2025年力学性能二级考试题及答案

2025年力学性能二级考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为（）。A.硬度B.强度C.韧性D.塑性答案：B2.以下哪种试验方法用于测定材料的冲击韧性？（）A.布氏硬度试验B.夏比V型缺口冲击试验C.拉伸试验D.疲劳试验答案：B3.金属材料的弹性模量主要取决于（）。A.热处理工艺B.晶体结构和原子间结合力C.冷加工变形量D.材料的截面积答案：B4.某材料拉伸试验中，试样原始标距L₀=50mm，断裂后标距Lᵤ=65mm，其断后伸长率A为（）。A.23%B.30%C.35%D.40%答案：B（计算：(65-50)/50×100%=30%）5.疲劳破坏的显著特征是（）。A.断裂应力远高于材料的抗拉强度B.断裂前无明显塑性变形C.断口呈纤维状D.破坏发生在静载荷作用下答案：B6.洛氏硬度HRC的压头类型是（）。A.硬质合金球B.金刚石圆锥C.钢球D.金刚石四棱锥答案：B7.断裂韧性KIC的单位是（）。A.MPaB.MPa·mC.MPa·m¹/²D.J/cm²答案：C8.以下哪种材料的弹性模量最高？（）A.铝合金B.钛合金C.钢D.铜合金答案：C9.材料的屈服强度是指（）。A.材料开始发生塑性变形时的应力B.材料断裂时的应力C.材料弹性变形阶段的最大应力D.材料在规定残余伸长率下的应力答案：A（注：对于无明显屈服现象的材料，通常取Rp0.2作为条件屈服强度）10.冲击吸收功Ak值越大，说明材料的（）。A.强度越高B.硬度越高C.韧性越好D.塑性越好答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1.材料的力学性能主要包括强度、塑性、（）、硬度和（）等。答案：韧性；疲劳性能2.拉伸试验中，试样的应力-应变曲线可分为弹性变形阶段、（）阶段、（）阶段和断裂阶段。答案：屈服；强化3.布氏硬度的符号为（），其试验原理是用一定直径的硬质合金球或钢球，在规定试验力作用下压入试样表面，保持一定时间后，测量（）计算硬度值。答案：HB；压痕直径4.疲劳破坏的三个典型阶段是（）、（）和（）。答案：裂纹萌生；裂纹扩展；瞬时断裂5.材料的塑性通常用（）和（）两个指标衡量，分别表示断裂前的伸长率和截面收缩率。答案：断后伸长率（A）；断面收缩率（Z）6.冲击韧性是材料在（）载荷下抵抗断裂的能力，其数值等于（）除以试样缺口处的截面积。答案：冲击；冲击吸收功（Ak）7.断裂韧性KIC反映材料抵抗（）的能力，其数值与材料的（）、（）及热处理状态等因素有关。答案：裂纹扩展；成分；组织8.金属材料的弹性模量随温度升高而（），这是由于原子间结合力随温度升高而（）。答案：降低；减弱三、简答题（每题8分，共40分）1.简述布氏硬度与维氏硬度的主要区别及适用范围。答案：布氏硬度（HB）采用钢球或硬质合金球压头，试验力较大，压痕直径大，适用于测量铸铁、有色金属及软钢等材料的硬度，结果反映材料较深范围内的平均性能；维氏硬度（HV）采用金刚石四棱锥压头，试验力可调整，压痕小，适用于测量薄件、表面硬化层及微小区域的硬度，精度高，适用范围广（从软材料到硬质合金均可）。2.解释材料的“应变硬化”现象及其工程意义。答案：应变硬化指材料在塑性变形过程中，随着变形量增加，强度（如屈服强度、抗拉强度）逐渐提高而塑性下降的现象。工程意义：①提高材料的承载能力，防止局部变形过大（如冲压件的成型）；②可作为强化材料的手段（如冷加工强化）；③在构件局部过载时，通过应变硬化限制塑性变形的进一步扩展，提高安全性。