工程材料力学性能测试实验题集

工程材料力学功能测试实验题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.材料力学功能测试中，常用的拉伸试验机类型有（）

A.液压式

B.电动式

C.气动式

D.上述所有

2.在压缩试验中，试样的破坏形式主要是（）

A.脆性断裂

B.塑性变形

C.以上两者都有可能

D.以上两者都不可能

3.材料的弹性模量是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料在受力后发生的相对变形量

D.材料在受力后发生的绝对变形量

4.材料的屈服极限是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料在受力后发生的相对变形量

D.材料在受力后发生的绝对变形量

5.材料的硬度是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料抵抗硬物压入表面的能力

D.材料在受力后发生的绝对变形量

6.材料的冲击韧性是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力

D.材料在受力后发生的绝对变形量

7.材料的疲劳极限是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料在反复加载条件下抵抗破坏的能力

D.材料在受力后发生的绝对变形量

8.材料的断裂韧性是指（）

A.材料在受力后发生的最大变形量

B.材料在受力后发生的单位变形量

C.材料在受力后发生断裂前能吸收的最大能量

D.材料在受力后发生的绝对变形量

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：拉伸试验机有多种类型，包括液压式、电动式和气动式等。在实际应用中，根据实验需求和设备条件选择合适的试验机。

2.答案：C

解题思路：压缩试验中，试样可能表现出脆性断裂或塑性变形。具体破坏形式取决于材料的性质和试验条件。

3.答案：B

解题思路：弹性模量是材料在受力后发生的单位变形量，它反映了材料抵抗变形的能力。

4.答案：B

解题思路：屈服极限是指材料在受力后开始发生塑性变形时的应力值，即单位变形量。

5.答案：C

解题思路：硬度是指材料抵抗硬物压入表面的能力，是衡量材料硬度的重要指标。

6.答案：C

解题思路：冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，反映了材料在受到快速冲击时的韧性。

7.答案：C

解题思路：疲劳极限是指材料在反复加载条件下抵抗破坏的能力，是衡量材料疲劳功能的重要指标。

8.答案：C

解题思路：断裂韧性是指材料在受力后发生断裂前能吸收的最大能量，是衡量材料断裂抗力的指标。二、填空题1.材料力学功能测试中，拉伸试验的试样长度一般为______mm。

答案：50100

解题思路：拉伸试验的试样长度通常根据试验标准或具体实验要求确定，常见的标准试样长度范围在50至100毫米之间。

2.压缩试验的试样高度与直径之比一般为______。

答案：1:1

解题思路：在压缩试验中，为了保证试样的稳定性，通常选择高度与直径之比为1:1的圆柱形试样。

3.材料的弹性模量E的单位是______。

答案：MPa（兆帕）

解题思路：弹性模量是衡量材料弹性的指标，其单位是帕斯卡（Pa），在工程中常用MPa（兆帕）作为单位。

4.材料的屈服极限σs的单位是______。

答案：MPa（兆帕）

解题思路：屈服极限是材料在拉伸试验中开始发生塑性变形时的应力，其单位与弹性模量相同，通常为MPa。

5.材料的硬度Hv的单位是______。

答案：MPa

解题思路：硬度是衡量材料抵抗局部塑性变形的能力，Hv（维氏硬度）的单位是帕斯卡，通常在工程中简化表示为MPa。

6.材料的冲击韧性αk的单位是______。

答案：J/cm²

解题思路：冲击韧性是材料抵抗冲击载荷的能力，其单位是焦耳每平方厘米（J/cm²），表示材料在断裂前吸收的能量。

7.材料的疲劳极限σ1的单位是______。

答案：MPa

解题思路：疲劳极限是材料在反复加载下不发生疲劳破坏的最大应力，其单位与屈服极限和弹性模量相同，通常为MPa。

8.材料的断裂韧性KIC的单位是______。

答案：MPa·m¹/²

解题思路：断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力，其单位是兆帕·米（MPa·m），在工程中常表示为MPa·m¹/²。三、判断题1.材料的弹性模量E越大，其强度越高。（）

答案：√

解题思路：弹性模量E是材料抵抗弹性变形的能力的度量，通常情况下，E值越大，材料越不容易发生弹性变形，但这并不直接等同于材料的强度。强度通常指的是材料抵抗破坏的能力，包括屈服强度和抗拉强度等。弹性模量与强度之间没有直接的必然联系。

2.材料的屈服极限σs越大，其韧性越好。（）

答案：×

解题思路：屈服极限σs是指材料在受力达到一定程度时开始发生塑性变形的应力值。韧性是指材料在受力过程中吸收能量而不断裂的能力。屈服极限越高，材料的塑性变形能力越强，但这并不一定意味着韧性越好。实际上，韧性好的材料往往在达到屈服极限之前就已经断裂。

