拉壓靜不定
如圖所示結構由剛性橫樑ad、彈性杆1和2組成,梁的一端作用鉛垂載荷f,兩彈性杆均長l,拉壓剛度為ea,試求d點的垂直位移。(圖上有提示)
解:在力f作用下,剛性梁ad發生微小轉動,設點b和c的鉛垂位移分別為δ1和δ2,則
δ1=δ2
設桿1和杆2的伸長量分別為
△l1和△l2,根據節點b和c處的變形關係,有
則△l1和△l2的關係為a)
由平衡條件,對a點取矩得
即b)聯立方程(a)和(b),解得
d點位移為
一.摩爾積分單位載荷法
直徑的圓截面鋼桿製成的鋼架,在自由端處受到集中力作用,鋼桿的彈性模量為,,,不計剪力和軸力的影響,試求自由端處的水平位移。(提示:可採用莫爾積分方法求解)
題**:(1)求梁的內力方程
半圓弧段
直杆段(2)求自由端的水平位移
在自由端水平方向加單位載荷,如圖所示,由水平單位載荷產生的軸力和彎矩方程分別為:
半圓弧段
直杆段由莫爾積分,可得自由端處的水平位移為:
二.應力應變分析
圖2所示為一矩形截面鑄鐵梁,受兩個橫向力作用。
(1)從梁表面的,,三點處取出的單元體上,用箭頭表示出各個面上的應力。
(2)定性地繪出,,三點的應力圓。
(3)在各點的單元體上,大致畫出主應力單元體圖。
(4)試根據第一強度理論,說明(畫圖表示)梁破壞時裂縫在,兩點處的走向。
圖2解:
(1)中間段是純彎曲,故切應力為零。點在中性層上,所以正應力為零。單元體受力如圖2.1所示。
圖2.1
(2)點應力圓與軸相切,點應力圓以原點為圓心,見圖2.2。
圖2.2
(3)主應力單元體如圖2.3所示。
圖2.3
(4)根據第一強度理論,物體是由最大拉應力造成破壞,故裂縫面應垂直於主應力,如圖2.4所示。
圖2.4
圖示矩形截面簡支梁在集中載荷p作用下.
1 在y方向間距的a、b、c、d、e五點取單元體,定性分析這五點的應力情況, 並指出單元體屬於哪種應力狀態.(c點位於中性層)
2 若測得梁上d點在x及y方向上的正應變為εx=4.0×10 - 4及εy= -1.2×10 – 4.
已知材料的彈性模量 e=200gpa,泊松比μ=0.3.試求d點x及y方向上的正應力.
解:1各點的應力狀態[10分(每個單元體2分)]
a、e點為單向應力狀態;c點為純剪下應力狀態;b、d點為二向應力狀態。
2 求d點x及y方向上的正應力
解得:圖所示薄壁圓筒,未受力時兩端與固定支座貼合,試問當內壓為時筒壁的應力。筒的長度為,內徑為,壁厚為,材料的泊松比為。()
解:首先,解除右端固定支座,並用約束力代替其作用。
在內壓作用下,筒壁的軸向和周向正應力分別為
根據胡克定律,並考慮到,得到筒體的軸向變形為
在約束力作用下,筒體的軸向變形則為
利用疊加法,得到筒體的總軸向變形為
根據筒的變形協調條件,由上式得補充方程為
即由此可得約束力為
由上述分析可以得到筒壁的軸向和周向正應力分別為
在一塊厚鋼塊上挖了一條貫穿的槽,槽的寬度和深度都是1cm。在此槽內緊密無隙地嵌入了一鋁質立方塊,其尺寸是1 1 1cm,並受p=6kn壓縮力如圖示,試求鋁立方塊的三個主應力。假定厚鋼塊是不變形的,鋁的e=71gpa,=0.
33。解兩端封閉的薄壁圓筒,長度為,內徑為,壁厚為,如圖所示。已知材料的彈性模量為,泊松比為。筒內無內壓時,兩端用剛性壁夾住。筒內承受內壓為時,求此時圓筒作用於剛性壁上的力。
解:(1)靜力關係
當圓筒受內壓時,圓筒受剛性支座的約束力和作用,由水平方向的平衡關係可知: 是一次靜不定問題
(2)幾何關係
取圓筒的軸向、環向和徑向分別為,和向。 由約束條件可得:
(3)物理關係
由廣義hooke定律
其中故,可得
直徑的鋁圓柱,放在厚度為的鋼套筒內,且兩者之間沒有間隙。作用於圓柱上的軸向壓力為。鋁的彈性模量及泊松比分別為, ;鋼的彈性模量及泊松比分別為,求套筒內的環向應力。
題**答: 對柱與套筒任意接觸兩點做應力狀態分析(如圖所示)
鋁圓柱的軸向壓應力為:
鋁圓柱的環向應力和徑向應力分別為:
並設鋼套筒的受力和薄壁圓筒受內壓作用相識,所以環向應力為:
徑向應力和環向應力分別為:
由於鋁圓柱與鋼套筒無間隙,因此兩者在接觸的任意點處的環向應變相等
幾何關係)
由廣義hooke定律:
所以解之,得:
所以,鋼套筒的環向應力為:
直徑d=10cm的等截面圓軸的受力情況如圖所示。試驗中在軸向拉力和扭轉力偶矩共同作用下,測得軸表面k點處沿軸線方向的線應變 =300×10-6,沿與軸線成45°方向的線應變 45°=-140×10-6。已知軸材料的彈性模量 =200gpa,泊松比 =0.
29, 許用應力[ ]=120 mpa,試求:
1、 扭矩和軸力。
2、 用第四強度理論校核軸的強度。(17分)
(提示:)
解:在k點取出單元體如圖所示:再圍繞k點取與軸線成45°的單元體,其受力情況如圖所示,通過斜截面應力公式有,
三.壓桿穩定
矩形截面壓桿如圖所示,在正檢視(a)所示的平面內彎曲時,兩端可視為鉸支,在俯檢視(b)所示的平面內彎曲時,兩端可視為固定,試求此杆的臨界載荷fcr。(17分)
(相關材料常數e=200gpa, a=310mpa, b=1.14mpa,)
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