3.分析温度对金属材料力学性能的影响规律。答案：温度对金属材料力学性能的影响显著：①低温下，材料强度和硬度升高，塑性和韧性下降（可能发生冷脆）；②室温至中温（约0.3Tm，Tm为熔点），强度随温度升高缓慢下降，塑性略有提高；③高温（>0.5Tm）下，材料强度显著下降，同时出现蠕变现象（在恒定应力下随时间缓慢变形），此时需用持久强度和蠕变极限评价材料性能。4.疲劳断口的宏观特征有哪几个区域？各区域的形成原因是什么？答案：疲劳断口宏观上分为三个区域：①裂纹源区：疲劳裂纹起始的位置，通常位于表面或近表面（应力集中处），断口较光滑；②裂纹扩展区：裂纹在循环应力下缓慢扩展的区域，可见贝壳状或海滩状条纹（疲劳条带），表面较光滑；③瞬断区：当裂纹扩展至临界尺寸时，剩余截面无法承受载荷，发生快速断裂的区域，断口粗糙，呈纤维状或结晶状（视材料韧性而定）。5.比较材料的断裂韧性KIC与冲击韧性AK的异同。答案：相同点：均反映材料抵抗断裂的能力。不同点：①KIC是材料抵抗裂纹扩展的断裂韧性指标，适用于存在初始裂纹的情况，单位为MPa·m¹/²；②AK是材料在冲击载荷下的韧性指标，反映缺口试样受冲击断裂时吸收的能量，单位为J或J/cm²；③KIC是材料的本征性能（与裂纹尺寸无关），AK受试样尺寸、缺口形状及加载速率影响较大；④KIC用于评价高强度、低韧性材料的断裂安全性，AK多用于评价韧性材料的冲击抗力。四、计算题（共20分）1.某低碳钢试样进行拉伸试验，原始直径d₀=10mm，原始标距L₀=50mm。测得屈服载荷Fs=25kN，最大载荷Fb=40kN，断裂后标距Lᵤ=62mm，断裂处最小直径dᵤ=7mm。计算该材料的屈服强度Rp0.2、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z。（8分）答案：①原始截面积S₀=π(d₀/2)²=π×(5)²≈78.54mm²屈服强度Rp0.2=Fs/S₀=25×10³N/78.54mm²≈318.3MPa②抗拉强度Rm=Fb/S₀=40×10³N/78.54mm²≈509.6MPa③断后伸长率A=(Lᵤ-L₀)/L₀×100%=(62-50)/50×100%=24%④断裂处截面积Sᵤ=π(dᵤ/2)²=π×(3.5)²≈38.48mm²断面收缩率Z=(S₀-Sᵤ)/S₀×100%=(78.54-38.48)/78.54×100%≈51%2.某铝合金缺口试样进行夏比冲击试验，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，缺口类型为V型（缺口底部半径0.25mm）。试验测得冲击吸收功Ak=60J，计算该材料的冲击韧性值。（6分）答案：冲击韧性值αk=Ak/S，其中S为缺口处的截面积。V型缺口试样的缺口处截面积S=试样宽度×（试样厚度-缺口深度）。标准夏比V型缺口试样的缺口深度为2mm，因此：S=10mm×(10mm-2mm)=10×8=80mm²=0.8cm²（或直接用mm²计算）αk=60J/80mm²=0.75J/mm²（或60J/0.8cm²=75J/cm²）3.某高强钢构件中存在一条长度2a=4mm的穿透裂纹（a=2mm），构件工作应力σ=500MPa，材料的断裂韧性KIC=50MPa·m¹/²。假设形状因子Y=1.1，判断该构件是否会发生脆性断裂。（6分）答案：计算裂纹尖端的应力强度因子KⅠ=Yσ√(πa)代入数据：a=2mm=0.002m，σ=