3.材料的硬度Hv越大，其耐磨性越好。（）

答案：√

解题思路：硬度Hv是衡量材料抵抗硬物体压入或划伤的能力。硬度越大，材料表面越不容易被刮伤或压痕，因此耐磨性越好。

4.材料的冲击韧性αk越大，其抗冲击功能越好。（）

答案：√

解题思路：冲击韧性αk是指材料在受到冲击载荷作用时吸收能量的能力。αk值越大，材料在受到冲击时越不容易断裂，因此抗冲击功能越好。

5.材料的疲劳极限σ1越大，其抗疲劳功能越好。（）

答案：√

解题思路：疲劳极限σ1是指材料在反复应力作用下不发生疲劳破坏的最大应力值。σ1值越大，材料在反复应力作用下的耐久性越好，抗疲劳功能越好。

6.材料的断裂韧性KIC越大，其抗断裂功能越好。（）

答案：√

解题思路：断裂韧性KIC是衡量材料抵抗裂纹扩展的能力的指标。KIC值越大，材料抵抗裂纹扩展的能力越强，因此抗断裂功能越好。

7.在拉伸试验中，试样断口一般呈现杯状。（）

答案：×

解题思路：在拉伸试验中，试样的断口形态取决于材料的断裂特性。对于韧性材料，断口可能呈现杯状或纤维状；而对于脆性材料，断口可能呈现平坦或锥形。

8.在压缩试验中，试样断口一般呈现锥形。（）

答案：√

解题思路：在压缩试验中，试样的断口形态通常与材料的屈服和破坏行为有关。对于许多材料，当受到压缩力时，断口可能会呈现锥形，尤其是在材料屈服并开始塑性变形时。四、简答题1.简述拉伸试验的目的和意义。

目的：

确定材料在拉伸载荷作用下的应力应变关系。

获得材料的屈服强度、抗拉强度等力学功能指标。

判断材料的延展性和塑性。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

2.简述压缩试验的目的和意义。

目的：

确定材料在压缩载荷作用下的应力应变关系。

获得材料的抗压强度和弹性模量等力学功能指标。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

3.简述冲击试验的目的和意义。

目的：

测定材料在冲击载荷作用下的力学功能。

评估材料在动态载荷作用下的韧性。

研究材料在冲击破坏过程中的变形和破坏机理。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

4.简述疲劳试验的目的和意义。

目的：

确定材料在交变载荷作用下的疲劳寿命。

评估材料在循环载荷作用下的耐久性。

研究材料在疲劳破坏过程中的变形和破坏机理。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

5.简述断裂韧性试验的目的和意义。

目的：

测定材料的断裂韧性，评估材料在断裂过程中的抵抗能力。

研究材料在断裂过程中的变形和破坏机理。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

6.简述硬度试验的目的和意义。

目的：

测定材料的硬度，评估材料的耐磨性和抗冲击性。

评估材料在受力状态下的变形和破坏机理。

意义：

为工程设计提供材料选择的依据。

检验材料质量，保证产品质量。

研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

7.简述材料力学功能测试中应注意的问题。

测试前保证设备、试样和环境条件符合要求。

选择合适的测试方法和加载速率。

观察试样的变形和破坏现象，及时记录数据。

注意安全，防止意外发生。

答案及解题思路：

1.拉伸试验：确定材料在拉伸载荷作用下的应力应变关系，为工程设计提供材料选择的依据，检验材料质量，研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

2.压缩试验：确定材料在压缩载荷作用下的应力应变关系，为工程设计提供材料选择的依据，检验材料质量，研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

3.冲击试验：测定材料在冲击载荷作用下的力学功能，评估材料在动态载荷作用下的韧性，研究材料在冲击破坏过程中的变形和破坏机理。

4.疲劳试验：确定材料在交变载荷作用下的疲劳寿命，评估材料在循环载荷作用下的耐久性，研究材料在疲劳破坏过程中的变形和破坏机理。

5.断裂韧性试验：测定材料的断裂韧性，评估材料在断裂过程中的抵抗能力，研究材料在断裂过程中的变形和破坏机理。

6.硬度试验：测定材料的硬度，评估材料的耐磨性和抗冲击性，研究材料在受力状态下的变形和破坏机理。

7.材料力学功能测试中应注意的问题：保证设备、试样和环境条件符合要求，选择合适的测试方法和加载速率，观察试样的变形和破坏现象，注意安全。五、计算题1.已知某钢材的弹性模量E为200GPa，屈服极限σs为350MPa，求该钢材的泊松比μ。

