基础力学实验竞赛培训题I-材料机械性能（答案）(3)

石家庄铁道大学基础力学实验竞赛基本理论培训题

18、公式???l?l，??×100%有何不同？ ll答：前者是平均应变，是材料变形量与原长的比值，适用于弹性变形阶段；后者是断后伸长率，材料

的塑性性能指标，是试件拉断后原始标距部分的伸长与原始标距的百分比，由于拉断后弹性变形消失，伸长只由塑性变形引起。

19、力学性能指标的修约规定 答：（1）屈服极限、强度极限：

≤200MPa，修约间隔为1 MPa

＞200MPa~1000 MPa，修约间隔为5 MPa ＞1000 MPa，修约间隔为10MPa （2）断后伸长率，断面收缩率：

修约间隔为0.5% （3）修约规则：

四舍六入五考虑，五考虑规则：有效位数以后第一位为5且以后数字并非为零则进位，若5以后数字皆为零且有效数末位为偶数则舍去，为奇数则进位。 20、5倍试件、10倍试件测得的断后伸长率有什么不同？

答：断后伸长率是塑性指标，由塑变引起，而塑变主要在断口附近，所以标距越大，其值越小。

21、低碳钢的强度指标、塑性指标及铸铁的强度指标分别有哪些？

答：低碳钢的强度指标有屈服极限、强度极限，塑性指标有断面收缩率、断后伸长率；铸铁的强度指标只有强度极限。

22、用直径d=10.00mm的低碳钢试件做拉伸试验测得的有关数据已记录于下表，试计算其弹性阶段的斜率、上、下屈服强度、抗拉强度、最大力总伸长率、断后伸长率（假定断口位于中间）。 载荷 （kN） 0 0 6.5 9.8 16.5 19.7 22.9 27.1 26.7 27.0 27.2 27.8 29.8 标距100mm的伸长 （mm） 0 0.02 0.04 0.06 0.10 0.12 0.14 0.20 0.35 0.55 1.50 2.50 3.00 载荷 （kN） 34.2 36.5 37.9 38.8 39.5 39.8 40.0 40.2 40.0 39.5 35.9 断裂 // 标距100mm的伸长 （mm） 5.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 20.00 23.00 26.00 29.00 30.40 // 11

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上、下屈服强度 上、下屈服强度 抗拉强度 最大力总伸长率 断后伸长率 弹性阶段的斜率 伸长率（%） 0.2 0.4 20.0 20.0 30.3 荷载（kN） 27.1 26.7 40.2 209GPa 强度(MPa) 345.0 340.0 511.8 修约结果 345MPa 340 MPa 510 MPa 20.0% 30.5% 23、测定σp0.2的力——夹头位移的部分曲线如下图所示，根据σp0.2=Fp0.2/A求得的值是否准确？为什么？ 答：不准确。原点位置未修正。?

24、低碳钢拉伸实验中测得的载荷与位移关系如下图所示。图中纵坐标表示载荷大小，单位为kN；横坐标表示横梁位移大小，单位为mm。假设试件横截面原始直径为10mm。试据图中数据回答下列问题：（1）试求该试件材料的屈服极限与强度极限。(2)估算试件断后长度的改变量。 答：1、屈服载荷约为19.4kN，最大载荷约为30.3kN，则屈服极限为247MPa，强度极限为386MPa。

2、试件断后长度的改变量约为36-8×26/70≈33mm 25、“试样原始标距必须用划线机刻划标记，而不能用墨水笔划线。”这句话正确吗？

答：规范规定可用细划线或细墨线标记原始标距。关键是标记不能造成试样过早断裂。

26、“如果试样断在机械刻划的标距标记上，由该试样试验结果求得的断后伸长率无效。”这句话正确吗？

答：规范规定当试样断在机械刻划的标记上，且断后伸长率小于规定最小值时试验结果无效。所以，题中所述不足以判定断后伸长率是否有效。

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27、根据国家标准GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法的要求，测量材料的强度时确定试样横截面面积的方法是在标距两端和中间部位分别测量直径，取最小值确定面积。相反，根据国家标准GB/T 22315-2008 金属材料弹性模量和泊松比试验方法的要求，测量材料的弹性模量和泊松比时，确定试样横截面面积的方法是在标距两端和中间部位分别测量直径，取三个直径的平均值确定面积。试对上述的不同给出解释。

答：测量材料的强度时试样最可能在面积最小的部位开始断裂或屈服，所以取最小直径计算横截面面积。测量材料的弹性模量和泊松比时，试样的伸长是在标距内所有面积变形总结果，所以取平均直径计算横截面面积。

28、圆轴扭转破坏实验中，在试样表面画一条母线，铸铁试样破坏时母线怎样变化，低碳钢试样破坏时母线怎样变化？请分析原因。

答：铸铁试样破坏时母线稍有倾斜，剪应变倾角很小，破坏断面与轴线呈45?角的螺旋面；碳钢试样破坏时母线形成了多重螺纹线，破坏断面为横截面。

（a） (b)

圆轴扭转时，试样表面危险点为纯剪切应力状态，主应力在位于与母线呈45?夹角的斜面上（图a），剪应力最大值位于横截面上，且主应力与剪应力最大值数值相等，均等于横截面上的剪应力。铸铁是脆性材料，抗拉能力最弱，次为抗剪，最强抗压，因此，当应力达到破坏极限时，首先是最大拉应力作用面断裂，而且裂纹迅速从表面贯穿至轴心，使轴突然沿45?角的螺旋面断裂，此时母线的倾斜角度较小（即塑性变形量较小）。低碳钢在塑性屈服时，抗剪的能力弱于抗拉和抗压，因此首先在横截面上发生屈服，但由于屈服应力不足以造成试样的断裂，所以，随着扭矩的增加，内部材料逐渐发生屈服直至轴心(图b)。 当扭矩进一步增加时，试件继续变形，材料进一步强化，至强度极限时轴发生横截面的剪切断裂，此时轴的塑性变形已经持续了较长的时间，母线已经变成为多重螺纹线。

29、拉伸实验中，在什么情况下使用移位法测量断后延伸率，为什么？如何移？并作图说明。 答：如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3。

如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3，如图所示：在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C、C′点，那么移位后的lu分别为：lu=AB+2BC，lu=AB+BC+BC′。

A ●

● O ● ● B ● ● ● C ● ● ● ●

(a)

A ● ● O ● ● ● B ● ● C ● C′ ● ● ●

(b)

断口位置

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