断裂与疲劳阶段性作业4
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)
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
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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。
疲劳与断裂作业
在船舶与海洋工程领域，目前国内对疲劳问题的机理研究几乎处于停滞状态，本文考虑了提出考虑腐蚀缺陷的冰区平台动态疲劳可靠性模型，并基于Bayes 理论研究检测与维修对平台动态疲劳可靠性更新。
以疲劳寿命为控制量，确定基于断裂力学方法的冰区平台动态疲劳可靠性功能函数；分析腐蚀对平台动态疲劳可靠性的影响，建立考虑疲劳与腐蚀交互作用的冰区平台动态可靠性模型；基于Bayes 理论对腐蚀预测模型进行修正，通过修正腐蚀模型实现，最后通过渤海某一平台为例，进行验证和分析。
其基本原理如下：考虑腐蚀的影响，并设腐蚀函数为d(t)，则管节点的临界深度fa 可表示为()0f a w dt =-其中t 为平台服役时间。
根据断裂力学理论，以疲劳寿命为控制量，并考虑尺寸参数的不确定性，平台节点的疲劳寿命分析功能函数()()()001w d t ma avgY S dag t tf C B Y a B S -=-⎡⎣⎰其中C 和m 为材料的裂纹扩展参数，由材料属性确定，e S 为等效疲劳应力范围，avg f 为荷载作用的平均频率，()Y a 为裂纹扩展的几何修正系数，S B 和Y B 分别为描述疲劳应力和几何修正系数计算过程中的不确定因素的随机变量。
综上可知，等效疲劳应力范围e S 和荷载作用的平均频率avgf 为两个重要的计算参数，而这参数可以通过对整个冰激疲劳环境划分子工况的方法确定，因此根据每个子工况的疲劳应力参数与工况比例获取e S 和avgf ；()10101km mi i i i e ki i i f E S S f ==⎡⎤∂⎢⎥⎢⎥=⎢⎥∂⎢⎥⎣⎦∑∑，01kavg i i i f f ==∂∑，其中k 为子工况数，i ∂为子工况i 所占的比例，0i f 为子工况i 的荷载频率，()m iE S 为子工况中mS 的均值。
由于考虑到腐蚀的影响，腐蚀函数d(t)采用paik 腐蚀模型，该模型的表达式为()()()()()()()()()()2''22'2BBi i C CA A A A d t A t T t TA A μσμσμσσ+=-=-+其中的A 和B 分别为与腐蚀保护系统相关的系数，t 为平台服役时间，CT 为CPS 寿命。
脆性断裂与疲劳破坏问题
脆性断裂与疲劳破坏问题一、脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。
钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷。
脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。
钢结构脆性断裂破坏事故往往是多种不利因素综合影响的结果,主要是以下几方面:(1 ) 钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高,晶粒较粗,夹杂物等冶金缺陷严重,韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2) 结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3) 制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4) 结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。
随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。
特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。
（5）在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。
这种性质称为低温冷脆。
不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。
同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。
所以,这里所说的"低温"并没有困定的界限。
为了确定缺口韧性随温度变化的关系,目前都采用冲击韧性试验。
图1为碳素钢恰贝V形缺口试件冲击能量与温度的关系曲线。
显而易见,随着温度的降低, Cv 能量值迅下降,材料将由塑性破坏转变为脆性破坏。
同时可见,钢材由塑性破坏到脆性破坏的转变是在一个温度区间内完成的,此温度区T1－T2称为转变温度区。
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？（）
高铁车组疲劳与断裂分析考核试卷
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.裂纹扩展速率
16.下列哪些因素可能导致高铁车组材料的疲劳性能下降？（）
A.材料内部缺陷
B.环境腐蚀
C.温度变化
D.材料老化
17.高铁车组在制造过程中，哪些措施可以减少疲劳裂纹的产生？（）
A.严格控制制造工艺
B.提高制造精度
C.加强运行监测
D.以上都对
19.下列哪个参数用于描述材料抵抗疲劳裂纹扩展的能力？（）
A.疲劳寿命
B.断裂韧性
C.疲劳强度
D.延展性
20.高铁车组疲劳与断裂分析中，以下哪个模型用于预测裂纹扩展寿命？（）
A.线性累积损伤模型
B.非线性累积损伤模型
C.裂纹扩展模型
D.随机疲劳模型
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1. B
2. A
3. A
4. D
5. B
6. D
7. A
8. D
9. A
10. A
11. D
12. B
13. C
14. D
15. B
16. D
17. D
18. A
19. C
20. C
二、多选题
1. ABCD
2. ABC
3. ABC
4. ABCD
5. ABCD
6. ABCD
7. ABCD
8. ABC
9. ABCD
A.应力强度因子
B.应变强度因子
C.应力幅值
D.平均应力
8.下列哪种方法可以有效地减少高铁车组疲劳断裂风险？（）
4.疲劳与疲劳断裂解析
2
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1 疲劳断裂的基本形式和特征
2
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1 疲劳断裂的基本形式和特征
1、正断疲劳失效
正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。 正断疲劳的特点是：初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直。 大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以此种形式进行的。特别是 体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件 在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深 的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在 表面产生。
2
7
1 疲劳断裂的基本形式和特征 1.2 疲劳断裂失效的一般特征
1、疲劳断裂的突发性
疲劳断裂虽然经过疲劳裂纹的萌生、亚临界扩展、失稳扩展三个元过程， 但是由于断裂前无明显的塑性变形和其它明显征兆，所以断裂具有很强的突发性 。即使在静拉伸条件下具有大量塑性变形的塑性材料，在交变应力作用下也会显 ～ 示出宏观脆性的断裂特征。因而断裂是突然进行的。
疲劳与疲劳断裂
1
绪言
金属在循环载荷作用下，即使所受的应力低于屈服强度，也会发
பைடு நூலகம்
生断裂，这种现象称为疲劳。
疲劳断裂，一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预防，因而机
件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的损失。
疲劳研究的主要目的：为防止机械和结构的疲劳失效。
2
疲劳断裂引起的空难达每年100次以上
国际民航组织 (ICAO)发表的
“涉及金属疲劳断裂的重大飞机失事调查”指出： 80年代以来，由金属疲劳断裂引起的机毁人亡重大事故， 平均每年100次。(不包括中、苏) 工程实际中发生的疲劳断裂破坏，占全部力学破坏的5090%，是机械、结构失效的最常见形式。
因此，工程技术人员必须认真考虑可能的疲劳断裂问题。
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断裂与疲劳阶段性作业4
判断题
1. 最大拉应力理论实际上是在以裂纹尖端为圆心的同心圆上比较周向应力得出的准则。
(5分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
2. 对于延性较好的材料，裂纹萌生后有相当长的一段扩展阶段，也应当计入裂纹萌生寿命。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
3. 积分和线弹性断裂力学中的应力场强度因子一样，反映了裂纹顶端的某种力学特性或应力应变场强度。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
4. 积分的守恒性即积分的数值与积分回路无关。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
5. 对于高、中强钢等脆性材料，从裂纹萌生到扩展至小尺寸圆截面试件断裂的时间很短，但对整个寿命的影响很大。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
6. 积分同时在分析过程中不能避开裂纹顶端这个难以直接严密分析的区域。
(6分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
7. 复合型裂纹失稳条件也比较复杂，但其裂纹按裂纹原方向开裂和扩展。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
8. 在同种材料中，两种不同应力条件下其滑移系是不同。
(5分)
正确错误
参考答案：错误
解题思路：
9. 积分参量可应用于三维非线性弹性体。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
10. 能量平衡断裂理论只能处理裂纹平面与施加拉力方向垂直并沿原来平面扩展的问题。
(6分)
正确错误
参考答案：正确
解题思路：
填空题
11. 在复合型裂纹问题中，需要主要研究以下两个问题：开裂角度问题和___(1)___ 问题。
(5分)
(1).参考答案:断裂判据
12. 在研究材料的疲劳现象时，除了疲劳断口分析外，人们还注意到在疲劳过程中材料的_ __(2)___ 及材料的性能也会发生许多变化。
(5分)
(1).参考答案:组织结构
13. 若在同一台试验机上可以进行拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种试验，则称为___(3)__ _ 。
(5分)
(1).参考答案:万能试验机
14. 液压油的回路分高压回路、低压回路和___(4)___ 三部分。
(5分)
(1).参考答案:泄压回路
单选题
15. 载荷按产生分类不包括。
(5分)
(A) 机械载荷
(B) 热载荷
(C) 冲击载荷
(D) 电磁载荷
参考答案：C
16. 对结构工程和机械工程使用的三个基本要求不包括。
(5分)
(A) 强度
(B) 韧性
(C) 刚度
(D) 疲劳寿命
参考答案：B
17. 疲劳寿命从设计准则看，不包括。
(5分)
(A) 实际寿命
(B) 安全寿命
(C) 使用寿命
(D) 可靠性寿命
参考答案：A
18. MTS系统不可分为子系统。
(5分)
(A) 机械—动力子系统
(B) 传感—伺服子系统
(C) 采集—控制子系统
(D) 采集—温度子系统
参考答案：D
19. 在某点或某些点承受应力，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。
(5分)
(A) 扰动
(B) 剪切
(C) 表面
(D) 局部
参考答案：A。