解题步骤：

泊松比μ的定义为材料在拉伸方向上的应变与垂直于拉伸方向的应变之比。

根据胡克定律，弹性模量E、应力和应变之间的关系为：σ=Eε。

由于泊松比μ=ε2/ε1，其中ε1为拉伸方向的应变，ε2为垂直于拉伸方向的应变。

由于材料在拉伸和压缩时的泊松比相同，我们可以假设材料在压缩时的应变ε2与拉伸时的应变ε1相等。

因此，μ=ε2/ε1=σs/E。

计算：

μ=350MPa/200GPa=0.00175

答案：该钢材的泊松比μ为0.00175。

2.已知某钢材的屈服极限σs为350MPa，抗拉强度σb为500MPa，求该钢材的屈服延伸率δs。

解题步骤：

屈服延伸率δs是材料在屈服点后伸长的百分比。

δs=(L1L0)/L0100%，其中L1是屈服点后的长度，L0是原始长度。

通常情况下，屈服延伸率是通过实验测定的，但在此题中，我们可以通过屈服极限和抗拉强度来估算。

计算：

δs=(σbσs)/σs100%

δs=(500MPa350MPa)/350MPa100%

δs=150MPa/350MPa100%

δs≈42.%

答案：该钢材的屈服延伸率δs约为42.%。

3.已知某钢材的硬度Hv为200，求该钢材的布氏硬度HB。

解题步骤：

硬度Hv（维氏硬度）和布氏硬度HB之间的关系可以通过转换公式得到。

Hv=2HB/√3。

计算：

HB=Hv√3/2

HB=200√3/2

HB≈346.41

答案：该钢材的布氏硬度HB约为346.41。

4.已知某钢材的冲击韧性αk为60J/cm²，求该钢材的冲击能量。

解题步骤：

冲击韧性αk是材料在断裂前吸收的能量，单位为J/cm²。

冲击能量可以通过αk和材料的截面积A相乘得到。

计算：

冲击能量=αkA

由于题目没有给出截面积A，我们无法直接计算冲击能量。

答案：无法计算冲击能量，因为缺少截面积A的信息。

5.已知某钢材的疲劳极限σ1为250MPa，求该钢材在循环载荷下的疲劳寿命。

解题步骤：

疲劳寿命是指材料在循环载荷作用下达到破坏所需的循环次数N。

疲劳寿命可以通过SN曲线或Miner定律计算，但需要具体的循环次数数据。

由于题目没有给出循环次数，我们无法直接计算疲劳寿命。

答案：无法计算疲劳寿命，因为缺少循环次数数据。

6.已知某钢材的断裂韧性KIC为60MPa·m½，求该钢材在裂纹扩展速度为1mm/h时的临界裂纹长度。

解题步骤：

断裂韧性KIC是材料抵抗裂纹扩展的能力。

临界裂纹长度可以通过KIC和裂纹扩展速度v之间的关系计算。

通常，临界裂纹长度可以通过公式Lc=√(KIC/v)计算。

计算：

Lc=√(60MPa·m½/1mm/h)

注意：1mm/h=1mm/3600s，所以我们需要将速度单位转换为m/s。

Lc=√(60MPa·m½/(1/3600)m/s)

Lc=√(603600MPa·m½/s)

Lc≈√(216000MPa·m½/s)

