第3卷 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 山东省（春季高考）《机械基础》（高教版·第3版） 单元过关卷

山东省（春季高考）考纲百套卷 第3卷 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 单元过关卷《机械基础》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 关于塑性，下列说法正确的是（ ） A. 低碳钢的塑性好 B. 灰铸铁的塑性好 C. 塑性与材料使用无关 D. 一定的塑性增加了材料使用的危险 【答案】A 【解析】塑性是材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力。低碳钢具有较好的塑性；灰铸铁属于脆性材料，塑性较差。材料的塑性与其使用安全性有关，具有一定塑性可以在破坏前产生明显变形并吸收能量，降低突然断裂的危险。因此选A。 2. 摆锤式一次冲击试验时，将试样缺口______摆锤冲击方向放在冲击试验机支座上（ ） A. 背向 B. 面向 C. 垂直向上 D. 垂直向下 【答案】A 【解析】摆锤式一次冲击试验中，试样缺口应背向摆锤的冲击方向，使摆锤先冲击缺口背面，促使缺口根部产生应力集中并引发断裂。因此选A。 3. 如图所示受力情况，铰链的各杆件中受拉的杆件有（ ） A. AB杆、AD杆 B. BD杆、BC杆 C. AB杆、BC杆，CD杆和AD杆 D. BC杆、CD杆 【答案】C 【解析】根据受力分析，可知AB、BC、CD、AD四杆受力的作用线沿杆件轴线。 4. 高速钢车刀应采用______硬度试验法测定硬度。（ ） A. HBS B. HRA C. HRC D. HV 【答案】C 【解析】HRC（洛氏硬度C标尺）适用于测定硬度较高的材料，如淬火钢、工具钢等。高速钢车刀通常经过淬火处理，硬度较高，因此适合使用HRC进行硬度测试。HBS（布氏硬度）适用于较软的材料。HRA（洛氏硬度A标尺）适用于较薄或较硬的表面层。HV（维氏硬度）适用于微小区域或薄层的硬度测试。 5. 洛氏硬度C标尺所用的压头是（ ） A. 淬火钢球 B. 120°金刚石圆锥体 C. 硬质合金球 D. 136°金刚石正四棱锥 【答案】B 【解析】洛氏硬度C标尺采用120°金刚石圆锥体作为压头，初试验力和主试验力按规定施加，并根据压入深度确定硬度值。因此选B。 6. 测量硬质合金刀片的硬度一般应选用（ ） A. 布氏硬度 B. 以上都正确 C. 维氏硬度 D. 洛氏硬度 【答案】D 【解析】硬质合金刀片硬度高，采用布氏硬度时钢球或硬质合金球可能难以形成合适压痕，维氏硬度虽可测量但效率较低。实际检测中通常采用洛氏硬度法；硬质合金常选用洛氏A标尺。因此在给定选项中选B。 7. 如图所示A、B、C三杆，材料相同，承受相同的轴向拉力，那么（ ） A. 由于三杆材料相同，受力相同，故伸长量相同。 B. 由于A、C两杆的材料、受力和长度都相同，故A、C两杆的伸长量相同。 C. 由于A、B两杆的材料、受力和截面积相同，故A、B两杆的伸长量相同。 D. 由于三杆的长度、截面两两各不相等，故伸长量各不相同。 【答案】D 【解析】轴向拉杆的伸长量可按δ=FL/(EA)计算。三杆材料相同、轴向力相同，但长度和横截面积不同，伸长量取决于长度与横截面积的比值，不能仅由材料或受力相同推出相等。根据图示三杆的长度和截面尺寸均不同，伸长量各不相同，因此选D。 8. 金属在外载荷作用下，首先发生（ ） A. 塑性变形 B. 弹一塑变形 C. 弹性变形 D. 永久变形 【答案】C 【解析】金属材料在外载荷作用下，若应力未超过弹性极限，首先产生弹性变形；卸载后变形可以恢复。只有超过屈服条件后才会产生塑性变形。因此选B。 9. 实际生产中，应用最广的硬度指标是（ ） A. 布氏硬度 B. 