d) 硝酸盐溶液
12）蠕变指材料（ B ）长期作发生塑性变形现象
a) 恒应变b) 恒应力c) 恒加载速率d) 恒定频率
13）Tts表示定温度T恰材料规定时间t发生断裂（ B ）
a) 蠕变极限b) 持久强度c) 高温强度d) 抗拉强度
14）干摩擦相加入润滑剂摩擦副间摩擦系数会（ B ）
a) 增b) 减c) 变d) 定
1形变强化材料种特性列（ C ）阶段产生现象
A弹性变形 B击变形 C均匀塑性变形 D屈服变形
2缺口引起应力集中程度通常应力集中系数表示应力集中系数定义缺口净截面（ A ）均应力
A应力 B应力 C屈服强度 D抗拉强度
3相运动产生磨损分三阶段：（ A ）稳定磨损阶段剧烈磨损阶段
A磨合阶段 B疲劳磨损阶段C轻微磨损阶段D稳定磨损阶段
4拉伸程中工程应中非常重曲线（ B ）
A力—伸长曲线 B工程应力—应变曲线 C真应力—真应变曲线
5韧度衡量材料韧性力学性指标指材料断裂前吸收（ A ）力
A塑性变形功断裂功 B弹性变形功断裂功
C弹性变形功塑性变形功 D塑性变形功
6蠕变材料高温力学性缓慢产生（ B ）直断裂现象
A弹性变形 B塑性变形 C磨损 D疲劳
7缺口试样中缺口包括范围非常广泛列（C ）称缺口
A材料均匀组织B光滑试样C部裂纹D化学成分均匀
8容易产生脆性断裂裂纹（ A ）裂纹
A张开 B表面 C部均匀 D闭合
9空间飞行器材料保证结构刚度求较轻质量般情况（C ）概念作衡量材料弹性性指标
A杨氏模数 B切变模数 C弹性功 D弹性模数
10KⅠ脚标表示I型裂纹I型裂纹表示（ A ）裂纹
A张开型 B滑开型 C撕开型 D组合型
11拉伸试样直径定标距越长测出抗拉强度会（ C ）
a) 越高b) 越低c) 变d) 规律循
12维氏硬度值互相较（ A ）
a) 布氏硬度b) 洛氏硬度c) 莫氏硬度d) 肖氏硬度
13扭转加载应力状态系数（ A ）单拉伸应力状态系数
a) b) c) 等d) 关系
14双原子模型计算出材料理断裂强度实际值高出1~3数量级（ C ）
a) 模型正确b) 似计算太粗太c) 实际材料缺陷d) 实际材料缺陷
15面应变条件裂纹尖端塑性区尺寸（ B ）面应力塑性区
a) b) c) 等 d) 定
16研究低周疲劳中常通控制（ B ）方式进行
a) 应力 b) 应变c ) 时间d) 频率
17⊿Kth表示材料（ B ）
a) 断裂韧性 b) 疲劳裂纹扩展门槛值c ) 应力腐蚀破裂门槛值d) 应力场强度子
18奥氏体锈钢（ B ）溶液中容易发生应力腐蚀开裂
a) 热碱溶液 b) 氯化物溶液c ) 氨水溶液d) 硝酸盐溶液
19细晶强化非常强化方法适（ A ）
a) 高温b) 中温c) 常温d) 低温
三 名词解释：
1包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形卸载加载规定残余应力（弹性极限屈服强度）增加反加载规定残余应力降低现象
2滞弹性：快速加载卸载材料时间延长产生附加弹性应变性
3刚度：弹性变形范围构件抵抗变形力
4弹性完整性：弹性变形时加载线卸载线重合应变落应力现象
5形变强化：材料发生屈服应变屈服应力屈服应变增加增现象
6等强温度：晶粒晶界强度相等温度
7摩擦：两相互接触物体外力作发生相运动相运动趋势接触面具阻止相运动相运动趋势作种现象称摩擦
8规定非例伸长应力弹性极限
1)规定非例伸长应力试验时非例伸长达原始标距长度规定百分时应力表示应力符号附角注说明
2)弹性极限材料弹性变形渡弹—塑性变形时应力应力超弹性极限材料便开始产生塑性变形
9低温脆性：试验温度低某温度时材料韧性状态转变脆性状态
10韧脆转变温度：材料某温度t韧变脆击功明显降该温度韧脆转变温度
11韧性断裂裂纹尖端张开位移
韧性断裂材料断裂前断裂程中产生明显宏观塑性变形断裂程
裂纹体受载裂纹尖端垂直裂纹方产生位移称裂纹尖端张开位移
12变动载荷疲劳强度
变动载荷指载荷甚方时间变化裁荷
疲劳强度指定疲劳寿命材料承受限循环应力疲劳强度保证机件疲劳寿命重材料性指标
13静力韧度疲劳裂纹扩展速率
通常静拉伸σε曲线包围面积减试样断裂前吸收弹性定义静力韧度派生力学性指标
疲劳裂纹扩展速率指疲劳裂纹亚稳扩展阶段速率．该阶段疲劳程第Ⅱ阶段材料整疲劳寿命组成部分
四 简答题：
1简述洛氏硬度试验方法优缺点
答：洛氏硬度试验优点：
（1）硬质软质两种压头适种硬质材料检验存压头变形问题
（2）硬度值硬度机表盘直接读出测定洛氏硬度更简便迅速工效高
（3）试件表面造成损伤较成品零件质量检验
（4）加预载荷消表面轻微度试验结果影响
洛氏硬度缺点：
（1）洛氏硬度存定义标尺洛氏硬度值法相互较象布氏硬度统起
（2）压痕洛氏硬度材料组织均匀性敏感测试结果较分散重复性差适具粗组成相(灰铸铁中石墨片)均匀组织材料硬度测定
2纯机械疲劳相腐蚀疲劳特点？
答：纯机械疲劳相水介质中腐蚀疲劳具特点：
(1) 腐蚀疲劳S~N曲线没气疲劳样具水线段存限寿命疲劳极限值交变应力低循环次数足够材料总会发生断裂
(2) 腐蚀疲劳极限静强度间没直接关系
(3) 气环境中加载频率1000Hz时频率疲劳极限基影响腐蚀疲劳加载频率十分敏感频率越低疲劳强度寿命越低
(4) 腐蚀疲劳条件裂纹极易萌生裂纹扩展疲劳寿命组成部分气环境光滑试样裂纹萌生疲劳寿命部分
3常温力学性相金属材料高温力学行特点？
答：常温力学性相金属材料高温力学行特点：
（1）材料高温发生蠕变现象应力恒定情况材料应力持续作断发生变形
（2）材料高温强度载荷作时间关载荷作时间越长引起定变形速率变形量形变抗力断裂抗力越低
（3）材料高温工作时仅强度降低塑性降低应变速率越低载荷作时间越长塑性降低越显著高温材料断裂常晶断裂
（4）恒定应变条件高温工作材料会应力松弛现象材料部应力时间降低现象
4控制摩擦磨损方法？
答：材料摩擦磨损控制方法：
（1）润滑剂：相运动摩擦接触面间加入润滑剂两接触表面间形成润滑膜变干摩擦润滑剂部分子间摩擦达减少摩擦表面摩擦降低材料磨损目
