第2卷 交变应力与疲劳强度与压杆稳定 内蒙古自治区（对口招生）《机械基础》（高教版·第三版） 单元过关卷

内蒙古自治区（对口招生）装备制造类 《机械基础》（高教版·第三版） 交变应力与疲劳强度与压杆稳定 单元过关卷 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2分，共40分） 1. 在机械零件的失效中，大约有80%以上是属于_______破坏。（ ） A. 拉断 B. 剪切 C. 疲劳 D. 弯曲 2. 轴、齿轮、弹簧等需要承受交变载荷作用的零件，在选择材料时必须考虑的性能是（ ） A. 塑性 B. 硬度 C. 强度 D. 疲劳强度 3. 金属材料在交变应力长期作用下，发生破坏的现象称为（ ） A. 弹性失效 B. 塑性失效 C. 冲击失效 D. 疲劳失效 4. 金属材料在交变应力作用下发生的破坏称为（ ） A. 塑性变形 B. 疲劳破坏 C. 韧性断裂 D. 脆性断裂 5. 做疲劳强度试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 交变载荷 B. 冲击载荷 C. 静载荷 D. 以上都不正确 6. 轴类零件在长期承受大小和方向周期性变化的弯曲应力时，最容易发生的失效形式是（ ） A. 疲劳断裂 B. 塑性屈服 C. 静载压溃 D. 表面磨损 7. 受轴向载荷的紧螺栓连接，当螺栓总拉力 F0 和残余预紧力 F1 不变，减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 时，螺栓的疲劳强度（ ） A. 提高 B. 降低 C. 不变 D. 可能提高也可能降低 8. 下列哪种因素会提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面粗糙度增加 B. 应力集中 C. 材料内部缺陷 D. 表面淬火 9. 增大阶梯轴圆角半径的主要目的是（ ） A. 使零件轴向定位可靠 B. 降低应力集中，提高轴的疲劳强度 C. 使轴加工方便 D. 外形美观 10. 对于脆性材料（如铸铁），其许用应力通常以_____为基础确定。（ ） A. 弹性极限 B. 屈服极限 C. 比例极限 D. 强度极限 11. 带在工作时受到交变应力的作用，最大应力发生在（ ） A. 带进入小带轮处 B. 带离开小带轮处 C. 带进入大带轮处 D. 以上都不对 12. 金属材料在交变应力作用下发生断裂的现象称为（ ） A. 塑性断裂 B. 脆性断裂 C. 疲劳断裂 D. 冲击断裂 13. 测定疲劳强度时，工程上规定钢铁材料的应力循环次数取（ ） A. 1 B. 1 C. 1 D. 109 14. 在交变应力的作用下，零件的失效形式主要是（ ） A. 塑性变形 B. 断裂 C. 疲劳断裂 D. 弹性变形 15. 作疲劳试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 D. 动载荷 16. 下列哪项措施不能提高材料的疲劳强度（ ） A. 增加应力集中 B. 喷丸处理 C. 表面淬火 D. 降低表面粗糙度 17. 在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的（ ） A. 屈服点 B. 疲劳极限 C. 强度极限 D. 弹性极限 18. 金属材料的疲劳极限是指在规定循环次数下不发生断裂的（ ） A. 最大应力 B. 最小应力 C. 平均应力 D. 应力幅值 19. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 使尺寸精确 B. 降低应力集中的敏感性 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 20. 两端铰支的圆截面压杆，长1m，直径50mm。其柔度为（ ） A. 60 B. 80 C. 66.7 D. 50 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 变应力只能由变载荷产生。