华中科技大学疲劳与断裂试卷(2份)一
断裂与疲劳(专升本)中国地质大学开卷参考资料题库及答案
(C) 商
(D) 积
正确的答案是：D
3. 材料的实际强度比理论强度低得多的原因可能是由于材料中的存在。(5分)
(A) 断裂
(B) 形变
(C) 微裂纹
(D) 断口
正确的答案是：C
4. 裂纹的生核、长大过程中一定要伴随的产生，也就是说，在断口表面总会有一塑性形变层。
(5分)
10. 疲劳的一个特点是只有在承受交变的循环（扰动）应力或循环应变作用的条件下，材料或构件因疲劳发生而损伤破坏。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
二、填空题
1. ___(1)___ 是指结构或机械直至破坏所作用的循环载荷的次数或时间。(5分)
(1).
正确的答案是:
疲劳寿命
2. 根据疲劳裂纹的形成及扩展过程，典型的疲劳宏观断口三要素是：___(2)___ 、稳扩区和瞬断区。(5分)
2. 疲劳破坏是由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐累积，导致破坏发生。(5分)
正确错误
正确的答案是：正确
解题思路：
3. 疲劳分析就是要研究裂纹的起始或萌生。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
4. 撕开型（Ⅲ型）裂纹最为常见，也是最为危险的一种裂纹。(5分)
正确错误
正确的答案是：错误
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。(6分)
正确错误
正确的答案是：错误
解题思路：
二、填空题
1. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。(5分)
疲劳与断裂力学(一)
抵抗裂纹扩展的能力
低温－－
脆断
高强度钢－ 低应力脆断
裂尖
承载能力
厚度
承载能力
构件自身抵抗裂纹扩展的 能力制约着构件裂纹扩展
的难易程度
传统材料力学的强度问题
两大假设：均匀、连续
评选寿 定材命
应用
σC
SU
s
b 强度指标
1
材料力学
强度分析
强度理论
f , k , NC f C
S-N曲线上对应于寿命N的应力，称为寿命为N循环的疲劳
强度。
疲劳极限(endurance limit ) Sf：
寿命N趋于无穷大时所对应 的应力S的极限值 Sf。 “无穷大”一般被定义为：
钢材，107次循环； 焊接件，2×106次循环； 有色金属，108次循环。
S
SN Sf 103 104 105 106 107 Nf
疲劳开裂
疲劳断裂破坏
飞机整机结构强度实验——机翼破坏实验 飞机整机结构强度实验——机身破坏实验
静强度失效、断裂失效和疲劳失效，是工程 中最为关注的基本失效模式。
控制疲劳强度、断裂强度的是什么？
什么是疲劳？
ASTM E206-72
疲劳是在某点或某些点承受交变应力，且在 足够多的循环作用之后形成裂纹或完全断裂的材料 中所发生的局部永久结构变化的发展过程。
/(OAcos45+hcos45) =(OA-h)/(OA+h)
故可知: R=(1-k)/(1+k)=h/OA=h/AC R值在AC上 线性标定即可。
-1
D R=-1
Sa
R=0
S-1
Ah
华中科大疲劳断裂课后习题解答全解全析
C = (0.9Su )11.8 ×103 = (0.9 × 430)11.8 ×103 = 3.4276 ×1033
-2-
第二章
疲劳与断裂课后习题全解
2-1 解：由题意可知： f = 20HZ ，要施加106 次循环需要：
t = 106 = 13.889小时 。 20× 3600
2-2 解：由图中可以得到：
a） Smax = 380 MPa， Smin = 80 MPa， Sa = 160 MPa， Sm = 230 MPa。
再利用金相显微镜或低倍电子显微镜，可对裂纹源进行进一步观察和确认，并且判断是否 因为材料缺陷所引起，缺陷的类型和大小若何。
由宏观“海滩条带”和微观“疲劳条纹”数据，结合构件使用载荷谱分析，还可能估计裂纹扩 展速率。
-1-
疲劳与断裂课后习题全解
1-4 答：根据疲劳问题的特点，疲劳破坏起源于高应力或者高应变的局部。提高表面的光洁度，即 可以减少结构整体的应力集中的可能性。这样就可以减少高应力和高应变的区域。
-3-
Sa(MPa)
400 350 300 250 200 150 100
2
疲劳与断裂课后习题全解
Sa(R=0)= -39.96LgN+408.73 Sa(R=-1)= -73.24LgN+624.72
原 原 原 原 R=0 原 原 原 原 R=-1 拟 拟 R=0 拟 拟 R=-1
3
4
5
6
7
8
9
疲劳与断裂课后习题全解
习题和答案
第一章
1-1 答：根据 ASTM E206—72 中所作的定义有：在某点或者某些点承受扰动应力，且在足够多的循 环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展过程，称 为疲劳。
断裂与疲劳(专升本) 地质大学期末开卷考试题库及答案