维氏硬度 C. 洛氏硬度 D. 华氏硬度 【答案】C 【解析】洛氏硬度试验具有操作简便、测量迅速、压痕较小和便于直接读数等特点，实际生产中应用最广。因此选B。 10. 图示杆件受到大小相等的四个轴向力P的作用，其中______段的变形为零。（ ） A. AB B. AC C. AD D. BC 【答案】D 【解析】用截面法分别求各段的轴力。BC段两侧外力的代数和为零，故BC段轴力N=0。轴向变形量由δ=NL/(EA)确定，因此BC段的变形为零。选D。 11. 金属的下列性能中，有一个是判定材料优劣的主要指标，要通过各种实验进行测定，这个性能是（ ） A. 化学性能 B. 工艺性能 C. 力学性能 D. 物理性能 【答案】C 【解析】力学性能反映材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力，是评价金属材料使用性能和优劣的重要依据，通常需要通过拉伸、压缩、硬度、冲击和疲劳等试验测定。因此选C。 12. 直杆两端受到大小相等、方向相反且沿杆轴线向外的力作用时，杆件发生（ ） A. 轴向拉伸变形 B. 轴向压缩变形 C. 横向剪切变形 D. 绕轴扭转变形 【答案】A 【解析】直杆两端受到沿轴线向外的相反方向力作用时，杆件内部产生轴向拉力，长度增加，发生轴向拉伸变形；轴向向内的力会使杆件发生压缩变形，剪切变形和扭转变形的受力特点不同。 13. 铸铁材料拉伸和低碳钢材料拉伸时，它们都会出现（ ） A. 屈服阶段 B. 弹性变形阶段 C. 强化阶段 D. 以上均不是 【答案】B 【解析】铸铁和低碳钢受拉时，在载荷开始作用的阶段都会先产生弹性变形。铸铁通常没有明显的屈服阶段和强化阶段，低碳钢则可能出现屈服和强化现象，但二者都具有弹性变形阶段。因此选B。 14. 下图杆中，AB、BC、CD段的横截面面积分别为A、2A、3A，则三段杆的横截面上（ ） A. 轴力不等，应力相等； B. 轴力相等，应力不等； C. 轴力和应力都相等； D. 轴力和应力都不相等。 【答案】A 【解析】根据图示外力情况，AB、BC、CD三段的轴力不相等。横截面上的平均正应力为σ=N/A；图示各段的轴力与截面面积按相同比例变化，所以三段的应力相等。因此选A。 15. 用直径为中10mm、长度为100mm的碳钢标准试样做拉伸试验，试样拉断后标距长度为116mm，则试样含碳量的范围是（ ） A. 0.02181%~0.25% B. 0.25%~0.6% C. 0.6%~2.11% D. 2.11%~4.3% 【答案】C 【解析】试样原标距为100mm，断后标距为116mm，断后伸长率为δ=(116-100)/100×100%=16%。碳钢的含碳量越高，塑性通常越低，断后伸长率也越小。根据碳钢塑性指标与含碳量的对应关系，断后伸长率约为16%时，含碳量处于0.6%~2.11%的范围。因此选C。 16. 铸铁压缩时的主要破坏形式是（ ） A. 拉伸破坏 B. 剪切破坏 C. 压缩破坏 D. 弯曲破坏 【答案】B 【解析】铸铁抗拉强度较低而抗压强度较高。铸铁受压时，试件内部会形成与轴线约成45°方向的最大剪应力，通常沿斜截面发生剪切破坏。因此选B。 17. 已知一点应力状态如图，其＝（ ） A. 72.1Mpa B. 50Mpa C. 30Mpa D. 80Mpa 【答案】A 【解析】根据图示一点应力状态，先依据给定的正应力和剪应力分量确定应力圆，再按图示方向读取或计算对应的主应力（或该方向应力）σr4，结果为72.1MPa。因此选A。 18. 直杆在受到外力作用时，若其横截面上的内力分布是非均匀的，这种变形称为（ ） A. 均匀变形 B. 非均匀变形 C. 弹性变形 D. 塑性变形 【答案】B 【解析】直杆横截面上的内力若沿杆轴线方向分布不均匀，杆件各截面的变形程度也不相同，这种变形称为非均匀变形。因此选B。 19. 构件的许用应力[σ]是保证构件安全工作的（ ） A. 