第3卷 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 湖南省（对口招生）《机械基础》（高教版·第3版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 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3分，共60分） 1. 关于金属材料的机械性能，下列说法不正确的是（ ） A. 衡量金属材料的塑性，断面收缩率较延伸率更好 B. 弹性模量是衡量金属材料刚度的指标 C. 硬度是金属表面抵抗局部塑性变形的能力 D. 材料的屈服强度较小，则零件的储备强度小，工作可靠性差 【答案】D 【解析】断面收缩率和延伸率都是衡量金属材料塑性的指标，断面收缩率通常能较好地反映材料的局部塑性。弹性模量是衡量材料刚度的指标，硬度是材料表面抵抗局部塑性变形的能力。屈服强度越小，材料越容易发生塑性变形，在相同工作应力下零件的强度储备越小，工作可靠性越低。因此，不正确的是D。 2. 材料A 的硬度为380HBS，材料B 的硬度为43HRC，A的硬度比B（ ） A. 硬 B. 软 C. 相近 D. 不能比较 【答案】B 【解析】HBS（布氏硬度） 和 HRC（洛氏硬度C标尺） 是两种不同的硬度测试方法，它们的测试原理、压头和载荷不同，因此不能直接比较数值大小。 通过硬度换算表或经验公式可以大致比较： 380HBS 约等于 40HRC。 43HRC 明显高于 40HRC。 因此，材料B（43HRC）的硬度高于材料A（380HBS）。 3. 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 4. 洛氏硬度是下列哪一项来测量计算硬度值的（ ） A. 压痕深度 B. 压痕对角线 C. 压痕面积 D. 压痕直径 【答案】A 【解析】维氏硬度测量的是压痕对角线，布氏硬度测量的是压痕直径，洛氏硬度是测量的压痕深度。 5. 下列关于韧性的说法，不正确的是（ ） A. 韧性是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力 B. 金属材料韧性的大小通常采用吸收能量K指标来衡量 C. 冲床的冲头要求具有足够的强度、塑性、硬度外，还要有足够的韧性 D. 韧性好的材料塑性一般不好 【答案】D 【解析】韧性是金属材料在断裂前吸收塑性变形能量的能力，通常可用冲击试验中吸收的能量来衡量。冲床冲头除应具有足够的强度、塑性和硬度外，还应具有足够的韧性，以抵抗冲击断裂。韧性与塑性并非完全相反，韧性好的材料通常具有较好的塑性。因此，不正确的是D。 6. 表示塑性力学性能指标的符号是（ ） A. Rm B. HR C. K D. Z 【答案】D 【解析】Rm表示抗拉强度，HR表示洛氏硬度，K通常表示冲击吸收能量或断裂韧度等相关指标，Z表示断面收缩率。断面收缩率是表示材料塑性的力学性能指标，因此选D。 7. 如图所示杆件，1-1载面、2-2截面、3-3截面上的轴力分别为（ ） A. F，2F，2F B. F，3F，5F C. 2F，3F，2F D. F，F，2F 【答案】D 【解析】(1) 取1-1截面左段杆为研究对象画出受力图右图。 (2) （2）取2-2截面右段杆为研究对象，画出受力图如右图。 列平衡方程如下： （压力） (3)90取3-3截面右段杆为研究对象，画出受力图如右图。 列平衡方程如下：（拉力） 8. 适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是（ ） A. 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 莫氏硬度 【答案】B 【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。 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。 9. ZG200-400表示（ ） A. 抗拉强度不小于200MPa，抗压强度不小于400Mpa B. 抗压强度不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa C. 屈服点不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa D. 抗拉强度不小于200MPa，屈服点不小于400MPa 【答案】C 【解析】在牌号中“ZG”后面的两组数字表示力学性能,第一组数字表示该牌号铸钢的屈服强度最低值,第二组数字表示其抗拉强度最低值,单位均为MPa。两组数字间用“-”隔开。 10. 如图，AB 杆一端受力P 作用，杆内截面上的内力等于（ ） A. 0 B. P/2 C. P D. 2P 【答案】C 11. 直杆在受到外力作用时，横截面上的内力分布是均匀的，这种变形称为（ ） A. 