断裂与疲劳(专升本)判断题1. 力的大小可以用一个简单量表示。
(3分) 参考答案：错误2. “K I = K Ic ”表示K I 与K Ic 是相同的。
(3分) 参考答案：错误(1). 萌生 (2). 参考答案: 扩展 (3). 参考答案: 断裂 (4). 参考答案: 损伤积累4. ___(5)___ 有两种定义或表达式，一是回路积分定义，另一种是___(6)___ ，在塑性力学全量理论的描述下这两种定义是___(7)___ ；其___(8)___ 指J 积分的数值与积分回路无关。
(8分) (1). 参考答案: J 积分(2). 参考答案: 形变功率定义(3). 参考答案: 等效的 (4). 守恒性(1). 机械加工程度变形 (2).参考答案: 预制裂纹长度 (3). 参考答案: 小范围屈服长度 (4). 读数显微镜(1). 理论断裂强度 (2). 参考答案: 实际断裂强度 (3). 参考答案: 应力集中系数 (4). 参考答案: 裂口断裂理论问答题7. 什么是低应力脆断？如何理解低应力脆断事故？(12分)参考答案：答：在应力水平较低，甚至低于材料的屈服点应力情况下结构发生的突然断裂，称为低应力脆性断裂，简称低应力脆断。
低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，同时也与材料的韧性有关。
由于应力低，容易“失察”，由于脆性断裂，难于控制即“失控”，低应力脆性断裂事故多为灾难性的。
断裂力学是研究低应力脆断的主要手段，其研究目的也主要是预防低应力脆断。
8. 请解说应力场强度因子断裂理论？(12分) 参考答案：答：1)下标“I”表示I 型（张开型）裂纹 2)“K”表示应力强度因子，是外加应力和裂纹长度的函数 3)“K I ”表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子 4)“K Ic ”表示I 型（张开型）裂纹的断裂韧度，是材料抵抗断裂的一个性能指标5)“K I = K Ic ”是断裂判据，表示I 型（张开型）裂纹的应力强度因子增加到一个临界值即达到材料的断裂韧度时，就发生脆性断裂。
疲劳与断裂试卷
1.在某钢桥连接构件疲劳断口的两个局部区域上，由扫描电镜观察到疲劳辉纹的存在，并测得相应的疲劳辉纹路间距分别为S1=1.5×10-3mm和S2=5.2×10-5mm。
试问该两局部的疲劳裂纹扩展速率如何？（15分）
2.图2所示为碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土三点弯曲梁试件。
在集中载荷P作用下，该加固梁的混凝土部分先后萌生如图2所示的多条裂纹。
试分别给出该梁中各类裂纹问题的断裂力学分析模型。
(20分)
3.已知某导弹壳体是内径D=1500mm，壁厚t=5mm的圆筒形压力容器，沿轴向有一深a=2mm，长2c=8mm的表面裂纹。
(1) 打压时容器在65个大气压力下发生爆破。
材料的屈服强度σs=160Kg/mm2，试求该材料的K1C。
(10分)
(2)若da/dN=1.59×10-9(ΔK)2/3(K的单位为：Kg/mm3/2)，并把容器的一次冲压卸载看作一个脉动循环，当内压力为30个大气压时，求容器的使用寿命。
(15分)
6.试比较混凝土与金属材料的断裂韧性测试方法的不同之处。
(15分)。
铝合金的疲劳与断裂分析考核试卷
考生姓名：__________答题日期：_______得分：_________判卷人：_________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.铝合金疲劳的主要原因是：（）
A.材料内部缺陷
B.外部应力超过材料屈服强度
10.以下哪种方法不适用于铝合金疲劳裂纹的检测？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.漏磁检测
11.铝合金的疲劳极限与以下哪个因素有关？（)
A.材料的纯度
B.材料的强度
C.材料的硬度
D.所有上述因素
12.在进行铝合金疲劳测试时，以下哪种应力状态最常见？（）
A.拉伸应力
B.压缩应力
C.弯曲应力
C.温度
D.材料的屈服强度
8.对于铝合金的疲劳裂纹扩展，以下哪种说法正确？（）
A.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而减小
B.裂纹扩展速率与应力强度因子无关
C.裂纹扩展速率随应力强度因子增加而增加
D.裂纹扩展速率仅与环境温度有关
9.铝合金在高温环境下的疲劳性能通常：（）
A.提高
B.降低
C.不变
D.与温度变化无关
A.应力比为0.5
B.应力比为-1
C.应力比为0
D.应力比为1
9.以下哪些因素会影响铝合金的断裂韧性？（）
A.材料的微观结构
B.材料的化学成分
C.温度
D.应变速率
10.以下哪些方法可以用来检测铝合金的疲劳裂纹？（）
A.涡流检测
B.超声波检测
C.磁粉检测
D.电子显微镜观察
11.铝合金疲劳裂纹扩展过程中，以下哪些现象是常见的？（）
断裂与疲劳