（ ） 22. 不随时间发生变化的应力称为静应力。（ ） 23. 交变应力作用下的疲劳破坏与静应力作用下的破坏是相同的（ ） 24. 构件的工作应力若小于许用应力，则一定不会发生破坏。（ ） 25. 提高表面质量可显著改善零件的疲劳寿命（ ） 26. 钢铁材料，疲劳强度是材料经受次交变载荷作用而不断裂时的最大应力。（ ） 27. 容易使零件产生疲劳失效的载荷是冲击载荷。 （ ） 28. 交变应力只要最大应力小于材料的屈服极限，构件就一定不会发生疲劳破坏。（ ） 29. 压杆的柔度越大，越容易发生失稳破坏。（ ） 30. 两端铰支细长压杆的长度因数大于一端固定一端自由压杆的长度因数。（ ） 三、填空题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 31. 构件在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生破坏的现象称为______；抵抗这种破坏的能力称为______。 32. 细长压杆受轴向压力作用时，可能在应力尚未达到材料强度极限前突然弯曲失效，这种失效称为______失稳；提高压杆稳定性的常用措施之一是减小压杆的______。 33. 如果材料内部某点应力超过其接触疲劳强度，就会形成______，随着其扩展和连接，材料表面出现许多月牙形浅坑，称为______。 34. 粗短压杆和细长压杆的失效是截然不同的，前者是______问题，后者是______问题。 35. 随时间作周期性变化的应力称为（ ）。 36. 交变应力循环中，最大应力与最小应力代数平均值称为（ ）。 37. 构件在交变应力作用下，经较多循环次数后发生的破坏称为（ ）。 38. 材料在规定循环次数下不发生疲劳破坏所能承受的最大应力称为（ ）。 39. 压杆保持直线平衡状态所能承受的最大轴向压力称为（ ）。 40. 欧拉公式适用于（ ）压杆的临界压力计算。 四、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 41. 简述交变应力作用下零件发生疲劳破坏的主要特点。 42. 下图为汽车上的钢板弹簧，请说明其属于哪种梁，并说明其特点。 43. 疲劳强度 五、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 44. 疲劳断裂和脆性断裂有何异同点？ 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 $ 内蒙古自治区（对口招生）装备制造类 《机械基础》（高教版·第三版） 交变应力与疲劳强度与压杆稳定 单元过关卷 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2分，共40分） 1. 在机械零件的失效中，大约有80%以上是属于_______破坏。（ ） A. 拉断 B. 剪切 C. 疲劳 D. 弯曲 【答案】C 【解析】机械零件在交变载荷长期作用下易产生疲劳裂纹并扩展，工程失效中80%以上属于疲劳破坏，故选C。 2. 轴、齿轮、弹簧等需要承受交变载荷作用的零件，在选择材料时必须考虑的性能是（ ） A. 塑性 B. 硬度 C. 强度 D. 疲劳强度 【答案】D 【解析】轴、齿轮、弹簧承受交变载荷，易发生疲劳破坏，选材应优先考虑疲劳强度。 3. 金属材料在交变应力长期作用下，发生破坏的现象称为（ ） A. 弹性失效 B. 塑性失效 C. 冲击失效 D. 疲劳失效 【答案】D 【解析】金属材料在交变应力长期反复作用下产生裂纹并最终破坏，称为疲劳失效，故选C。 4. 金属材料在交变应力作用下发生的破坏称为（ ） A. 塑性变形 B. 疲劳破坏 C. 韧性断裂 D. 脆性断裂 【答案】B 【解析】疲劳破坏是金属材料在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生的断裂现象；塑性变形是材料产生永久变形但未断裂；韧性断裂和脆性断裂是材料在静载荷下的不同断裂方式 。 