拉伸变形 B. 压缩变形 C. 均匀变形 D. 非均匀变形 【答案】C 【解析】直杆受力时，如果各横截面上的内力分布保持均匀，杆件所发生的变形称为均匀变形。因此选C。拉伸变形和压缩变形是按杆件变形形式划分的名称，不能替代题干所描述的均匀变形概念。 12. 外力撤去后能自动消失的变形称为（ ） A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 线性变形 D. 硬变形 【答案】A 【解析】外力撤去后，材料能够恢复原状、变形自动消失的变形称为弹性变形。外力撤去后不能完全恢复的变形称为塑性变形。因此选A。 13. 某轴的轴力沿杆轴是变化的，则在发生破坏的截面上有（ ） A. 外力一定最大，且面积一定最小； B. 轴力一定最大，且面积一定最小； C. 轴力不一定最大，但面积一定最小； D. 轴力和面积之比一定最大 【答案】D 【解析】轴力沿杆轴线变化时，各截面的轴力和横截面面积可能不同。拉压杆的正应力为σ=N/A，危险截面应是正应力最大的截面。因此，发生破坏的截面上轴力与面积之比一定最大。轴力不一定最大，面积也不一定最小，所以选D。 14. 如图所示阶梯形直杆，在外力F作用下，下列关于其各段轴力描述正确的是（ ） A. AB段轴力最大 B. BC段轴力最大 C. CD段轴力最大 D. 三段轴力一样大 【答案】D 【解析】本题主要考核轴力的概念，根据图示可知，三段轴力一样大。 15. 构件在正常工作时，材料所允许承受的最大应力称为（ ） A. 极限应力 B. 危险应力 C. 许用应力 D. 正应力 【答案】C 【解析】通常称使材料丧失正常工作能力的应力为极限应力或危险应力，排除A、B选项；根据题意应选C选项。 16. 杆件在轴向拉伸或压缩过程中，其内部的应力状态是什么( ) A. 纯剪切应力 B. 轴向拉压应力 C. 弯曲应力 D. 扭转应力 【答案】B 【解析】杆件在轴向拉伸或压缩过程中，其内部的应力状态是纯拉伸或压缩应力。 17. 已知一点应力状态如图，其＝（ ） A. 72.1Mpa B. 50Mpa C. 30Mpa D. 80Mpa 【答案】A 18. 横截面内任一点上分布内力的密集程度称为（ ） A. 应力 B. 轴力 C. 压力 D. 外力 【答案】A 【解析】单位面积上内力的大小称为应力，它表示横截面内任一点上内力的密集程度。轴力、压力和外力均属于力，不是内力在单位面积上的分布强度。因此选A。 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. 在直杆轴向拉伸与压缩时，强度计算通常以哪种参数为基础（ ） A. 弹性模量 B. 屈服强度 C. 断裂强度 D. 韧性 【答案】C 【解析】强度计算通常以材料的断裂强度作为基础来进行。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 一般认为，硬度过低的金属材料，其切削加工性能较好。（ ） 【答案】错误 【解析】硬度过低的金属材料通常塑性较大，切削时容易产生较大的塑性变形、粘附和积屑瘤，切削加工性能不一定较好。材料硬度过高或过低都可能使切削加工性能变差，因此题干说法错误，选“错误”。 22. 韧性越好的材料，其硬度就越高。（ ） 【答案】错误 【解析】硬度和韧性通常是相互矛盾的性能。增加材料的硬度可能会牺牲其韧性，反之亦然。因此，这个说法是不正确的。 23. 材料的强度越高，其韧性越好。（ ） 【答案】错误 【解析】强度和韧性是材料的两种不同性能。强度指材料抵抗变形和断裂的能力，韧性是材料在断裂前吸收能量的能力，二者并非线性关系。例如，某些高强度的脆性材料，如玻璃，强度较高但韧性很差 。 24. 含碳量为0.15%和0.35%的钢属于亚共析钢，在室温下的组织由珠光体和铁素体组成，所以它们的力学性能相同（ ） 【答案】错误 【解析】含碳量小于0.77%的钢是亚共析钢，亚共析钢在室温下的组织是由铁素体和珠光体组成的。所有铁碳合金在室温下的组织都是由铁素体和渗碳体两相构成的，随着含碳量的增加，硬度增加，塑性、韧性下降 ，但强度先增加后降低，以含碳量0.9%为分界线，所以含碳量为0.15%和0.35%的钢力学性能是不同的，后者比前者强度硬度高，塑性韧性差。 25. 在直杆轴向拉伸或压缩中，材料的刚度是指材料在受力下不会发生塑性变形的能力。（ ） 【答案】错误 【解析】材料的刚度是指材料对外力的抵抗能力，不同于材料的强度或塑性变形能力。 26. 铁碳合金试件在做拉伸试验时，都会产生缩颈现象。（ ） 【答案】错误 【解析】铸铁是铁碳合金，是脆性材料，没有缩颈现象。 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 28. 拉伸与压缩的受力特点是外力或外力的合力沿着杆的轴线作用。（ ） 【答案】正确 【解析】拉伸与压缩的共同受力特点是：外力或外力的合力沿直杆轴线作用，使杆件主要产生轴向伸长或缩短变形。