（2）摩擦材料选择：根摩擦具体工况(载荷速度温度介质等)选择合理摩擦副材料（减摩摩阻耐磨）达降低材料摩擦磨损目
（3）材料表面改性强化：利种物理化学机械工艺手段机械加工强化处理表面热处理扩散处理表面覆盖处理材料表面获特殊成分组织结构性提高材料耐磨性
5影响材料低温脆性素？
解：○1晶体结构体心立方存低温脆性面心立方合金般存低温脆性○2化学成分间隙溶质原子含量增加韧脆转变温度提高○3显微组织细化晶粒课材料韧性增加金相组织影响低强度水时组织刚索氏体佳○4温度某范围碳钢某合金出现蓝脆○5加载速率提高加载速率韧脆转变温度提高○6试样形状尺寸缺口曲率半径越韧脆转变温度越高
6解释形变强化概念阐述工程意义
答：拉伸试验中材料完成屈服应变应变增加发生应力增现象称形变强化材料形变强化规律Hollomon公式SKεn描述
形变强化金属材料重性质工程意义：
1）形变强化材料零件具抵抗偶然载力阻止塑性变形继续发展保证材料安全
2）形变强化工程强化材料重手段尤进行热处理强化材料形变强化成提高强度非常重手段
3）形变强化性保证某冷成形冷拔线材深成形等工艺利进行
8简述布氏硬度试验方法原理计算方法优缺点
答：a) 测试原理：定压力P直径D淬火钢球硬质合金球压入试样表面保持规定时间卸压力试件表面留压痕（压痕直径深度分dh）布氏硬度单位压痕表面积A承受均压力表示
b) 计算方法：
c) 优缺点：
优点：1) 分散性重复性反映材料综合均性
2) 估算材料抗拉强度
缺点：1) 测试薄件表面硬化层硬度
2) 试验程中常需更换压头实验载荷耗费力时间
9解释面应力面应变状态应力应变参数表述两种状态
答：薄板板材较薄厚度方变形0zs种两方存应力状态称面应力
厚板厚度方变形约束作ｚ方产生应变0ze种状态称面应变
10什低温脆性？阐述低温脆性物理质
答：材料温度降低韧性断裂转变脆性断裂击吸收功明显降断裂机理微孔聚集型变穿晶解理断口特征纤维状变结晶状现象称低温脆性冷脆
低温脆性材料屈服强度温度降急剧增加材料断裂强度σf温度变化较结果
1
12简述缺口两效应画出厚板缺口拉伸时弹性状态应力分布图
13简述氢脆类型特征
14简述韧性断裂脆性断裂画出典型宏观韧性断口示意图标注区名称
答：韧性断裂：①明显宏观塑性变形②裂纹扩展程较慢
③断口常呈暗灰色纤维状④塑性较金属材料高分子材料易发生韧断
脆性断裂：①明显宏观塑性变形②突然发生快速断裂
③断口宏观较齐光亮常呈放射状结晶状④淬火钢灰铸铁玻璃等易发生脆断
15描述典型疲劳断口特征画出典型疲劳断口示意图标注区名称
答：典型疲劳断口具3特征区：疲劳源疲劳裂纹扩展区瞬断区
16简述缺口三效应什
答：(1)缺口造成应力应变集中缺口第效应(2)缺口改变缺口前方应力状态板中材料受应力原单拉伸改变两三拉伸缺口第二效应(3)缺口塑性材料强度增高塑性降低缺口第三效应
17应力腐蚀断裂定义腐蚀断裂形态什
答：应力腐蚀断裂指金属材料拉应力特定介质作引起断裂金属发生应力腐蚀时仅局部区域出现表里裂纹．裂纹特点干裂纹延伸时干分支时发展．裂纹走宏观拉应力方垂直．微观断裂机理般晶断裂穿晶解理断裂二者混合．断裂表面见泥状花样腐蚀产物腐蚀坑
六计算题：
1利Hollomon公式SKεn推导应力应变曲线应力达值时开始产生颈缩条件
解：应力－应变曲线应力达值时开始颈缩应力－应变曲线高点处：
中PS分试样截面积A时载荷真应力
颈缩开始前试样变形均匀分布试样体积变lA常数Adl+ldA0考虑应变定义：
dP0：
e
颈缩判说明颈缩开始应变强化速率dSdε真应力相等时刻
Hollomon公式SKεn应变强化指数n定义出：
颈缩条件代入式：
n εb （1分）
说明颈缩开始时真应变数值应变强化指数n相等
2已知某构件中存长度2a0中心穿透裂纹构件材料断裂韧性疲劳裂纹扩展门槛值该构件应力σ脉动应力工作试疲劳裂纹扩展速率表达式
推导该构件剩余疲劳寿命Nc
解：具中心穿透裂纹构件构件应力σ脉动应力工作 利Paris公式计算构件剩余寿命
中心裂纹初始长度a0终裂纹长度根求：
根Paris公式：
：
式进行积分m2时：
m≠2时：
3质点均匀分布两相合金质点间距λ试限板中心贯穿裂纹（裂纹长度2a）延长线应力场强度分布公式虎克定律εσE均匀真应变εb应变强化指数n推导材料断裂韧性KIC表达式
解：已知材料含均布第二相质点两相合金质点间距lλ物体受力裂纹顶端出现塑性区着外力增加塑性区增塑性区裂纹前方第质点相遇时塑性区尺寸 时质点基体界面开裂形成孔洞孔洞裂纹间材料拉伸试样拉伸试样断裂时裂纹便开始前扩展时KI子材料断裂韧性KIC
裂纹顶端塑性区应力材料屈服强度弹性区应力分布根虎克定律弹性区塑性区交界处l点应变
图1 Krafft断裂模型
假定裂纹顶端孔洞间试样断裂条件单拉伸时断裂条件相塑性区应变达单拉伸颈缩时应变时均匀真应变be时试样便出现塑性失稳
裂纹扩展界条件塑性区应变ye达该材料均匀真应变n（n应变强化指数）裂纹扩展界条件：
pl
微孔集聚型断裂断裂韧性：
4型板件材料σ021200MPaKIc115MPa*m12探伤发现20mm长横穿透裂纹均轴拉应力900MPa工作试计算KI塑性区宽度R0判断该件否安全？
解：题意知穿透裂纹受应力σ900MPa
根σσ02值确定裂纹断裂韧度KIC否休修正
σσ029001200075>07裂纹断裂韧度KIC需修正
限板中心穿透裂纹修正KI：
（MPa*m12）
塑性区宽度： 0004417937(m) 221(mm)
较K1KIc：
K116813（MPa*m12）
KIc115（MPa*m12）
：K1>KIc 裂纹会失稳扩展 该件安全
7块含长16mm中心穿透裂纹[KⅠ σ(πa)12]钢板受350MPa垂直裂纹面应力作（1）果材料屈服强度1400MPa求塑性区尺寸裂纹顶端应力场强度子值（2）试第1题相较应力场强度子进行塑性修正意义
解：已知： a8mm0008m σ350 MPa KⅠσ(πa)12
（1）σσs3501400 < 06
KⅠσ(πa)12350×(314×0008)12555（MPa·m12）