5. 做疲劳强度试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 交变载荷 B. 冲击载荷 C. 静载荷 D. 以上都不正确 【答案】A 【解析】疲劳强度试验模拟构件在循环受力下的失效，试样应承受交变载荷。 6. 轴类零件在长期承受大小和方向周期性变化的弯曲应力时，最容易发生的失效形式是（ ） A. 疲劳断裂 B. 塑性屈服 C. 静载压溃 D. 表面磨损 【答案】A 【解析】交变应力作用下，零件即使最大应力低于静强度极限，也可能因裂纹逐渐扩展而发生疲劳断裂。塑性屈服和静载压溃主要与静载荷下的强度不足有关，表面磨损则主要与摩擦条件有关。 7. 受轴向载荷的紧螺栓连接，当螺栓总拉力 F0 和残余预紧力 F1 不变，减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 时，螺栓的疲劳强度（ ） A. 提高 B. 降低 C. 不变 D. 可能提高也可能降低 【答案】A 【解析】减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 会使螺栓的应力幅减小，从而提高螺栓的疲劳强度。 8. 下列哪种因素会提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面粗糙度增加 B. 应力集中 C. 材料内部缺陷 D. 表面淬火 【答案】D 【解析】表面淬火可提高表层硬度并形成残余压应力，抑制疲劳裂纹萌生与扩展，从而提高疲劳强度，故选C。 9. 增大阶梯轴圆角半径的主要目的是（ ） A. 使零件轴向定位可靠 B. 降低应力集中，提高轴的疲劳强度 C. 使轴加工方便 D. 外形美观 【答案】B 【解析】阶梯轴直径突变处易产生应力集中，增大圆角半径可减缓过渡，降低应力集中，提高疲劳强度，故选B。 10. 对于脆性材料（如铸铁），其许用应力通常以_____为基础确定。（ ） A. 弹性极限 B. 屈服极限 C. 比例极限 D. 强度极限 【答案】D 【解析】脆性材料无明显屈服阶段，断裂是其失效标志，故以强度极限（断裂时的最大应力）作为极限应力，再除以安全系数得到许用应力。 11. 带在工作时受到交变应力的作用，最大应力发生在（ ） A. 带进入小带轮处 B. 带离开小带轮处 C. 带进入大带轮处 D. 以上都不对 【答案】A 【解析】带在紧边进入小带轮时，既受最大拉应力，又因小带轮半径小产生较大弯曲应力，合成应力最大，故选A。 12. 金属材料在交变应力作用下发生断裂的现象称为（ ） A. 塑性断裂 B. 脆性断裂 C. 疲劳断裂 D. 冲击断裂 【答案】C 【解析】金属材料在交变应力反复作用下产生裂纹并最终断裂，称为疲劳断裂，故选C。 13. 测定疲劳强度时，工程上规定钢铁材料的应力循环次数取（ ） A. 1 B. 1 C. 1 D. 109 【答案】B 【解析】钢铁材料测定疲劳强度时，工程上通常以应力循环次数达到 次作为疲劳极限判定基准，故选B。 14. 在交变应力的作用下，零件的失效形式主要是（ ） A. 塑性变形 B. 断裂 C. 疲劳断裂 D. 弹性变形 【答案】C 【解析】交变应力会使零件在低于静强度的应力下逐渐产生裂纹并扩展，最终发生疲劳断裂，因此主要失效形式为疲劳断裂，选C。 15. 作疲劳试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 D. 动载荷 【答案】C 【解析】疲劳强度（疲劳极限）是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力。 16. 下列哪项措施不能提高材料的疲劳强度（ ） A. 增加应力集中 B. 喷丸处理 C. 表面淬火 D. 降低表面粗糙度 【答案】A 【解析】疲劳强度受表面状态和应力集中影响。增加应力集中会促使裂纹萌生与扩展，降低疲劳强度，故选C。 17. 在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的（ ） A. 