总分: 100分考试时间:分钟判断题1. 断裂力学的研究对象是含裂纹体。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：2. 脆性材料不发生或很小塑性变形，没有屈服极限，在经历很小的变形情况下就会发生断裂。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：3. 第二强度理论代表最大切应力理论。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：4. 穿晶断裂是韧性的，而不可以是脆性的。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：5. 约束力是一种主动力。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：6. 低应力脆断多与结构件中存在宏观缺陷(主要是裂纹)有关，且与材料的韧性有关。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：7. 材料的理论断裂强度与实际断裂强度相差很大。
(6分)正确错误参考答案：正确解题思路：8. 使构件发生变形的外部物体作用统称为外力，它只表示构件承受的载荷。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：9. 根据材料断裂的载荷性质，断裂力学分为静态断裂力学和动态断裂力学，断裂动力学是断裂静力学的基础。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 材料的断裂是一个很复杂的过程，是材料性质、载荷类型、复役环境、构件尺寸等多种因素共同作用的结果，并且可能造成灾难性事故，因此断裂控制是无规律可循的。
(6分)正确错误参考答案：错误解题思路：填空题11. 载荷按性质分类有拉伸载荷、压缩载荷和___(1)___ 载荷。
(5分)(1).参考答案:剪切12. 由于作用循环载荷而性能变劣造成的断裂称为___(2)___ 。
(5分)(1).参考答案:疲劳断裂13. 材料（或构件）断裂前有明显的塑性变形，即断裂应变较大的断裂方式为___(3)___ 。
(5分) (1).参考答案:韧性断裂单选题14. 断裂化学则是研究各种对材料断裂过程的作用及影响的一门学科。
由此可见，断裂学是一门综合性的边缘学科，本书将以断裂力学为主，而为了更好理解断裂机理和裂纹扩展，断裂物理的知识也有所涉及。
疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
疲劳与断裂中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.表面裂纹问题是问题，其形状一般呈，用表示。
（）参考答案:三维半椭圆形半椭圆形2.下列哪个不是影响疲劳性能的因素（）。
参考答案:材料数量3.传统的应力和应变是以变形后的几何尺寸定义的，称为工程应力（S）和工程应变（e）。
参考答案:错误4.下面关于威布尔分布的描述，错误的是（）。
参考答案:威布尔分布函数是三参数模型，不能退化到二参数情况5.下列关于疲劳破坏特征的描述，哪一个是错误的（）。
参考答案:作用应力水平达到或超过极限应力6.J积分通过线积分利用远处的（）和位移场来描述裂纹尖端的力学特性，与积分路径（）。
参考答案:应力场无关7.材料的循环应力—应变响应可以由循环应力幅—应变幅方程和滞回环方程描述循环滞回行为是其与单调加载条件相比的主要不同之处。
参考答案:正确8.断裂力学需要回答的问题有（）。
① 裂纹是如何扩展的；② 剩余强度与裂纹尺寸的关系如何；③ 控制含裂纹结构破坏与否的参量是什么？如何建立破坏（断裂）的判据；④ 裂纹从某初始尺寸扩展到发生破坏的临界裂纹尺寸时，还有多少剩余寿命。
参考答案:①②③④9.当应变再次达到某值时，并且此前在该值处曾发生过应变变化的反向，则应力—应变曲线将形成反向滞回环，这种行为称为记忆特性。
参考答案:正确10.拉伸平均应力会使疲劳裂纹扩展速率da/dN（）,而腐蚀环境下疲劳裂纹扩展速率da/dN会（）。
参考答案:增大，增高11.标准试件的单轴拉伸可分为四个阶段，分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段，最终发生断裂。
参考答案:正确12.关于高载迟滞效应，下列的哪个说法是错误的（）。
参考答案:高载迟滞现象是指在拉伸低载作用后的高载循环中，发生疲劳裂纹扩展速率减缓的现象；13.初始裂纹尺寸相较于材料断裂韧度对裂纹扩展寿命的影响要大得多。
参考答案:正确14.控制疲劳裂纹不发生扩展的条件是【图片】。
参考答案:正确15.J积分和CTOD都是描述裂纹尖端附近区域的弹塑性应力应变场特征的重要参数，它们之间没有必然的联系。
(最新整理)华中科技大学精品课程疲劳与断裂第二章第一次课
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2. 尺寸效应
同样可用高应力区体积的不同来解释。 应力水平相同时，试件尺寸越大，高应力 区域体积越大。 疲劳发生在高应力区材料最薄弱处，体积 越大，存在缺陷或薄弱处的可能越大。
尺寸效应可以用一个修正因子Csize表达为：
Csize=1.189d-0.097
8mmd250mm
当直径d<8mm时，Csize=1。
参数为：
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m=3/lg (0.9/k)；
C=(0.9Su)m×103
10
2.2 平均应力的影响 S
R，Sm；且有： Sm=(1+R)Sa/(1-R) R的影响Sm的影响
1) 一般趋势
Sa不变，R or Sm；N ； N不变，R or Sm；SN ;
Sm
R=0
t
R=-1/3
R=-1
S max /MPa
600
N=104
2.3
Smax
2.2
/MPa
600
2.1
600
400 400
N=105 N=106
3 4 5 6 7 Lg N
400 400
200 Sa/MPa 200
N=1R07 =0.2 Sm/MPa
200
N2=010 04, Sa=220, lgSa=2.342
-400
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2.出现可见小裂纹, 或可测的应变降。延性材料
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基本S-N曲线：
R=-1 (Sa=Smax)条件下得到的S-N曲线。
1. 一般形状及特性值
S
用一组标准试件，在R=-1下，S N
施加不同的Sa，进行疲劳试
华科工程力学部分习题参考答案
2-8： (b) m = F[(L + a) sinα − b cosα ] (d) m = F a 2 + b2 sinα
2-9： (b)：FR=14.23kN，过o点向上。 (d): FR=3 kN， 作用于x=4/3 m 处
2-10： (c)：FR=8 kN， 作用点距A为 5/3 m。
第三章 静力平衡问题
第六章 强度与连接件设计
6-1: AAD=10.8cm2， ADK=0 (零杆)， ABK=20cm2 6-2： Fmax=2.26 KN 6-3: A≥240 mm2 6-4： (b)：σ1=16.7 MPa； σ2= −33.4 MPa； 6-5: L≤1102m 6-8： F ≥120 KN 6-9: 螺栓：τ=31.85MPa，σj=12.5MPa； 键：τ=40MPa， σj=100MPa。 6-10：F ≤ 245 kN
7-9: t=10mm；n=40
第八章 圆轴的扭转
8-2: τ=127 MPa、 255 MPa、 509MPa 8-3: τmax实=14.9 MPa， τ min空=14.6 MPa， ϕBA=0.53° 8-5: D1=45 mm； D2=46 mm，d2=23 mm 8-7: MTmax= 9.64 kN•m， τmax=52.4 MPa 8-8: d1=85 mm， d2=75 mm 8-9: MB=B 4.79 kN•m， MC=3.22 kN•m
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模拟测试题（一）
1 （10分）已知循环最大应力max s ＝200MPa ，最小应力min 50MPa S =，计算循环应力变程S ∆、应力幅a S 、平均应力m S 和应力比R 。
2 （10分）试用雨流计数法为下述载荷谱计数，并指出各循环的应力变程和均值。
3 （15分）如果工程应变e ＝0.2％，0.5％，1％，2％，5％，试估算工程应力S 与真实应力σ，工程应变e 与真实应变ε之间的差别有多大？
4 （15分）某压力容器构件有一个3t K =的缺口，承受名义应力max S ＝500MPa ，min 50S =MPa 的循环载荷作用。
已知材料参数E ＝200GPa ，'1600K =MPa ，'
1700f σ=MPa ，'0.125n =，b ＝-0.1，c ＝-0.7，'
0.6f ε=。
试估算其寿命。
5 （15分）某材料350ys MPa σ=，用B ＝50mm ，W ＝100mm ，L ＝4W 的标准三点弯曲试样测试断裂韧性，预制裂纹尺寸a ＝53mm 。
由试验得到的P －V 曲线知，
断裂载荷54Q P
=MPa ，试计算该材料的断裂韧性1C K 并校核其有效性。
6 （15分）某高强度钢拉杆承受拉应力作用，接头处有双侧对称孔边角裂纹a ＝1mm ，c ＝2mm ，孔径d ＝12mm ，W ＝20mm ，接头耳片厚为t ＝10mm 。
若已知材料的断裂韧性为1120C K =MPa ，试估计当工作应力700σ=MPa 时，是否发生断裂。
7 （20分）某大尺寸厚板有一a /c ＝0.2之表面裂纹，受远场拉应力σ作用。
材料的屈服应力为900ys σ=MPa ，断裂韧性1100C K =MPa ，试估计：
1）作用应力600σ=MPa 时的临界裂纹深c a 。
2）若a ＝5mm ，求此表面裂纹厚板的临界断裂应力c σ。