R01(2828π)×(KⅠσs)2 1(2828π)(5551400)2000017m017mm
（2）第1题中σσs06裂纹尖端弹性变形会塑性变形符合弹性力学理进行修正计算数值会实际符
9已知某材料γs＝2Jm2E＝2×105MPa25×1010m
(1)存08mm长垂直拉应力横穿透裂纹（视限宽薄板）求该材料裂纹扩展界应力(2)求种材料理断裂强度结合(1)题讨理断裂强度实际断裂强度
解：(1)已知2＝08mm00008m8×104m
σc ( Eγs)12[2×105×106×2(4×104)]12316×107Pa 316 MPa
(2) σm( Eγs)12[2×105×106×2(25×1010)]12 4×1010Pa 4×104MPa
理断裂强度认材料中没缺陷根原子间结合力计算断裂强度实际材料中已存裂纹均应力低时裂纹尖端应力集中已达高值裂纹快速扩展导致脆性断裂实际断裂强度远远理断裂强度
10某压力容器受升压降压交变应力△σ＝120MPa作计算知该容器允许界裂纹长度2ac＝125mm检查发现该容器长度2a＝42mm周穿透裂纹假设疲劳裂纹扩展符合Paris公式假设疲劳扩展系数C＝2×10－10n＝3试计算该容器疲劳寿命？
解：设裂纹线板穿透裂纹
Paris公式
解
N3016
11材料模量E＝200GPa 单位面积表面γS＝8 Jm2 试计算70MPa拉应力作该裂纹界裂纹长度？该材料裂纹尖端变形塑性功γP＝400 Jm2该裂纹界裂纹长度少？[利格里菲斯公式奥罗万修正公式计算]
解：格里菲斯公式
奥罗万修正公式
12马氏体时效钢屈服强度2100MPa断裂韧度66MPa·m12种材料制造飞机起落架设计应力屈服强度70％检测裂纹长度25mm试计算应力强度子判断材料安全性[提示：假设存边缘裂纹采限宽板单边直裂纹模型2b>>a 存穿透裂纹应限板穿透裂纹模型计算]
解：
14静载拉伸实验试根体积变条件延伸率断面收缩率概念推导均匀变形阶段材料延伸率δ断面收缩率ψ关系式
解：均匀变形阶段变形前体积变条件：
推出材料延伸率δ断面收缩率ψ间关系：
yd+
yyd
式表明均匀变形阶段δ恒ψy
15型厚板构件制造时出现中心穿透裂纹2a＝2mm工作应力σ＝1000MPa工作应该选什材料σ02KIC配合较合适 已知构件材料热处理σ02KIC值列表：
σ02MPa
1100
1200
1300
1400
1500
KIC MPa*m12
110
95
75
60
55
解： 已知工作应力σ＝1000MPa裂纹长度2a2mma1mm0001m构件型厚板结构属面应变（1） 屈服强度1100 MPa断裂韧性110 MPa*m12材料＝1000／1100＝091＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝6065 MPa*m12＜110 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（2）屈服强度1200 MPa断裂韧性95 MPa*m12材料＝1000／1200＝083＞06裂纹前端应力强度子KI：
＝5979 MPa*m12＜95 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（3）屈服强度1300 MPa断裂韧性75 MPa*m12材料＝1000／1300＝077＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5922 MPa*m12＜75 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（4）屈服强度1400 MPa断裂韧性60 MPa*m12材料＝1000／1400＝071＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5874 MPa*m12＜60 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（5）屈服强度1500 MPa断裂韧性55 MPa*m12材料＝1000
／1500＝067＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5838 MPa*m12＞55 MPa*m12
选该材料安全
1 某高强钢化学介质外加载荷作常发生低应力脆断试断口电化学角度阐述区分钢应力腐蚀氢致延滞断裂
断裂源位置
宏观特征
微观特征
二次裂纹
应力腐蚀破裂
表面
颜色较暗
腐蚀产物
较
氢 脆
表面
断口光亮
腐蚀产物
少
答：a) 断口特征：
13已知某种钢材制作型厚板结构（属面应变）承受工作应力σ560MPa板中心穿透裂纹（）裂纹长度2a6mm钢料性指标表示：
σ560MPa板中心穿透裂纹（aKIps）裂纹长度2a6mm钢料性指标表示： 温度（℃）
σS（MPa）
KIC（MPa*m12）
50
1000
30
30
900
50
0
800
90
50
700
150
试求：a）该构件温度点时安全？
b）该构件0℃50℃时塑性区R
c）作图法求出该材料低温脆性转变温度TK
中已知：（面应力）（面应变）
（面应力）（面应变）
解：已知σ560MPa
裂纹长度2a6mma0003mm
构件型厚板结构属面应变
a) 50℃＝560／1000＝056<06：
50℃安全
30℃＝560／900＝062>06：
30℃安全
0℃＝560／800＝070>06：
0℃安全
50℃＝560／700＝080>06：
50℃安全
该构件0℃50℃安全
b) 0℃KI＝5688 MPa*m12σS800MPa：
50℃KI＝5778 MPa*m12σS700MPa：
c)
求出断裂应力p
裂纹长度温度屈服强度断裂韧性代入式：
50℃σcs＝3065MPa
30℃σc＝497MPa