屈服点 B. 疲劳极限 C. 强度极限 D. 弹性极限 【答案】B 【解析】疲劳强度计算针对交变应力下的失效，极限应力应取材料能承受无限次循环而不破坏的疲劳极限，故选B。 18. 金属材料的疲劳极限是指在规定循环次数下不发生断裂的（ ） A. 最大应力 B. 最小应力 C. 平均应力 D. 应力幅值 【答案】A 【解析】疲劳极限是在规定循环次数内材料不发生疲劳断裂所能承受的最大应力，故选A。 19. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 使尺寸精确 B. 降低应力集中的敏感性 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 【答案】B 【解析】喷丸或辗轧可使轴表层产生残余压应力并强化表面，减弱裂纹萌生与扩展，从而降低对应力集中的敏感性，故选B。 20. 两端铰支的圆截面压杆，长1m，直径50mm。其柔度为（ ） A. 60 B. 80 C. 66.7 D. 50 【答案】B 【解析】两端铰支取长度系数，圆截面回转半径，故柔度。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 变应力只能由变载荷产生。（ ） 【答案】错误 【解析】变应力不只由变载荷产生，恒定载荷作用下零件转动时，危险点应力也会周期变化，如旋转轴受恒定弯矩产生交变应力。故错误。 22. 不随时间发生变化的应力称为静应力。（ ） 【答案】正确 【解析】静应力是指大小、方向或分布不随时间变化的应力，符合题干“不随时间发生变化”的表述，故判断正确。 23. 交变应力作用下的疲劳破坏与静应力作用下的破坏是相同的（ ） 【答案】错误 【解析】金属材料在交变应力作用下，零件内的最大应力虽远低于静载荷下的强度极限，甚至低于屈服极限，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂，这样的断裂现象称为疲劳破坏，与静应力下的疲劳破坏并不相同。 24. 构件的工作应力若小于许用应力，则一定不会发生破坏。（ ） 【答案】正确 【解析】许用应力是保证构件安全工作的最大允许应力，工作应力小于许用应力时，构件处于安全状态，不会破坏。 25. 提高表面质量可显著改善零件的疲劳寿命（ ） 【答案】正确 【解析】表面质量提高可减少表面缺陷、应力集中和微裂纹萌生，从而延缓疲劳破坏，显著提高零件疲劳寿命，故判断正确。 26. 钢铁材料，疲劳强度是材料经受次交变载荷作用而不断裂时的最大应力。（ ） 【答案】正确 【解析】疲劳强度指金属材料经过无限多次交变载荷作用而不破坏的最大应力。用对称变曲疲劳实验测定，实验时钢铁材料以为无限多次，有色金属以为无限多次。 27. 容易使零件产生疲劳失效的载荷是冲击载荷。 （ ） 【答案】错误 【解析】疲劳失效主要由交变载荷或循环载荷引起，冲击载荷多导致瞬时破坏，故题述错误。 28. 交变应力只要最大应力小于材料的屈服极限，构件就一定不会发生疲劳破坏。（ ） 【答案】错误 【解析】疲劳破坏与应力循环次数、应力幅和应力集中等有关，不能只按屈服极限判断。 29. 压杆的柔度越大，越容易发生失稳破坏。（ ） 【答案】正确 【解析】柔度反映压杆细长程度，柔度越大，临界压力越小，稳定性越差。 30. 两端铰支细长压杆的长度因数大于一端固定一端自由压杆的长度因数。（ ） 【答案】错误 【解析】两端铰支长度因数为1，一端固定一端自由长度因数为2，后者更大。 三、填空题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 31. 构件在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生破坏的现象称为______；抵抗这种破坏的能力称为______。 【答案】疲劳；疲劳强度 【解析】交变应力会使构件内部或表面微裂纹逐渐形成并扩展，最终导致疲劳破坏。