最高工作应力 B. 最低工作应力 C. 平均工作应力 D. 最低破坏应力 【答案】A 【解析】构件的许用应力[σ]是保证构件安全工作的最高工作应力。 20. （ ）指机械零件在使用和制造过程中受到的力或力矩。 A. 应力 B. 冲击 C. 载荷 D. 应变 【答案】C 【解析】载荷是机械零件在使用和制造过程中所受到的力或力矩，包括集中力、分布力、力偶和外加力矩等。应力是构件内部单位面积上的内力集度，应变是变形程度的度量。因此选B。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 金属材料在受到大能量一次冲击时，其冲击抗力主要取决于疲劳强度。（ ） 【答案】错误 【解析】大能量一次冲击下材料吸收能量和抵抗断裂的能力称为冲击韧性，主要通过冲击试验测定。疲劳强度反映材料在交变载荷长期作用下抵抗疲劳破坏的能力，二者适用的载荷形式和评价指标不同。因此题干说法错误。 22. 低碳钢试件拉伸直至超出弹性阶段之后，就不会再产生弹性变形（ ） 【答案】错误 【解析】低碳钢试件超过弹性阶段后会产生塑性变形，但在加载过程中仍然同时存在弹性变形。卸载后弹性变形可以恢复，塑性变形则保留下来。因此题干“不会再产生弹性变形”的说法错误。 23. 塑性材料在断裂前的塑性变形很小，脆性材料则有显著塑性变形。（ ） 【答案】错误 【解析】塑性材料断裂前有显著塑性变形（如低碳钢的颈缩），脆性材料（如铸铁）断裂前塑性变形很小。 24. 脆性材料更适合用于承受拉伸和压缩变形的直杆。（ ） 【答案】错误 【解析】脆性材料塑性差，抗拉能力较弱，受拉时容易突然断裂；但其抗压性能通常较好。因此脆性材料一般适合承受压缩，而不适合同时承受拉伸和压缩作用的直杆。题干说法错误。 25. 在轴向拉、压杆中，轴力最大的截面一定是危险截面。（ ） 【答案】错误 【解析】轴向拉、压杆截面的正应力为σ=N/A，危险截面应根据应力大小、材料强度以及局部应力集中等因素确定。即使某截面的轴力最大，若该处截面积也较大，其应力未必最大；截面突变处还可能因应力集中成为危险部位。因此轴力最大的截面不一定是危险截面，题干说法错误。 26. 应力是单位面积上的内力集度。（ ） 【答案】正确 【解析】应力是截面上内力的分布集度，即单位面积上的内力。正应力可表示为σ=ΔN/ΔA，剪应力可表示为τ=ΔQ/ΔA。因此题干说法正确。 27. 在杆件截面突变处的横截面上，应力分布是均匀的。（ ） 【答案】错误 【解析】杆件截面突变处会产生应力集中，截面上的应力分布不再均匀，局部区域的应力会明显大于按平均应力计算的名义应力。因此题干“应力分布是均匀的”错误。 28. 许用应力是材料能承受的最大应力，大于极限应力。（ ） 【答案】错误 【解析】许用应力是极限应力除以安全系数得到的（[σ] = σ₀/n，n>1），故许用应力小于极限应力，以保证构件有足够的安全储备。 29. 拉伸试验中的断裂强度是指材料在断裂前承受的最大应力。（ ） 【答案】正确 【解析】拉伸试验中的断裂强度是指材料在断裂前所承受的最大应力，也称为抗拉强度。 30. 单位面积上所承受的外力就是应力。（ ） 【答案】错误 【解析】单位面积上所承受的内力就是应力 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 什么是金属材料的冲击韧性，它在材料选择中扮演什么角色？ 【答案】冲击韧性是材料在冲击载荷作用下吸收能量的能力，通常通过冲击试验来测定。它在材料选择中非常重要，尤其是在需要承受冲击负荷的应用中，如汽车部件和建筑结构。 【解析】冲击韧性是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，通常用摆锤式一次冲击试验测定，以冲击吸收功或冲击韧度作为评价指标。冲击韧性反映材料抵抗冲击断裂的能力，尤其适用于承受突然载荷、低温载荷或具有缺口和应力集中的零部件。