Lc≈√(216000)m

Lc≈468.68m

答案：该钢材在裂纹扩展速度为1mm/h时的临界裂纹长度约为468.68米。

7.已知某钢材的布氏硬度HB为200，求该钢材的洛氏硬度HRC。

解题步骤：

布氏硬度HB和洛氏硬度HRC之间的转换关系可以通过相关公式得到。

由于洛氏硬度HRC适用于高硬度材料，而布氏硬度HB适用于较软的材料，两者之间的转换并不直接。

计算：

HRC=(HB30)/3

HRC=(20030)/3

HRC=170/3

HRC≈56.67

答案：该钢材的洛氏硬度HRC约为56.67。

答案及解题思路：

1.解题思路：根据泊松比的定义和胡克定律进行计算。

2.解题思路：根据屈服延伸率的定义和屈服极限、抗拉强度之间的关系进行计算。

3.解题思路：根据硬度转换公式进行计算。

4.解题思路：由于缺少截面积信息，无法进行计算。

5.解题思路：由于缺少循环次数数据，无法进行计算。

6.解题思路：根据断裂韧性和裂纹扩展速度之间的关系进行计算。

7.解题思路：根据布氏硬度和洛氏硬度之间的转换公式进行计算。六、论述题1.论述材料力学功能测试中试样制备的重要性。

答案：

试样制备是材料力学功能测试中的一环。试样制备的准确性直接影响到测试结果的可靠性。试样制备的重要性体现在以下几个方面：

保证试样尺寸和形状符合测试标准，以保证测试结果的准确性。

避免试样制备过程中可能产生的缺陷，如裂纹、夹杂物等，这些缺陷会影响材料的真实功能。

控制试样制备的环境条件，如温度、湿度等，以减少环境因素对测试结果的影响。

解题思路：

阐述试样制备在材料力学功能测试中的地位；列举试样制备对测试结果准确性的影响；总结试样制备的重要性。

2.论述材料力学功能测试中试验设备选择的重要性。

答案：

试验设备的选择对材料力学功能测试结果，主要体现在以下几个方面：

试验设备的精度和稳定性直接影响到测试结果的准确性。

不同的试验设备适用于不同的材料力学功能测试，选择合适的设备可以保证测试结果的可靠性。

试验设备的维护和校准对测试结果的长期稳定性。

解题思路：

首先强调试验设备选择的重要性；分析试验设备对测试结果准确性的影响；总结试验设备选择的关键因素。

3.论述材料力学功能测试中试验方法选择的重要性。

答案：

试验方法的选择对材料力学功能测试结果有重要影响，具体表现在：

不同的试验方法适用于不同的材料力学功能测试，选择合适的试验方法可以更准确地反映材料的功能。

试验方法的适应性影响着测试结果的重复性和可比性。

试验方法的创新性可以推动材料力学功能测试技术的发展。

解题思路：

首先阐述试验方法选择的重要性；分析试验方法对测试结果的影响；讨论试验方法选择时应考虑的因素。

4.论述材料力学功能测试中试验数据处理的重要性。

答案：

试验数据处理是材料力学功能测试的必要环节，其重要性体现在：

正确的数据处理可以提高测试结果的可靠性。

数据处理可以帮助发觉测试过程中的异常情况，保证测试结果的准确性。

数据处理为后续的分析和结论提供依据。

解题思路：

首先强调试验数据处理的重要性；分析数据处理对测试结果的影响；总结数据处理的基本步骤。

5.论述材料力学功能测试在材料研发中的应用。

答案：

材料力学功能测试在材料研发中具有重要作用，具体应用

通过测试，可以评估材料的力学功能，为材料选择提供依据。

测试结果可以指导材料的改性研究，优化材料功能。

材料力学功能测试有助于新材料的研发和功能评估。

解题思路：

首先指出材料力学功能测试在材料研发中的地位；列举其在材料研发中的应用实例；总结材料力学功能测试对材料研发的意义。

6.论述材料力学功能测试在质量控制中的应用。

答案：

材料力学功能测试在质量控制中的应用主要体现在：

通过测试，可以监控材料在生产过程中的功能变化，保证产品质量。

测试结果可以作为判定产品是否合格的依据。

测试数据有助于发觉生产过程中的问题，提高产品质量。

解题思路：

首先阐述材料力学功能测试在质量控制中的地位；列举其在质量控制中的应用实例；总结材料力学功能测试对质量控制的作用。

7.论述材料力学功能测试在材料选用中的应用。

答案：

材料力学功能测试在材料选用中的重要作用包括：

根据测试结果，选择满足工程要求的材料。

测试结果可以帮助评估材料在不同环境下的功能表现。

材料力学功能测试为材料选用提供科学依据，降低材料选用风险。

解题思路：

首先指出材料力学功能测试在材料选用中的地位；列举其在材料选用中的应用实例；总结材料力学功能测试对材料选用的指导意义。七、综合题1.钢材力学功能特点分析

题目内容：某钢材经过拉伸试验，测得屈服极限σs为350MPa，抗拉强度σb为500MPa，延伸率δ为20%，冲击韧性αk为60J/cm²，疲劳极限σ1为250MPa，断裂韧性KIC为60MPa·m½。请分析该钢材的力学功能特点。

解题思路：

首先对比屈服极限和抗拉强度，屈服极限较低而抗拉强度较高，表明材料具有良好的韧性。

延伸率达到20%，说明钢材在受力时有一定的塑性变形能力。

冲击韧性60J/cm²表明钢材在低温或冲击环境下具有一定的抗断裂能力。

疲劳极限250MPa说明材料在重复载荷作用下具有一定的抗疲劳能力。

断裂韧性60MPa·m½表明材料在受力达到一定临界值时能够避免断裂。

2.建筑用钢材选择及分析

题目内容：某建筑用钢