【国家级精品课程】华中科技大学-《疲劳与断裂》-习题参考答案
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
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。
疲劳与断裂结课小结
金属疲劳与断裂学习报告院（系）：材料科学与工程学院专业班级：研1308学生姓名：王红伟指导教师：周勇完成日期：2014年5月25日1 绪论疲劳(Fatigue)与断裂(Fracture)是引起工程结构和构件失效的最主要的原因。
在面向21世纪的今天，人们对传统强度(静载荷作用、无缺陷材料的强度)的认识已相当深刻，工程中强度设计的实践经验和积累也十分丰富，对于传统强度的控制能力也大大增强。
因此，疲劳与断裂引起的失效在工程失效中越来越突出。
19世纪中叶以来，人们为认识和控制疲劳破坏进行了不懈的努力，在疲劳现象的观察、疲劳机理的认识、疲劳规律的研究、疲劳寿命的预测和抗疲劳设计技术的发展等方面积累了丰富的知识。
20世纪50年代断裂力学的发展，进一步促进了疲劳裂纹扩展规律及失效控制的研究。
疲劳断裂失效涉及到扰动使用载荷的多次作用，涉及到材料缺陷的形成与扩展，涉及到使用环境的影响等等，问题的复杂性是显而易见的。
因此，疲劳断裂的许多问题的认识和根本解决，还有待于进一步深入的研究。
尽管如此，了解现代研究成果，掌握疲劳与断裂的基本概念、规律和方法，对于广大工程技术在实践中成功地进行抗疲劳断裂设计无疑是十分有益的。
发生断裂是因为有裂纹存在，而裂纹萌生并扩展到足以引起断裂的原因则很少不是由于疲劳。
如二次大战期间美国制造的全焊接船舶，有近千艘出现开裂，200余艘发生严重断裂破坏。
1952年，第一架喷气式客机（英国的慧星号）在试飞300多小时后投入使用。
1954年元月一次检修后的第四天，飞行中突然失事坠入地中海。
打捞起残骸并进行研究后的结论认为，事故是由压力舱的疲劳破坏引起的，疲劳裂纹起源于机身开口拐角处。
1967年12月15日，美国西弗吉尼亚Point Pleasant桥突然毁坏，46人死亡，事故是由一根带环拉杆中的缺陷在疲劳、腐蚀的作用下扩展到临界尺寸而引起的。
1980年3月27日下午6时半，英国北海Ekofisk 油田的Alexander L. Kielland号钻井平台倾复，127人落水只救起89人。
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8
)
3
所以，涡轮轮盘的寿命约为： 6.972 × 103 次。
8-8
解：1）计算临界裂纹尺寸 对于边裂纹构件，f＝1.12，由题意
K = 1.12 ×
2R2 p πa 2 2 π R −r 2
所以： ac =
1 π Kc R 2 − r 2 × 2 1.12 π 2 p 2 R
ac ac'
(
(
ac' − a0 ac − a0
)=
)
0.008 0.01
(
0.01 − 0.003 0.008 −
疲劳裂纹扩展寿命增加的百分数为 16.7%
' 2) 对于 a0 = 3mm ， ac = 8mm 和 a0 = 1mm ， ac' = 8mm 两种情况：
N c' = Nc
a0
' a0
(
1
华中科大疲劳断裂课后习题答案全解全析
习题和答案 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 答： 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。 根据上述定义，疲劳具有下述特征： 1) 只有在承受扰动应力作用的条件下，疲劳才会发生。 2) 疲劳破坏起源于高应力或者高应变的局部。静载下的破坏，取决于结构整体；疲劳破坏 则由应力或应变较高的局部开始，形成损伤并逐渐积累，导致破坏发生。 3) 疲劳破坏是在足够多次的扰动载荷作用之后，形成裂纹或者完全断裂。 4) 疲劳是一个发展过程。疲劳裂纹萌生和扩展，是这一发展过程中不断形成的损伤积累的 结果。最后的断裂，标志着疲劳过程的终结。
D = ∑ Di = ∑ ni N i
1
k
（i=1,2,..k，)
破坏准则为：
D=
∑n
i
Ni = 1
这就是 Miner 线性累积损伤理论。其中，ni 是在 Si 作用下的循环次数，由载荷谱给出；Ni 是在
Si 作用下循环到破坏的寿命，由 S—N 曲线确定。
相对 Miner 线性累积损伤理论：根据过去的使用经验或试验，已知某构件在其使用载荷谱 下的寿命，在要预测另一类似构件在相似谱作用下的疲劳寿命时，不再假定其损伤和为 1，而是 将 Miner 累积损伤式作为一种传递函数。 由实验或过去的经验确定 Q， 并由此估 相对 Miner 理论的实质是取消损伤和 D=1 的假定， 算寿命。
4)估计构件寿命
对称循环 ( S a ( R =−1) = 430.77MPa, S m = 0) 条件下的寿命，可由基本 S—N 曲线得到，即
N =C
S
疲劳与断裂作业1答案
《疲劳与断裂》第一次作业习题答案1．依据以下等寿命疲劳图，作该材料在R=-1和R=0时的S a-N曲线。
解：R=-1时图1-1S a-N曲线现取lgS a为纵坐标，lgN为横坐标绘于图中，如图1-2所示则：usx x +=与回归方程Y =A +BX 对比有x Y =，u X =，x A =，sB =求出：7665.3=xx L ，1043.0=yy L ，6043.0=xy L 则9641.01043.07665.36043.0=⨯==yy xx xyL L L r查相关系数的起码值得874.0=αr ，因此，αr r >，满足线性相关。