材料选择时，应根据零件可能承受的冲击程度选用具有足够冲击韧性的材料，以避免脆性突然断裂。 32. 为什么金属材料的断面收缩率是衡量其塑性的一个重要指标？ 【答案】断面收缩率是衡量材料塑性的指标之一，指断裂后材料的截面面积减少量与原始截面面积的比值。它反映了材料在断裂前能够承受的塑性变形程度，对于评估材料在实际使用中的塑性变形能力非常重要。 【解析】断面收缩率是试样断裂后横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比，计算式为ψ=(A0-Au)/A0×100%。其中A0为原始截面积，Au为断口处最小截面积。材料塑性越好，断裂前局部塑性变形越充分，断口处截面积缩减越明显，断面收缩率越大。因此断面收缩率能够反映材料断裂前发生塑性变形的能力，是衡量材料塑性的重要指标。 33. 什么是金属材料的力学性能？金属的力学性能主要有哪些？它们常用的指标是什么？ 【答案】力学性能是指金属材料在力的作用下所显示出的与弹性或非弹性反应相关或涉及应力一应变关系的性能，也叫机械性能。强度(屈服强度和抗拉强度)、塑形(断后伸长率和断面收缩率)、硬度(布氏硬度洛氏硬度)、韧性和疲劳强度。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 用截面法求内力的步骤：（1）______：沿需求内力的截面处，假想把构件截开；（2）______：取其中一部分为研究对象；（3）______：另一部分对研究对象的作用，以截面上的未知内力来代替；（4）______：列出研究对象的平衡方程，确定未知内力的大小和方向。 【答案】（1）截 （2）取 （3）代 （4）平 【解析】用截面法求杆件内力通常包括四个步骤：第一，截开，在需求内力的截面处假想将构件截开；第二，取出，从截开后的两部分中取其中一部分作为研究对象；第三，代替，用另一部分对研究对象的作用，以截面上的未知内力代替；第四，平衡，对研究对象列出平衡方程，求出未知内力的大小和方向。因此各空依次为“截、取、代、平”。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）考纲百套卷 第3卷 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 单元过关卷《机械基础》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 关于塑性，下列说法正确的是（ ） A. 低碳钢的塑性好 B. 灰铸铁的塑性好 C. 塑性与材料使用无关 D. 一定的塑性增加了材料使用的危险 2. 摆锤式一次冲击试验时，将试样缺口______摆锤冲击方向放在冲击试验机支座上（ ） A. 背向 B. 面向 C. 垂直向上 D. 垂直向下 3. 如图所示受力情况，铰链的各杆件中受拉的杆件有（ ） A. AB杆、AD杆 B. BD杆、BC杆 C. AB杆、BC杆，CD杆和AD杆 D. BC杆、CD杆 4. 高速钢车刀应采用______硬度试验法测定硬度。（ ） A. HBS B. HRA C. HRC D. HV 5. 洛氏硬度C标尺所用的压头是（ ） A. 淬火钢球 B. 120°金刚石圆锥体 C. 硬质合金球 D. 136°金刚石正四棱锥 6. 测量硬质合金刀片的硬度一般应选用（ ） A. 布氏硬度 B. 以上都正确 C. 维氏硬度 D. 洛氏硬度 7. 如图所示A、B、C三杆，材料相同，承受相同的轴向拉力，那么（ ） A. 由于三杆材料相同，受力相同，故伸长量相同。 B. 由于A、C两杆的材料、受力和长度都相同，故A、C两杆的伸长量相同。 C. 由于A、B两杆的材料、受力和截面积相同，故A、B两杆的伸长量相同。 D. 由于三杆的长度、截面两两各不相等，故伸长量各不相同。 8. 金属在外载荷作用下，首先发生（ ） A. 塑性变形 B. 