0℃σc＝886MPa
50℃σc＝1455MPa （2分）
利屈服强度σss断裂强度σc s温度作图图：
图见T~sσsT~σcs两条曲线相交7℃该材料低温脆性转变温度7℃
5轴件行轴工作应力150MPa中发现横疲劳脆性正断断口分析表明25mm深度表面半椭圆疲劳区根裂纹ac确定φ1测试材料σ02720MPa 试估算材料断裂韧度KIC少？
解：
σσ021507200208<07裂纹断裂韧度KIC需修正
限板中心穿透裂纹修正KI：
KICYσcac12
表面半椭圆裂纹Y11φ11
KICYσcac121146229（MPa*m12）
{已知面应变修正公式：KⅠY σ(a)12[10056(Yσσs)2]12R01(2828π)×(KⅠσs)2) }
σ02MPa
1300
1400
1500
KⅠc( MPa·m12)
75
60
55
0MPa应力工作．列材料应选种
解：σσs100013001000140010001500均06
必需进行塑性区修正
KⅠ11 σ(πa)12ΦY11 (π)12Φ修正KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
（1）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001300)2]12
5975 MPa·m12
（2）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001400)2]12
5923 MPa·m12
（3）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001500)2]12
5891 MPa·m12
三者列表较：
σMPa
1000
σ02MPa
1300
1400
1500
KⅠc( MPa·m12)
75
60
55
KⅠ( MPa·m12)
5975
5923
5891
见应选第种材料
8块含长16mm中心穿透裂纹[KⅠ σ(πa)12]钢板受350MPa垂直裂纹面应力作（1）果材料屈服强度分1400Mpa385 MPa求裂纹顶端应力场强度子值（2）试较讨述两种情况应力场强度子进行塑性修正意义
解：已知： a8mm0008m σ350 MPa KⅠσ(πa)12
（1）σσs3501400 < 06
KⅠσ(πa)12350×(314×0008)12555（MPa·m12）
σσs350385 > 06必须进行塑性区修正Y (π)12
KⅠY σ(a)12[10056(Yσσs)2]12σ(πa)12[10056π(σσs)2]12
350×(314×0008)12[10056π(350385)2]1260（MPa·m12）
（2）较列表：
σMPa
350
σ02MPa
1400
35
KⅠ( MPa·m12)
555
60
σσs350385 > 06裂纹尖端弹性变形会塑性变形符合弹性力学理进行修正计算数值会实际符
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适材料成型控制工程专业
填空
1σe表示材料 弹性极限 σp表示材料 例极限 σs表示材料 屈服强度 σb表示材料 抗拉强度
2断口三素 纤维区 放射区 剪切唇 微孔聚集型断裂微观特征 韧窝 解理断裂微观特征 解理台阶 河流舌状花样 晶断裂微观特征 晶粒状 断口 冰糖块状 断口
3应力状态系数α值越表示应力状态越 软 材料越容易产生 塑性变形延性断裂 测量脆性材料塑性常选应力状态系数α值 实验方法 压缩 等
4扭转实验中塑性材料断裂面试样轴线 垂直 断口 齐 切 应力造成 切 断脆性材料断裂面试样轴线 450角 正 应力造成 正 断静拉伸试样宏观断口特征 相反
5材料截面缺口存缺口根部产生 应力集中 双（三）应力 试样屈服强度 升高 塑性 降低
6低温脆性常发生具 体心立方密排六方 结构金属合金中 面心立方 结构金属合金中少发现
7面应变断裂韧性KIC 测试程中试样尺寸
中Ba（Wa）分三点弯曲试样厚度裂纹长度韧带长度σs材料屈服强度样求保证裂纹尖端处 面应变 范围屈服 状态面应变状态断裂韧性KIC 面应力状态断裂韧性KC
8断裂寿命应力水疲劳分 高周疲劳 低周疲劳 疲劳断口典型特征 疲劳条纹（贝纹线）
9材料磨损机理分 粘着 磨损 磨粒 磨损 疲劳 磨损 腐蚀 磨损蚀磨损微动磨损等形式
10材料拉伸力学性包括屈服强度抗拉强度实际断裂强度等强度指标延伸率 断面收缩率等塑性指标
12弹性滞环材料加载线卸载线重合产生机床底座等构件保证机器稳运转材料弹性滞环越 越弹簧片钟表等材料求材料弹性滞环越 越
13材料断裂断裂机理分分微孔聚集型断裂 解理断裂 晶 断裂断裂前塑性变形分分延性 断裂 脆性 断裂
14扭转实验中塑性材料断裂面试样轴线垂直 脆性材料断裂面试样轴线成450角
15根外加应力类型裂纹扩展面取关系裂纹扩展基方式_张开型(Ⅰ型)裂纹扩展__滑开型(Ⅱ型)裂纹扩展撕开型(Ⅲ型)裂纹扩展_三类
16根构件受力状态环境敏感断裂分应力腐蚀开裂 腐蚀疲劳 腐蚀磨损 微动磨损等四类
17材料韧性表征材料外力作变形断裂全程中吸收塑性变形功断裂功力根试样形状加载速率材料韧性分光滑试样静力韧性缺口 试样击韧性裂纹 试样断裂韧性
18应力强度子反映裂纹尖端区域应力场强度综合反映_外加应力_裂纹位置_长度_裂纹尖端应力场强度影响
19材料静拉伸实验整拉伸程中变形分弹性变形塑性变形__断裂_三阶段塑性变形分_屈服____均匀塑性变形__均匀集中塑性变形_三阶段
20材料塑性评价工程般光滑圆柱试样拉伸伸长率_断面收缩率_作塑性性指标常伸长率指标_应力非例伸长率_应力总伸长率常_断伸长率_三种
二判断题：
1）构件刚度Q材料弹性模量E成正构件横截面积A成反（ × ）
2）机床底座等构件保证机器稳运转材料弹性滞环越越弹簧片钟表等材料求材料弹性滞环越越（ √ ）