因此该说法正确。 29. 使用截面法求轴力，与杆件的截面积的大小无关。 （ ） 【答案】正确 【解析】内力的大小和方向只与外力有关，与杆件的截面积大小无关；应力才与截面积的大小有关。 30. 在拉（压）杆中，轴力最大的截面一定是危险截面。（ ） 【答案】错误 【解析】拉压杆的危险程度取决于正应力σ=N/A，而不是只取决于轴力N。即使某截面的轴力最大，只要该处横截面面积较大，正应力也可能不是最大。因此，轴力最大的截面不一定是危险截面，该说法错误。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 什么是金属材料的屈服强度，它对材料的应用有何意义？ 【答案】屈服强度是材料在静载荷作用下，从弹性变形过渡到塑性变形的应力值。它标志着材料开始发生永久变形的点，对于设计和使用材料以避免过度变形和结构失效至关重要。 【解析】屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时所对应的应力。对于有明显屈服现象的材料，通常取屈服点对应的应力；对于没有明显屈服现象的材料，常用规定塑性延伸强度表示。屈服强度反映材料抵抗塑性变形的能力，是确定许用应力、选择材料和进行强度设计的重要依据。工作应力低于屈服强度时，通常可避免产生过大的永久变形，从而保证零件的使用性能和工作可靠性。 32. 一个圆杆如图所示，AB段的直径40mm，BC段的直径20mm，所受载荷F=30kN，求截面1-1、2-2上的应力。 【答案】（1）如（1）图，在BC段杆上任取一个截面，叫2-2截面，取2-2截面右段 杆为研究对象，受力图如图（2） （2）如（1）图，在AB段杆上任取一个截面，叫1-1截面，取1-1截面右段杆为研究 对象。画受力图如图（3） 1-1截面、2-2截面上的内力分别为23.87MPa和95.50MPa 【解析】解：（1）如右（1）图，在CD段杆上任取一个截面，叫1-1截面，取1-1截面右段杆为研究对象，受力图如图（2） （2）如（1）图，在BC段杆上任取一个截面，叫2-2截面，取2-2截面右段杆为研究对象。画受力图如图（3） 33. 材料的极限应力与许用应力是什么关系？ 【答案】极限应力是材料达到规定极限状态时所对应的应力。为了保证杆件安全，工作时的最大应力应小于材料的极限应力。许用应力是根据极限应力并考虑安全系数确定的允许工作应力，其关系为（安全系数n＞1）。安全系数n反映了杆件必要的强度储备。工程实际中，静载荷作用下塑性材料的安全系数一般取1.5～2，脆性材料一般取2.5～3.5。安全系数取值过大，许用应力过低，会造成材料浪费；取值过小，则不能保证安全。 【解析】许用应力不是材料极限应力本身，而是将极限应力除以大于1的安全系数后得到的允许工作应力。其基本关系为，其中n为安全系数。设计时应使杆件的最大工作应力不超过许用应力，即σmax≤[σ]，从而为材料性能差异、载荷不确定性、制造缺陷和计算误差等留出必要的强度储备。安全系数过大，会使许用应力过低并导致材料浪费；安全系数过小，则可能造成强度储备不足，影响结构安全。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 写出低碳钢拉伸实验时四个明显的变形阶段及每个阶段所对应的极限点。 变形阶段 极限点 备注 变形阶段排列顺序完全正确得1分，否则不得此1分 【答案】弹性阶段，比例极限（或弹性极限）；屈服阶段，屈服极限；强化阶段，强度极限；缩颈与断裂阶段，断裂点。 【解析】低碳钢拉伸试验的应力—应变曲线通常可分为四个明显阶段：第一阶段为弹性阶段，达到比例极限或弹性极限；第二阶段为屈服阶段，对应屈服极限（上、下屈服点）；第三阶段为强化阶段，随着塑性变形继续增加，材料发生变形强化，达到强度极限；第四阶段为缩颈与断裂阶段，试样出现局部缩颈并最终断裂，对应断裂点。 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 $ 湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 直杆的基本变形（上）——力学性能与拉伸压缩 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3分，共60分） 1. 关于金属材料的机械性能，下列说法不正确的是（ ） A. 衡量金属材料的塑性，断面收缩率较延伸率更好 B. 弹性模量是衡量金属材料刚度的指标 C. 硬度是金属表面抵抗局部塑性变形的能力 D. 材料的屈服强度较小，则零件的储备强度小，工作可靠性差 2. 材料A 的硬度为380HBS，材料B 的硬度为43HRC，A的硬度比B（ ） A. 硬 B. 软 C. 相近 D. 不能比较 3. 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 4. 洛氏硬度是下列哪一项来测量计算硬度值的（ ） A. 