弹一塑变形 C. 弹性变形 D. 永久变形 9. 实际生产中，应用最广的硬度指标是（ ） A. 布氏硬度 B. 维氏硬度 C. 洛氏硬度 D. 华氏硬度 10. 图示杆件受到大小相等的四个轴向力P的作用，其中______段的变形为零。（ ） A. AB B. AC C. AD D. BC 11. 金属的下列性能中，有一个是判定材料优劣的主要指标，要通过各种实验进行测定，这个性能是（ ） A. 化学性能 B. 工艺性能 C. 力学性能 D. 物理性能 12. 直杆两端受到大小相等、方向相反且沿杆轴线向外的力作用时，杆件发生（ ） A. 轴向拉伸变形 B. 轴向压缩变形 C. 横向剪切变形 D. 绕轴扭转变形 13. 铸铁材料拉伸和低碳钢材料拉伸时，它们都会出现（ ） A. 屈服阶段 B. 弹性变形阶段 C. 强化阶段 D. 以上均不是 14. 下图杆中，AB、BC、CD段的横截面面积分别为A、2A、3A，则三段杆的横截面上（ ） A. 轴力不等，应力相等； B. 轴力相等，应力不等； C. 轴力和应力都相等； D. 轴力和应力都不相等。 15. 用直径为中10mm、长度为100mm的碳钢标准试样做拉伸试验，试样拉断后标距长度为116mm，则试样含碳量的范围是（ ） A. 0.02181%~0.25% B. 0.25%~0.6% C. 0.6%~2.11% D. 2.11%~4.3% 16. 铸铁压缩时的主要破坏形式是（ ） A. 拉伸破坏 B. 剪切破坏 C. 压缩破坏 D. 弯曲破坏 17. 已知一点应力状态如图，其＝（ ） A. 72.1Mpa B. 50Mpa C. 30Mpa D. 80Mpa 18. 直杆在受到外力作用时，若其横截面上的内力分布是非均匀的，这种变形称为（ ） A. 均匀变形 B. 非均匀变形 C. 弹性变形 D. 塑性变形 19. 构件的许用应力[σ]是保证构件安全工作的（ ） A. 最高工作应力 B. 最低工作应力 C. 平均工作应力 D. 最低破坏应力 20. （ ）指机械零件在使用和制造过程中受到的力或力矩。 A. 应力 B. 冲击 C. 载荷 D. 应变 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 金属材料在受到大能量一次冲击时，其冲击抗力主要取决于疲劳强度。（ ） 22. 低碳钢试件拉伸直至超出弹性阶段之后，就不会再产生弹性变形（ ） 23. 塑性材料在断裂前的塑性变形很小，脆性材料则有显著塑性变形。（ ） 24. 脆性材料更适合用于承受拉伸和压缩变形的直杆。（ ） 25. 在轴向拉、压杆中，轴力最大的截面一定是危险截面。（ ） 26. 应力是单位面积上的内力集度。（ ） 27. 在杆件截面突变处的横截面上，应力分布是均匀的。（ ） 28. 许用应力是材料能承受的最大应力，大于极限应力。（ ） 29. 拉伸试验中的断裂强度是指材料在断裂前承受的最大应力。（ ） 30. 单位面积上所承受的外力就是应力。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 什么是金属材料的冲击韧性，它在材料选择中扮演什么角色？ 32. 为什么金属材料的断面收缩率是衡量其塑性的一个重要指标？ 33. 什么是金属材料的力学性能？金属的力学性能主要有哪些？它们常用的指标是什么？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 用截面法求内力的步骤：（1）______：沿需求内力的截面处，假想把构件截开；（2）______：取其中一部分为研究对象；（3）______：另一部分对研究对象的作用，以截面上的未知内力来代替；（4）______：列出研究对象的平衡方程，确定未知内力的大小和方向。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $