彎曲變形
1. 已知梁的彎曲剛度ei為常數,今欲使梁的撓曲線在x=l/3處出現一拐點,則比值me1/me2為:
(a) me1/me2=2; (b) me1/me2=3;
(c) me1/me2=1/2; (d) me1/me2=1/3。
答:c2. 外伸梁受載荷如圖示,其撓曲線的大致形狀有下列(a)、(b)、(c),(d)四種:
答:b3. 簡支梁受載荷並取座標系如圖示,則彎矩m、剪力fs與分布載荷q之間的關係以及撓曲線近似微分方程為:
(a);
(b);
(c);
(d)。
答:b4. 彎曲剛度為ei的懸臂梁受載荷如圖示,自由端的撓度(↓)
則截面c處撓度為:
(ab)(↓);
(c)(↓); (d)(↓)。
答:c5. 畫出(a)、(b)、(c)三種梁的撓曲線大致形狀。
答:6. 試畫出圖示梁的撓曲線大致形狀。
答:7. 正方形截面梁分別按(a)、(b)兩種形式放置,則兩者間的彎曲剛度關係為下列中的哪一種:
(a) (a)>(bb) (a)<(b);
(c) (a)=(bd) 不一定。
答:c8. 試寫出圖示等截面梁的位移邊界條件,並定性地畫出梁的撓曲線大致形狀。
答:x=0, w1=0, =0;x=2a,w2=0,w3=0;x=a,w1=w2;x=2a,。
9. 試畫出圖示靜定組合梁在集中力f作用下撓曲線的大致形狀。
答:10. 畫出圖示各梁的撓曲線大致形狀。
答:11. 作圖示外伸梁的彎矩圖及其撓曲線的大致形狀。
答:12. 彎曲剛度為ei的等截面外伸梁如圖示。當梁內任一縱向層總長度均不因其自重引起的彎曲而有所改變時,證明兩支座間的距離應為l-2a=0.577l。
證: 令外伸端長度為a,內跨長度為2b,,因對稱性,由題意有:
得 a3 + 3a2b -2b3 = 0
a3 + a2b + 2a2b -2b3 = 0
a2 + 2ba -2b2 = 0
a = 0.211l
即 l -2a = 0.577l 證畢。
13. 等截面懸臂梁彎曲剛度ei為已知,梁下有一曲面,方程為w = -ax3。欲使梁變形後與該曲面密合(曲面不受力),試求梁的自由端處應施加的載荷。
解: fs(x) = -6eia
x=l, m = -6eial
f=6eia(↑),me=6eial()
14. 變截面懸臂梁受均布載荷q作用,已知q、梁長l及彈性模量e。試求截面a的撓度wa和截面c的轉角θc。
解: 由邊界條件得
15. 在剛性圓柱上放置一長2r、寬b、厚h的鋼板,已知鋼板的彈性模量為e。試確定在鉛垂載荷q作用下,鋼板不與圓柱接觸部分的長度l及其中之最大應力。
解:鋼板與圓柱接觸處有
故16. 彎曲剛度為ei的懸臂梁受載荷如圖示,試用積分法求梁的最大撓度及其撓曲線方程。
解:17. 圖示梁的左端可以自由上下移動,但不能左右移動及轉動。試用積分法求力f作用處點a下降的位移。
解:(↓)18. 簡支梁上自a至b的分布載荷q(x)=-kx2,k為常數。試求撓曲線方程。
解: 二次積分
x=0, m=0, b=0
x=l, m=0,
x=0, w=0, d=0
x=l, w=0,
(↓)19. 彎曲剛度為ei的懸臂梁原有微小初曲率,其方程為y=kx3。現在梁b端作用一集中力,如圖示。
當f力逐漸增加時,梁緩慢向下變形,靠近固定端的一段梁將與剛性水平面接觸。若作用力為f,試求:
(1) 梁與水平面的接觸長度;
(2) 梁b端與水平面的垂直距離。
解:(1) 受力前c處曲率,彎矩m(a)1 = 0
受力後c處曲率,彎矩m(a)2 = -f (l - a)
(2) 同理, 受力前x1截面處
受力後x1截面處
積分二次
c=0, d=0
20. 圖示彎曲剛度為ei的兩端固定梁,其撓度方程為
式中a、b、c、d為積分常數。試根據邊界條件確定常數a、b、c、d,並繪製梁的剪力fs、彎矩m圖。
解:x = 0,w = 0,d = 0
代入方程
21. 已知承受均布載荷q0的簡支樑中點撓度為,則圖示受三角形分布載荷作用樑中點c的撓度為wc
答:(↓)
22. 試用疊加法計算圖示梁a點的撓度wa。
解: (↓)
23. 試求圖示梁bc段中點的撓度。
解: (↓)
24. 已知梁的彎曲剛度ei。試用疊加法求圖示梁截面c的撓度wc。
解: (↓)
25. 已知梁的彎曲剛度ei為常數。試用疊加法求圖示梁b截面的撓度和轉角。
解: (↓)
26. 試用疊加法求圖示簡支梁跨度中點c的撓度。