疲劳强度反映材料或构件在交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力。 32. 细长压杆受轴向压力作用时，可能在应力尚未达到材料强度极限前突然弯曲失效，这种失效称为______失稳；提高压杆稳定性的常用措施之一是减小压杆的______。 【答案】压杆；长细比 【解析】细长压杆的主要危险不是材料被压碎，而是整体弯曲失稳。长细比越大，压杆越容易失稳，因此减小长细比有利于提高稳定性。 33. 如果材料内部某点应力超过其接触疲劳强度，就会形成______，随着其扩展和连接，材料表面出现许多月牙形浅坑，称为______。 【答案】① 疲劳裂纹 ② 疲劳点蚀 【解析】材料内部应力超过接触疲劳强度时会先产生疲劳裂纹；裂纹扩展、连通后使表面剥落成月牙形浅坑，即疲劳点蚀。 34. 粗短压杆和细长压杆的失效是截然不同的，前者是______问题，后者是______问题。 【答案】① 强度 ② 稳定性 【解析】粗短压杆和细长压杆的失效是截然不同的，前者是强度问题，后者是稳定性问题。 35. 随时间作周期性变化的应力称为（ ）。 【答案】交变应力 【解析】交变应力的特点是应力大小或方向随时间周期性变化。 36. 交变应力循环中，最大应力与最小应力代数平均值称为（ ）。 【答案】平均应力 【解析】平均应力表示一个应力循环中应力变化范围的中心值。 37. 构件在交变应力作用下，经较多循环次数后发生的破坏称为（ ）。 【答案】疲劳破坏 【解析】疲劳破坏常在应力低于静强度极限时发生，具有突然断裂特征。 38. 材料在规定循环次数下不发生疲劳破坏所能承受的最大应力称为（ ）。 【答案】疲劳强度 【解析】疲劳强度用于衡量材料抵抗交变应力下疲劳破坏的能力。 39. 压杆保持直线平衡状态所能承受的最大轴向压力称为（ ）。 【答案】临界压力 【解析】轴向压力达到临界压力时，压杆会由稳定平衡转为失稳弯曲。 40. 欧拉公式适用于（ ）压杆的临界压力计算。 【答案】细长 【解析】欧拉公式以弹性稳定理论为基础，主要用于细长压杆的稳定计算。 四、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 41. 简述交变应力作用下零件发生疲劳破坏的主要特点。 【答案】（1）疲劳破坏通常发生在长期反复载荷作用下，破坏前经历一定的应力循环次数。 （2）疲劳破坏可能在最大应力低于材料静强度极限时发生，具有一定隐蔽性。 （3）疲劳断口一般可分为裂纹逐渐扩展区和最后瞬断区，常从应力集中部位开始产生裂纹。 【解析】本题考查疲劳破坏的基本特征。作答时应围绕交变应力、循环次数、低于静强度也可能破坏以及裂纹从应力集中处产生并扩展等要点说明。 42. 下图为汽车上的钢板弹簧，请说明其属于哪种梁，并说明其特点。 【答案】此为变截面梁。变截面梁的截面尺寸沿长度变化，截面尺寸是按各截面的弯矩来设计的，采用变截面梁可以提高梁的抗弯强度，还可节省材料。 43. 疲劳强度 【答案】材料在交变载荷作用下，经受无限次循环而不发生破坏的最大应力值。 【解析】疲劳强度强调材料在交变载荷下的抗疲劳破坏能力，其判定条件是经受无限次应力循环仍不破坏，对应的最大应力值即为疲劳强度。 五、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 44. 疲劳断裂和脆性断裂有何异同点？ 【答案】脆性断裂和疲劳断裂在断裂前都没有明显的塑性变形，属于低应力的破坏。但是这两种断裂还是有明显的区别：在断裂完成时间上，脆性断裂一般不需要多次加载而瞬时完成，疲劳断裂需要多次加载；温度对疲劳断裂影响不大，温度下降，脆性断裂的危险增加，温度对脆断影响大；断口形貌上，疲劳断裂的断口一般呈现细齿状的光亮花纹，疲劳断口是光亮、平直的结晶状断口。 【解析】二者均属低应力断裂，断前塑性变形不明显。区别在于：脆性断裂常一次加载瞬时发生，受低温影响显著，断口多光亮、平直、结晶状；疲劳断裂需反复加载逐步形成，温度影响较小，断口常有细齿状或光亮花纹。 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 $