（2）假定寿命服从威布尔分布)lg(lg lg )(lg )](1[lg lg 001N N b e N N b N F a --+-=--与回归方程Y =A +BX 对比有1)](1[lg lg --=N F Y ，)(lg 0N N X -=)lg(lg lg 0N N b e A a --=，bB =设Nxx L 则r 综数=r （33．某钢构件在图示拉伸应力S 1=400MPa 下作用n 1=2⨯104后应力增至S 2=450MPa ，求该构件的剩余寿命，已知材料的S b =600MPa 。
400450St⋯⋯解：在拉压荷载作用下S f(tension)=0.35S b =0.35×600=210MPa设基本S-N 曲线为CN S =α其中()()314.735.9.0lg 39.0lg 3===k α()()223314.731065.9106009.0109.0⨯=⨯⨯=⨯=αb S C ∴基本S -N 曲线为22314.71065.9⨯=N S （1）在拉伸应力S 1=400MPa 的作用下，S max =400MPa ，S min =0MPa 因此，S a =(S max -S min )÷2=200MPa解得：421041.1⨯=n ，所以该构件剩余寿命为41041.1⨯。
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。
断裂力学答案
断裂力学答案【篇一：08年a卷试题及答案哈工大断裂力学考试试题】txt>《断裂力学》试题 a卷答案一、简答题（80分）1. 断裂力学中，按裂纹受力情况，裂纹可以分为几种类型？请画出这些类型裂纹的受力示意图。
（15分）答：按裂纹受力情况把裂纹（或断裂）模式分成三类：张开型（i型）、滑开型（ii型）和撕开型（iii型），如图所示ii型－滑开型三型－撕开型2 请分别针对完全脆性材料和有一定塑性的材料，简述裂纹扩展的能量平衡理论？（15分）答：对完全脆性材料，应变能释放率等于形成新表面所需要吸收的能量率。
对于金属等有一定塑性的材料，裂纹扩展中，裂尖附近发生塑性变形，裂纹扩展释放出来的应变能，不仅用于形成新表面所吸收的表面能，更主要的是克服裂纹扩展所吸收的塑性变形能，即塑性功。
对金属材料，能量平衡理论这时需要更广泛的概念。
这时，抵抗裂纹扩展能力=表面能+塑性变形能，对金属材料这是常数。
3. 请简述应力强度因子的含义，并简述线弹性断裂力学中裂纹尖端应力场的特点？（15）答：各种类型裂尖应力和位移场可表示为ij(i)k?2?rfij(?)i,j?1,2,3(i)ui(i)krgi(?) i?1,2,3(i)若角标ii, iii，代表ii型或iii型裂纹。
可见应力场有如下三个特点：1）r?0处，应力趋于无穷大，即在裂尖出现奇异点； 2）应力强度因子在裂尖为有限量；3）裂尖附近的应力分布是r和?的函数，与无限远处应力和裂纹长无关。
由上述裂尖应力场的特点可知，用应力为参量建立如传统的强度条件失去意义，但应力强度因子是有限量，它不代表某一点的应力，而代表应力场强度的物理量，用其作为参量建立破坏条件是合适的。
应力强度因子一般写为：k??y?a4. 简述脆性断裂的k准则及其含义？（15）答：k1?k1c为应力强度因子准则。
其中，k1为裂纹尖端的应力强度因子，是表示裂纹尖端应力场强度的一个参量，由载荷及裂纹体形状和尺寸决定，可以用弹性理论的方法进行计算；k1c称为材料的平面应变断裂韧度，是材料具有的一种机械性能，表示材料抵抗脆性断裂的能力，由试验测定。
(最新整理)华中科技大学精品课程疲劳与断裂第二章第二次课
典型应力谱(Si, ni)
Di=ni /Ni
判据 D=1
S-N曲线 Ni=C/Sm D=ni /Ni 寿命 =1/D 2) 已知应力谱型和寿命，估计可用应力水平。
应力谱型(Si？, ni)
S-N曲线 假设 Si
2021/7/26
Ni=C/Sm
Di=ni /Ni
S=Si yes
D=ni /Ni 判据 D=1
使用条件：
1.是构件相似，主要是疲劳破坏发生的高应力区 几何相似；
2.载荷谱相似，主要是载荷谱型（次序）相似， 载荷大小可以不同。
许多改进设计，可以借鉴过去原型的使用经验；
间接考虑了载荷谱型、作用次序及材料分散性的
影响；故相对Miner理论预测精度好，应用广泛。
2021/7/26
14
例4 已知某构件使用一年的损伤为 (n/N)B=0.121， 实际使用寿命为6年，现改型设计，应力水平 减轻后，一年的损伤和为(n/N)A=0.08, 试用估 计其寿命。
N2 N1
9
3. Miner理论的应用
变幅载荷下，应用Miner理论，可解决二类问题： 已知设计寿命期间的应力谱型，确定应力水平。 已知一典型周期内的应力块谱，估算使用寿命。
利用Miner理论进行疲劳分析的一般步骤为：
确定载荷谱，选取拟用的应力水平； 选用适合构件使用的S-N曲线；
计算在应力水平Si下循环ni次的损伤： Di=ni/Ni； 计算总损伤 D=ni/Ni； 若D<1, 构件是安全的；可考虑提高应力水平。 若D>1，则应降低应力水平或缩短使用寿命。
0.8P 0.1 116200 10.79376 00..100528
0.6P 0.5 12900 31.07836 00.2.18682