3）Bauschinger效应指预先加载变形然反加载变形时材料弹性极限升高现象（ × ）
4）鉴弯曲试验特点弯曲试验常铸铁硬质合金等韧性材料性测试（ × ）
5）韧性材料击试样断口裂纹会距缺口定距离试样部萌生缺口根部（ √ ）
6）利双原子模型计算出材料理断裂强度实际值高出1~3数量级该计算模型正确（ × ）
7）材料低周疲劳行常通SN曲线表示（ × ）
8）奥氏体锈钢硝酸盐溶液溶液中容易发生应力腐蚀开裂（ × ）
9）晶粒晶界两者强度相等温度称等强温度（ √ ）
10）应力松弛指高温服役零件材料应力保持变条件中应变行降低现象（ × ）
1磨损包括三阶段三阶段中均观察摩擦现象发生疲劳韧脆性断裂（ × ）
2应力状态软性系数越切应力分量越表示应力状态越软材料越易产生塑性变形反应力状态软性系数越表示应力状态越硬材料越容易产生脆性断裂（ √ ）
3断裂δ判裂纹开始扩展断裂判裂纹失稳扩展断裂判显然种判设计构件偏保守（ √ ）
4测量陶瓷铸铁击吸收功时般采夏U型缺口试样少采X型缺口击试样（ × ）
5应力腐蚀断裂速度远没应力时腐蚀速度远单纯力学素引起断裂速度（ √ ）
6工程设计材料选中般工程应力工程应变材料科学研究中真应力真应变具更重意义（ √ ）
7材料硬度测定方法测硬度值相完全互相转换（ × ）
8缺口塑性材料强化缺口强化作强化材料种手段提高材料屈服强度（ × ）
9接触疲劳程纯滚动条件产生材料局部破坏历裂纹形成扩展两阶段（ × ）
10疲劳强度属强度类力学性指标属高温拉伸力学性指标（ × ）
二 选择题：
1）拉伸试样直径定标距越长测出断面收缩率会（ C ）
a) 越高b) 越低c) 变d) 规律循
2）材料弹性功通（ B ）提高
a) 提高抗拉强度降低弹性模量b) 提高弹性极限降低弹性模量
c) 降低弹性极限降低弹性模量d) 降低弹性极限提高弹性模
3）单压缩条件应力状态系数（ D ）
a) 05b) 10c) 08d) 20
4）化学键角度价键材料硬度变化规律（ A ）
a) 离子键＞金属键＞氢键b) 离子键＞氢键＞金属键
c) 氢键＞金属键＞离子键d) 金属键＞离子键＞氢键
5）HRC（ D ）种表示方法
a) 维氏硬度b) 努氏硬度c) 肖氏硬度d) 洛氏硬度
6）缺口试样击实验中缺口试样厚度越试样击韧性越（ C ）韧脆转变温度越（ ）
a) 高b) 低c) 高d) 低
7）I型（张开型）裂纹外加应力裂纹面（ B ）II型（滑开型）裂纹外加应力裂纹面（ ）
a) 行垂直b) 垂直行c) 成450角垂直d) 行成450角
8) 面应变条件裂纹尖端塑性区尺寸（ B ）面应力塑性区
a) b) c) 等 d) 定
9）称循环应力应力R（ C ）
a) 0b) 1 c) 1 d) ∞
10）KISCC表示材料（ C ）
a) 断裂韧性b) 击韧性c) 应力腐蚀破裂门槛值d) 应力场强度子
11）黄铜容易（ C ）溶液中发生应力腐蚀开裂
a) 热碱溶液b) 氯化物溶液c) 氨水溶液d) 硝酸盐溶液
12）蠕变指材料（ B ）长期作发生塑性变形现象
a) 恒应变b) 恒应力c) 恒加载速率d) 恒定频率
13）Tts表示定温度T恰材料规定时间t发生断裂（ B ）
a) 蠕变极限b) 持久强度c) 高温强度d) 抗拉强度
14）干摩擦相加入润滑剂摩擦副间摩擦系数会（ B ）
a) 增b) 减c) 变d) 定
1形变强化材料种特性列（ C ）阶段产生现象
A弹性变形 B击变形 C均匀塑性变形 D屈服变形
2缺口引起应力集中程度通常应力集中系数表示应力集中系数定义缺口净截面（ A ）均应力
A应力 B应力 C屈服强度 D抗拉强度
3相运动产生磨损分三阶段：（ A ）稳定磨损阶段剧烈磨损阶段
A磨合阶段 B疲劳磨损阶段C轻微磨损阶段D稳定磨损阶段
4拉伸程中工程应中非常重曲线（ B ）
A力—伸长曲线 B工程应力—应变曲线 C真应力—真应变曲线
5韧度衡量材料韧性力学性指标指材料断裂前吸收（ A ）力
A塑性变形功断裂功 B弹性变形功断裂功
C弹性变形功塑性变形功 D塑性变形功
6蠕变材料高温力学性缓慢产生（ B ）直断裂现象
A弹性变形 B塑性变形 C磨损 D疲劳
7缺口试样中缺口包括范围非常广泛列（C ）称缺口
A材料均匀组织B光滑试样C部裂纹D化学成分均匀
8容易产生脆性断裂裂纹（ A ）裂纹
A张开 B表面 C部均匀 D闭合
9空间飞行器材料保证结构刚度求较轻质量般情况（C ）概念作衡量材料弹性性指标
A杨氏模数 B切变模数 C弹性功 D弹性模数
10KⅠ脚标表示I型裂纹I型裂纹表示（ A ）裂纹
A张开型 B滑开型 C撕开型 D组合型
11拉伸试样直径定标距越长测出抗拉强度会（ C ）
a) 越高b) 越低c) 变d) 规律循
12维氏硬度值互相较（ A ）
a) 布氏硬度b) 洛氏硬度c) 莫氏硬度d) 肖氏硬度
13扭转加载应力状态系数（ A ）单拉伸应力状态系数
a) b) c) 等d) 关系
14双原子模型计算出材料理断裂强度实际值高出1~3数量级（ C ）
a) 模型正确b) 似计算太粗太c) 实际材料缺陷d) 实际材料缺陷
15面应变条件裂纹尖端塑性区尺寸（ B ）面应力塑性区
a) b) c) 等 d) 定
16研究低周疲劳中常通控制（ B ）方式进行
a) 应力 b) 应变c ) 时间d) 频率
17⊿Kth表示材料（ B ）
a) 断裂韧性 b) 疲劳裂纹扩展门槛值c ) 应力腐蚀破裂门槛值d) 应力场强度子
18奥氏体锈钢（ B ）溶液中容易发生应力腐蚀开裂
a) 热碱溶液 b) 氯化物溶液c ) 氨水溶液d) 硝酸盐溶液
19细晶强化非常强化方法适（ A ）
a) 高温b) 中温c) 常温d) 低温
三 名词解释：
1包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形卸载加载规定残余应力（弹性极限屈服强度）增加反加载规定残余应力降低现象
2滞弹性：快速加载卸载材料时间延长产生附加弹性应变性
3刚度：弹性变形范围构件抵抗变形力
4弹性完整性：弹性变形时加载线卸载线重合应变落应力现象
5形变强化：材料发生屈服应变屈服应力屈服应变增加增现象
6等强温度：晶粒晶界强度相等温度
7摩擦：两相互接触物体外力作发生相运动相运动趋势接触面具阻止相运动相运动趋势作种现象称摩擦
8规定非例伸长应力弹性极限
1)规定非例伸长应力试验时非例伸长达原始标距长度规定百分时应力表示应力符号附角注说明
2)弹性极限材料弹性变形渡弹—塑性变形时应力应力超弹性极限材料便开始产生塑性变形
9低温脆性：试验温度低某温度时材料韧性状态转变脆性状态
10韧脆转变温度：材料某温度t韧变脆击功明显降该温度韧脆转变温度
11韧性断裂裂纹尖端张开位移
韧性断裂材料断裂前断裂程中产生明显宏观塑性变形断裂程
裂纹体受载裂纹尖端垂直裂纹方产生位移称裂纹尖端张开位移
12变动载荷疲劳强度
变动载荷指载荷甚方时间变化裁荷
疲劳强度指定疲劳寿命材料承受限循环应力疲劳强度保证机件疲劳寿命重材料性指标
13静力韧度疲劳裂纹扩展速率
通常静拉伸σε曲线包围面积减试样断裂前吸收弹性定义静力韧度派生力学性指标
疲劳裂纹扩展速率指疲劳裂纹亚稳扩展阶段速率．该阶段疲劳程第Ⅱ阶段材料整疲劳寿命组成部分
四 简答题：
1简述洛氏硬度试验方法优缺点
答：洛氏硬度试验优点：
（1）硬质软质两种压头适种硬质材料检验存压头变形问题
（2）硬度值硬度机表盘直接读出测定洛氏硬度更简便迅速工效高
（3）试件表面造成损伤较成品零件质量检验
（4）加预载荷消表面轻微度试验结果影响
洛氏硬度缺点：
（1）洛氏硬度存定义标尺洛氏硬度值法相互较象布氏硬度统起
（2）压痕洛氏硬度材料组织均匀性敏感测试结果较分散重复性差适具粗组成相(灰铸铁中石墨片)均匀组织材料硬度测定
2纯机械疲劳相腐蚀疲劳特点？
答：纯机械疲劳相水介质中腐蚀疲劳具特点：
(1) 腐蚀疲劳S~N曲线没气疲劳样具水线段存限寿命疲劳极限值交变应力低循环次数足够材料总会发生断裂
(2) 腐蚀疲劳极限静强度间没直接关系
(3) 气环境中加载频率1000Hz时频率疲劳极限基影响腐蚀疲劳加载频率十分敏感频率越低疲劳强度寿命越低
(4) 腐蚀疲劳条件裂纹极易萌生裂纹扩展疲劳寿命组成部分气环境光滑试样裂纹萌生疲劳寿命部分
3常温力学性相金属材料高温力学行特点？
答：常温力学性相金属材料高温力学行特点：
（1）材料高温发生蠕变现象应力恒定情况材料应力持续作断发生变形
（2）材料高温强度载荷作时间关载荷作时间越长引起定变形速率变形量形变抗力断裂抗力越低
（3）材料高温工作时仅强度降低塑性降低应变速率越低载荷作时间越长塑性降低越显著高温材料断裂常晶断裂
（4）恒定应变条件高温工作材料会应力松弛现象材料部应力时间降低现象
4控制摩擦磨损方法？
答：材料摩擦磨损控制方法：
（1）润滑剂：相运动摩擦接触面间加入润滑剂两接触表面间形成润滑膜变干摩擦润滑剂部分子间摩擦达减少摩擦表面摩擦降低材料磨损目
（2）摩擦材料选择：根摩擦具体工况(载荷速度温度介质等)选择合理摩擦副材料（减摩摩阻耐磨）达降低材料摩擦磨损目
（3）材料表面改性强化：利种物理化学机械工艺手段机械加工强化处理表面热处理扩散处理表面覆盖处理材料表面获特殊成分组织结构性提高材料耐磨性
5影响材料低温脆性素？
解：○1晶体结构体心立方存低温脆性面心立方合金般存低温脆性○2化学成分间隙溶质原子含量增加韧脆转变温度提高○3显微组织细化晶粒课材料韧性增加金相组织影响低强度水时组织刚索氏体佳○4温度某范围碳钢某合金出现蓝脆○5加载速率提高加载速率韧脆转变温度提高○6试样形状尺寸缺口曲率半径越韧脆转变温度越高
6解释形变强化概念阐述工程意义
答：拉伸试验中材料完成屈服应变应变增加发生应力增现象称形变强化材料形变强化规律Hollomon公式SKεn描述
形变强化金属材料重性质工程意义：
1）形变强化材料零件具抵抗偶然载力阻止塑性变形继续发展保证材料安全
2）形变强化工程强化材料重手段尤进行热处理强化材料形变强化成提高强度非常重手段
3）形变强化性保证某冷成形冷拔线材深成形等工艺利进行
8简述布氏硬度试验方法原理计算方法优缺点
答：a) 测试原理：定压力P直径D淬火钢球硬质合金球压入试样表面保持规定时间卸压力试件表面留压痕（压痕直径深度分dh）布氏硬度单位压痕表面积A承受均压力表示
b) 计算方法：
c) 优缺点：
优点：1) 分散性重复性反映材料综合均性
2) 估算材料抗拉强度
缺点：1) 测试薄件表面硬化层硬度
2) 试验程中常需更换压头实验载荷耗费力时间
9解释面应力面应变状态应力应变参数表述两种状态
答：薄板板材较薄厚度方变形0zs种两方存应力状态称面应力
厚板厚度方变形约束作ｚ方产生应变0ze种状态称面应变
10什低温脆性？阐述低温脆性物理质
答：材料温度降低韧性断裂转变脆性断裂击吸收功明显降断裂机理微孔聚集型变穿晶解理断口特征纤维状变结晶状现象称低温脆性冷脆
低温脆性材料屈服强度温度降急剧增加材料断裂强度σf温度变化较结果
1
12简述缺口两效应画出厚板缺口拉伸时弹性状态应力分布图
13简述氢脆类型特征
14简述韧性断裂脆性断裂画出典型宏观韧性断口示意图标注区名称
答：韧性断裂：①明显宏观塑性变形②裂纹扩展程较慢
③断口常呈暗灰色纤维状④塑性较金属材料高分子材料易发生韧断
脆性断裂：①明显宏观塑性变形②突然发生快速断裂
③断口宏观较齐光亮常呈放射状结晶状④淬火钢灰铸铁玻璃等易发生脆断
15描述典型疲劳断口特征画出典型疲劳断口示意图标注区名称
答：典型疲劳断口具3特征区：疲劳源疲劳裂纹扩展区瞬断区
16简述缺口三效应什
答：(1)缺口造成应力应变集中缺口第效应(2)缺口改变缺口前方应力状态板中材料受应力原单拉伸改变两三拉伸缺口第二效应(3)缺口塑性材料强度增高塑性降低缺口第三效应
17应力腐蚀断裂定义腐蚀断裂形态什
答：应力腐蚀断裂指金属材料拉应力特定介质作引起断裂金属发生应力腐蚀时仅局部区域出现表里裂纹．裂纹特点干裂纹延伸时干分支时发展．裂纹走宏观拉应力方垂直．微观断裂机理般晶断裂穿晶解理断裂二者混合．断裂表面见泥状花样腐蚀产物腐蚀坑
六计算题：
1利Hollomon公式SKεn推导应力应变曲线应力达值时开始产生颈缩条件
解：应力－应变曲线应力达值时开始颈缩应力－应变曲线高点处：
中PS分试样截面积A时载荷真应力
颈缩开始前试样变形均匀分布试样体积变lA常数Adl+ldA0考虑应变定义：
dP0：
e
颈缩判说明颈缩开始应变强化速率dSdε真应力相等时刻
Hollomon公式SKεn应变强化指数n定义出：
颈缩条件代入式：
n εb （1分）
说明颈缩开始时真应变数值应变强化指数n相等
2已知某构件中存长度2a0中心穿透裂纹构件材料断裂韧性疲劳裂纹扩展门槛值该构件应力σ脉动应力工作试疲劳裂纹扩展速率表达式
推导该构件剩余疲劳寿命Nc
解：具中心穿透裂纹构件构件应力σ脉动应力工作 利Paris公式计算构件剩余寿命
中心裂纹初始长度a0终裂纹长度根求：
根Paris公式：
：
式进行积分m2时：
m≠2时：
3质点均匀分布两相合金质点间距λ试限板中心贯穿裂纹（裂纹长度2a）延长线应力场强度分布公式虎克定律εσE均匀真应变εb应变强化指数n推导材料断裂韧性KIC表达式
解：已知材料含均布第二相质点两相合金质点间距lλ物体受力裂纹顶端出现塑性区着外力增加塑性区增塑性区裂纹前方第质点相遇时塑性区尺寸 时质点基体界面开裂形成孔洞孔洞裂纹间材料拉伸试样拉伸试样断裂时裂纹便开始前扩展时KI子材料断裂韧性KIC
裂纹顶端塑性区应力材料屈服强度弹性区应力分布根虎克定律弹性区塑性区交界处l点应变
图1 Krafft断裂模型
假定裂纹顶端孔洞间试样断裂条件单拉伸时断裂条件相塑性区应变达单拉伸颈缩时应变时均匀真应变be时试样便出现塑性失稳
裂纹扩展界条件塑性区应变ye达该材料均匀真应变n（n应变强化指数）裂纹扩展界条件：
pl
微孔集聚型断裂断裂韧性：
4型板件材料σ021200MPaKIc115MPa*m12探伤发现20mm长横穿透裂纹均轴拉应力900MPa工作试计算KI塑性区宽度R0判断该件否安全？
解：题意知穿透裂纹受应力σ900MPa
根σσ02值确定裂纹断裂韧度KIC否休修正
σσ029001200075>07裂纹断裂韧度KIC需修正
限板中心穿透裂纹修正KI：
（MPa*m12）
塑性区宽度： 0004417937(m) 221(mm)
较K1KIc：
K116813（MPa*m12）
KIc115（MPa*m12）
：K1>KIc 裂纹会失稳扩展 该件安全
7块含长16mm中心穿透裂纹[KⅠ σ(πa)12]钢板受350MPa垂直裂纹面应力作（1）果材料屈服强度1400MPa求塑性区尺寸裂纹顶端应力场强度子值（2）试第1题相较应力场强度子进行塑性修正意义
解：已知： a8mm0008m σ350 MPa KⅠσ(πa)12
（1）σσs3501400 < 06
KⅠσ(πa)12350×(314×0008)12555（MPa·m12）
R01(2828π)×(KⅠσs)2 1(2828π)(5551400)2000017m017mm
（2）第1题中σσs06裂纹尖端弹性变形会塑性变形符合弹性力学理进行修正计算数值会实际符
9已知某材料γs＝2Jm2E＝2×105MPa25×1010m
(1)存08mm长垂直拉应力横穿透裂纹（视限宽薄板）求该材料裂纹扩展界应力(2)求种材料理断裂强度结合(1)题讨理断裂强度实际断裂强度
解：(1)已知2＝08mm00008m8×104m
σc ( Eγs)12[2×105×106×2(4×104)]12316×107Pa 316 MPa
(2) σm( Eγs)12[2×105×106×2(25×1010)]12 4×1010Pa 4×104MPa
理断裂强度认材料中没缺陷根原子间结合力计算断裂强度实际材料中已存裂纹均应力低时裂纹尖端应力集中已达高值裂纹快速扩展导致脆性断裂实际断裂强度远远理断裂强度
10某压力容器受升压降压交变应力△σ＝120MPa作计算知该容器允许界裂纹长度2ac＝125mm检查发现该容器长度2a＝42mm周穿透裂纹假设疲劳裂纹扩展符合Paris公式假设疲劳扩展系数C＝2×10－10n＝3试计算该容器疲劳寿命？
解：设裂纹线板穿透裂纹
Paris公式
解
N3016
11材料模量E＝200GPa 单位面积表面γS＝8 Jm2 试计算70MPa拉应力作该裂纹界裂纹长度？该材料裂纹尖端变形塑性功γP＝400 Jm2该裂纹界裂纹长度少？[利格里菲斯公式奥罗万修正公式计算]
解：格里菲斯公式
奥罗万修正公式
12马氏体时效钢屈服强度2100MPa断裂韧度66MPa·m12种材料制造飞机起落架设计应力屈服强度70％检测裂纹长度25mm试计算应力强度子判断材料安全性[提示：假设存边缘裂纹采限宽板单边直裂纹模型2b>>a 存穿透裂纹应限板穿透裂纹模型计算]
解：
14静载拉伸实验试根体积变条件延伸率断面收缩率概念推导均匀变形阶段材料延伸率δ断面收缩率ψ关系式
解：均匀变形阶段变形前体积变条件：
推出材料延伸率δ断面收缩率ψ间关系：
yd+
yyd
式表明均匀变形阶段δ恒ψy
15型厚板构件制造时出现中心穿透裂纹2a＝2mm工作应力σ＝1000MPa工作应该选什材料σ02KIC配合较合适 已知构件材料热处理σ02KIC值列表：
σ02MPa
1100
1200
1300
1400
1500
KIC MPa*m12
110
95
75
60
55
解： 已知工作应力σ＝1000MPa裂纹长度2a2mma1mm0001m构件型厚板结构属面应变（1） 屈服强度1100 MPa断裂韧性110 MPa*m12材料＝1000／1100＝091＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝6065 MPa*m12＜110 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（2）屈服强度1200 MPa断裂韧性95 MPa*m12材料＝1000／1200＝083＞06裂纹前端应力强度子KI：