压痕深度 B. 压痕对角线 C. 压痕面积 D. 压痕直径 5. 下列关于韧性的说法，不正确的是（ ） A. 韧性是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力 B. 金属材料韧性的大小通常采用吸收能量K指标来衡量 C. 冲床的冲头要求具有足够的强度、塑性、硬度外，还要有足够的韧性 D. 韧性好的材料塑性一般不好 6. 表示塑性力学性能指标的符号是（ ） A. Rm B. HR C. K D. Z 7. 如图所示杆件，1-1载面、2-2截面、3-3截面上的轴力分别为（ ） A. F，2F，2F B. F，3F，5F C. 2F，3F，2F D. F，F，2F 8. 适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是（ ） A. 布氏硬度 B. 洛氏硬度 C. 维氏硬度 D. 莫氏硬度 9. ZG200-400表示（ ） A. 抗拉强度不小于200MPa，抗压强度不小于400Mpa B. 抗压强度不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa C. 屈服点不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa D. 抗拉强度不小于200MPa，屈服点不小于400MPa 10. 如图，AB 杆一端受力P 作用，杆内截面上的内力等于（ ） A. 0 B. P/2 C. P D. 2P 11. 直杆在受到外力作用时，横截面上的内力分布是均匀的，这种变形称为（ ） A. 拉伸变形 B. 压缩变形 C. 均匀变形 D. 非均匀变形 12. 外力撤去后能自动消失的变形称为（ ） A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 线性变形 D. 硬变形 13. 某轴的轴力沿杆轴是变化的，则在发生破坏的截面上有（ ） A. 外力一定最大，且面积一定最小； B. 轴力一定最大，且面积一定最小； C. 轴力不一定最大，但面积一定最小； D. 轴力和面积之比一定最大 14. 如图所示阶梯形直杆，在外力F作用下，下列关于其各段轴力描述正确的是（ ） A. AB段轴力最大 B. BC段轴力最大 C. CD段轴力最大 D. 三段轴力一样大 15. 构件在正常工作时，材料所允许承受的最大应力称为（ ） A. 极限应力 B. 危险应力 C. 许用应力 D. 正应力 16. 杆件在轴向拉伸或压缩过程中，其内部的应力状态是什么( ) A. 纯剪切应力 B. 轴向拉压应力 C. 弯曲应力 D. 扭转应力 17. 已知一点应力状态如图，其＝（ ） A. 72.1Mpa B. 50Mpa C. 30Mpa D. 80Mpa 18. 横截面内任一点上分布内力的密集程度称为（ ） A. 应力 B. 轴力 C. 压力 D. 外力 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. 在直杆轴向拉伸与压缩时，强度计算通常以哪种参数为基础（ ） A. 弹性模量 B. 屈服强度 C. 断裂强度 D. 韧性 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 一般认为，硬度过低的金属材料，其切削加工性能较好。（ ） 22. 韧性越好的材料，其硬度就越高。（ ） 23. 材料的强度越高，其韧性越好。（ ） 24. 含碳量为0.15%和0.35%的钢属于亚共析钢，在室温下的组织由珠光体和铁素体组成，所以它们的力学性能相同（ ） 25. 在直杆轴向拉伸或压缩中，材料的刚度是指材料在受力下不会发生塑性变形的能力。（ ） 26. 铁碳合金试件在做拉伸试验时，都会产生缩颈现象。（ ） 27. 在杆件截面突变处的横截面上，应力分布是均匀的。（ ） 28. 拉伸与压缩的受力特点是外力或外力的合力沿着杆的轴线作用。（ ） 29. 使用截面法求轴力，与杆件的截面积的大小无关。 （ ） 30. 在拉（压）杆中，轴力最大的截面一定是危险截面。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 什么是金属材料的屈服强度，它对材料的应用有何意义？ 32. 一个圆杆如图所示，AB段的直径40mm，BC段的直径20mm，所受载荷F=30kN，求截面1-1、2-2上的应力。 33. 材料的极限应力与许用应力是什么关系？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 写出低碳钢拉伸实验时四个明显的变形阶段及每个阶段所对应的极限点。 变形阶段 极限点 备注 变形阶段排列顺序完全正确得1分，否则不得此1分 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 $