解:(↓)
27. 試用疊加法求圖示簡支梁集中載荷作用點c的撓度。
解:(↓)
28. 已知簡支梁在均布載荷作用下跨中的撓度為,用疊加法求圖示樑中點c的撓度。
解:(↓)
29. 彎曲剛度為ei的懸臂梁受載荷如圖示,試用疊加法求a端的轉角θa。
解: ()
30. 彎曲剛度為ei的等截面梁受載荷如圖示,試用疊加法計算截面c的撓度wc。
解:(↓)
31. 如圖所示兩個轉子,重量分別為p1和p2,安裝在剛度分別為ei1及ei2的兩個軸上,支承軸是a、b、c、d四個軸承。b、c兩軸承靠得極近以便於用軸套將此兩軸連線在一起。
如果四個軸承的高度相同,兩根軸在b、c處連線時將出現「蹩勁」現象。為消除此現象可將a處軸承抬高,試求抬高的高度。
解: ,
點a抬高的高度為
32. 圖示梁ab的左端固定,而右端鉸支。梁的橫截面高度為h,彎曲剛度為ei,線膨脹係數為,若梁在安裝後,頂面溫度為t1,底面溫度為t2(t2>t1),試求此梁的約束力。
解:因溫度變化而彎曲的撓曲線微分方程為
由a處邊界條件得
而33. 圖示溫度繼電器中兩種金屬片粘結的組合梁,左端固定,右端自由。兩種材料的彈性模量分別為e1與e2。線膨脹係數分別為與,並且>。試求溫度公升高t℃時在b端引起的撓度。
解:>,梁上凸下凹彎曲
平衡條件 fn1 = fn2 = fn
m1 + m2 = fnh
變形協調 θ1 =θ2,
1 =ε2,即ε1n +ε1m +ε1t =ε2n +ε2m +ε2t
得其中 a1 = a2 = bh,i1 = i2 =
則 fn1 = fn2 =
m1 =
m2 =
故34. 單位長度重量為q,彎曲剛度為ei的均勻鋼條放置在剛性平面上,鋼條的一端伸出水平面一小段cd,若伸出段的長度為a,試求鋼條抬高水平面bc段的長度b。
解:35. 圖示將厚為h = 3 mm的帶鋼圍捲在半徑r = 1.2 m的剛性圓弧上,試求此時帶鋼所產生的最大彎曲正應力。
已知鋼的彈性模量e = 210 gpa,屈服極限= 280 mpa,為避免帶鋼產生塑性變形,圓弧面的半徑r應不小於多少?
解: mpa,
, r = 1.12 m
36. 一懸臂梁受分布載荷作用如圖示,荷載集度,試用疊加原理求自由端處截面b的撓度wb,梁彎曲剛度ei為常量。解:
(↑)37. 試用疊加法求圖示簡支梁跨中截面c的撓度wc值,梁彎曲剛度ei為常量。
解: (↓)
38. 試求圖示超靜定梁截面c的撓度wc值,梁彎曲剛度ei為常量。
解: 取懸臂梁為基本系統,wb = 0
,(↓)39. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:取懸臂梁為基本系統,wb = 0
40. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:去c支座,取簡支梁ab為基本系統
41. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:去c支座,取簡支梁ab為基本系統
42. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:去c支座,取簡支梁ab為基本系統
wc = 0,(↑),(↑)
利用對稱性取c端固定,以ac段懸樑比擬作基本系統,wa = 0
43. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:去c支座,取簡支梁ab為基本系統
(↓)(↑)wc = 0,(↑)
(↑)另解:因對稱性,取c處固定的ac懸臂梁為基本系統,wa = 0
44. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:去a支座,以外伸梁為基本系統,wa = 0
45. 試求圖示超靜定梁支座約束力值,梁彎曲剛度ei為常量。
解:因反對稱,wc = 0
取ac段懸臂梁為基本系統,c處只有反對稱內力fsc
46. 圖示超靜定梁a端固定,b端固結於可沿鉛垂方向作微小移動,但不可轉動的定向支座上。梁彎曲剛度ei為常量,試求撓度wb值。
解:去b支座,以懸臂梁ab為基本系統,θb = 0()
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