＝5979 MPa*m12＜95 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（3）屈服强度1300 MPa断裂韧性75 MPa*m12材料＝1000／1300＝077＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5922 MPa*m12＜75 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（4）屈服强度1400 MPa断裂韧性60 MPa*m12材料＝1000／1400＝071＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5874 MPa*m12＜60 MPa*m12
选该材料安全（3分）
（5）屈服强度1500 MPa断裂韧性55 MPa*m12材料＝1000
／1500＝067＞05裂纹前端应力强度子KI：
＝5838 MPa*m12＞55 MPa*m12
选该材料安全
1 某高强钢化学介质外加载荷作常发生低应力脆断试断口电化学角度阐述区分钢应力腐蚀氢致延滞断裂
断裂源位置
宏观特征
微观特征
二次裂纹
应力腐蚀破裂
表面
颜色较暗
腐蚀产物
较
氢 脆
表面
断口光亮
腐蚀产物
少
答：a) 断口特征：
13已知某种钢材制作型厚板结构（属面应变）承受工作应力σ560MPa板中心穿透裂纹（）裂纹长度2a6mm钢料性指标表示：
σ560MPa板中心穿透裂纹（aKIps）裂纹长度2a6mm钢料性指标表示： 温度（℃）
σS（MPa）
KIC（MPa*m12）
50
1000
30
30
900
50
0
800
90
50
700
150
试求：a）该构件温度点时安全？
b）该构件0℃50℃时塑性区R
c）作图法求出该材料低温脆性转变温度TK
中已知：（面应力）（面应变）
（面应力）（面应变）
解：已知σ560MPa
裂纹长度2a6mma0003mm
构件型厚板结构属面应变
a) 50℃＝560／1000＝056<06：
50℃安全
30℃＝560／900＝062>06：
30℃安全
0℃＝560／800＝070>06：
0℃安全
50℃＝560／700＝080>06：
50℃安全
该构件0℃50℃安全
b) 0℃KI＝5688 MPa*m12σS800MPa：
50℃KI＝5778 MPa*m12σS700MPa：
c)
求出断裂应力p
裂纹长度温度屈服强度断裂韧性代入式：
50℃σcs＝3065MPa
30℃σc＝497MPa
0℃σc＝886MPa
50℃σc＝1455MPa （2分）
利屈服强度σss断裂强度σc s温度作图图：
图见T~sσsT~σcs两条曲线相交7℃该材料低温脆性转变温度7℃
5轴件行轴工作应力150MPa中发现横疲劳脆性正断断口分析表明25mm深度表面半椭圆疲劳区根裂纹ac确定φ1测试材料σ02720MPa 试估算材料断裂韧度KIC少？
解：
σσ021507200208<07裂纹断裂韧度KIC需修正
限板中心穿透裂纹修正KI：
KICYσcac12
表面半椭圆裂纹Y11φ11
KICYσcac121146229（MPa*m12）
{已知面应变修正公式：KⅠY σ(a)12[10056(Yσσs)2]12R01(2828π)×(KⅠσs)2) }
σ02MPa
1300
1400
1500
KⅠc( MPa·m12)
75
60
55
0MPa应力工作．列材料应选种
解：σσs100013001000140010001500均06
必需进行塑性区修正
KⅠ11 σ(πa)12ΦY11 (π)12Φ修正KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
（1）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001300)2]12
5975 MPa·m12
（2）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001400)2]12
5923 MPa·m12
（3）KⅠ11 σ(πa)12[Φ20212(σσs)2]12
11×1000×(314×0001)12[1190212(10001500)2]12
5891 MPa·m12
三者列表较：
σMPa
1000
σ02MPa
1300
1400
1500
KⅠc( MPa·m12)
75
60
55
KⅠ( MPa·m12)
5975
5923
5891
见应选第种材料
8块含长16mm中心穿透裂纹[KⅠ σ(πa)12]钢板受350MPa垂直裂纹面应力作（1）果材料屈服强度分1400Mpa385 MPa求裂纹顶端应力场强度子值（2）试较讨述两种情况应力场强度子进行塑性修正意义
解：已知： a8mm0008m σ350 MPa KⅠσ(πa)12
（1）σσs3501400 < 06
KⅠσ(πa)12350×(314×0008)12555（MPa·m12）
σσs350385 > 06必须进行塑性区修正Y (π)12
KⅠY σ(a)12[10056(Yσσs)2]12σ(πa)12[10056π(σσs)2]12
350×(314×0008)12[10056π(350385)2]1260（MPa·m12）
（2）较列表：
σMPa
350
σ02MPa
1400
35
KⅠ( MPa·m12)
555
60
σσs350385 > 06裂纹尖端弹性变形会塑性变形符合弹性力学理进行修正计算数值会实际符
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