材料力学答案1.docx

第二章 轴向拉伸和压缩2-1 2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。（a）解： ； ；（b）解： ； ；（c）解： ； 。(d) 解： 。2-2 一打入地基内的木桩如图所示，沿杆轴单位长度的摩擦力为f=kx（k为常数），试作木桩的轴力图。解：由题意可得： Fdx=F,有1/3kl=F,k=3F/l FN（x1）=3Fx/ldx=F(x1 /l) 2-3 石砌桥墩的墩身高l=10m，其横截面面尺寸如图所示。荷载F=1000KN，材料的密度=2.3510kg/m，试求墩身底部横截面上的压应力。解：墩身底面的轴力为： 2-3图墩身底面积：因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。屋架的上弦用钢筋混凝土制成。下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm8mm的等边角钢。已知屋面承受集度为 的竖直均布荷载。试求拉杆AE和EG横截面上的应力。解： = 1） 求内力取I-I分离体 得 （拉）取节点E为分离体， 故 （拉）2） 求应力 758等边角钢的面积 A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5 图示拉杆承受轴向拉力 ，杆的横截面面积 。如以 表示斜截面与横截面的夹角，试求当 ，30 ，45 ，60 ，90 时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。 解： 2-6 一木桩柱受力如图所示。柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。解： （压） （压）2-7 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。解：取长度为截离体（微元体）。则微元体的伸长量为： ，因此， 2-10 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。已知该杆材料的弹性常数为E， ，试求C与D两点间的距离改变量 。解： 横截面上的线应变相同因此 2-11 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量，已知，。试求C点的水平位移和铅垂位移。变形协调图受力图 2-11图解：（1）求各杆的轴力 以AB杆为研究对象，其受力图如图所示。 因为AB平衡，所以 ，由对称性可知，（2）求C点的水平位移与铅垂位移。 A点的铅垂位移： B点的铅垂位移： 1、2、3杆的变形协（谐）调的情况如图所示。由1、2、3杆的变形协（谐）调条件，并且考虑到AB为刚性杆，可以得到C点的水平位移：C点的铅垂位移：2-12 图示实心圆杆AB和AC在A点以铰相连接，在A点作用有铅垂向下的力。已知杆AB和AC的直径分别为和，钢的弹性模量。试求A点在铅垂方向的位移。解：（1）求AB、AC杆的轴力 以节点A为研究对象，其受力图如图所示。 由平衡条件得出： ： (a) ： (b)(a) (b)联立解得： ； （2）由变形能原理求A点的铅垂方向的位移 式中，； ； 故：2-13 图示A和B两点之间原有水平方向的一根直径的钢丝，在钢丝的中点C加一竖向荷载F。已知钢丝产生的线应变为，其材料的弹性模量，钢丝的自重不计。试求： （1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律）；（2）钢丝在C点下降的距离；（3）荷载F的值。解：（1）求钢丝横截面上的应力 （2）求钢丝在C点下降的距离 。其中，AC和BC各。 （3）求荷载F的值 以C结点为研究对象，由其平稀衡条件可得：习题2-15水平刚性杆AB由三根BC,BD和ED支撑，如图，在杆的A端承受铅垂荷载F=20KN,三根钢杆的横截面积分别为A1=12平方毫米，A2=6平方毫米，A,3=9平方毫米，杆的弹性模量E=210Gpa，求：（1） 端点A的水平和铅垂位移。（2） 应用功能原理求端点A的铅垂位移。解：（1）（2）2-16 简易起重设备的计算简图如图所示。已知斜杆AB用两根63mm40mm4mm不等边角钢组成，钢的许用应力=170MPa。试问在提起重量为P=l5kN的重物时，斜杆AB是否满足强度条件?解:1.对滑轮A进行受力分析如图：FY=0；FNABsin300=2F，得，FNAB=4F=60kN2查附录的63mm40mm4mm不等边角钢的面积A=4.0582=8.116cm由正应力公式：=FNAB /A=6010/(8.11610-4)=73.9106 Pa=73.9MPa所以斜杆AB满足强度条件。2-17 简单桁架及其受力如图所示，水平杆BC的长度保持不变，斜杆AB的长度可随夹角的变化而改变。两杆由同一种材料制造，且材料的许用拉应力和许用压应力相等。要求两杆内的应力同时达到许用应力，且结构的总重量为最小时，试求： （1）两杆的夹角；（2）两杆横截面面积的比值。解：（1）求轴力 取节点B为研究对象，由其平衡条件得： 2-17 （2）求工作应力 （3）求杆系的总重量 。是重力密度（简称重度，单位：）。 （4）代入题设条件求两杆的夹角 条件： ， ， 条件：的总重量为最小。 从的表达式可知，是角的一元函数。当的一阶导数等于零时，取得最小值。 ， （5）求两杆横截面面积的比值 ， 因为： ， ， 所以： 2-18 一桁架如图所示。各杆都由两个等边角钢组成。已知材料的许用应力，试选择AC和CD的角钢型号。解：（1）求支座反力 由对称性可知， （2）求AC杆和CD杆的轴力 以A节点为研究对象，由其平 衡条件得： 以C节点为研究对象，由其平衡条件得： （3）由强度条件确定AC、CD杆的角钢型号 AC杆： 选用2（面积）。 CD杆： 选用2（面积）。2-19 一结构受力如图所示，杆件AB、CD、EF、GH都由两根不等边角钢组成。已知材料的许用应力，材料的弹性模量，杆AC及EG可视为刚性的。试选择各杆的角钢型号，并分别求点D、C、A处的铅垂位移、。 解：（1）求各杆的轴力 （2）由强度条件确定AC、CD杆的角钢型号 AB杆： 选用2（面积）。 CD杆： 选用2（面积）。EF杆： 选用2（面积）。 GH杆： 选用2（面积）。 （3）求点D、C、A处的铅垂位移、 EG杆的变形协调图如图所示。2-10 已知混凝土的密度=2.25103kg/m3，许用压应力=2MPa。试按强度条件确定图示混凝土柱所需的横截面面积 A1 和 A2。若混凝土的弹性模量E=20GPa，试求柱顶 A 的位移。 解：混凝土柱各段轴力分别为： 混凝土柱各段危险截面分别为柱中截面和柱底截面，其轴力分别为： 由强度条件： 取A1 =0.576m 取A2 =0.664m 柱底固定，则柱顶位移值等于柱的伸缩量，可用叠加原理计算2-21 （1）刚性梁AB用两根钢杆AC、BD悬挂着，其受力如图所示。已知钢杆AC和BD的直径分别为和，钢的许用应力，弹性模量。试校核钢杆的强度，并计算钢杆的变形、及A、B两点的竖向位移、。解：（1）校核钢杆的强度 求轴力 计算工作应力 2-21 因为以上二杆的工作应力均未超过许用应力170MPa，即；，所以AC及BD杆的强度足够，不会发生破坏。 （2）计算、 （3）计算A、B两点的竖向位移、第三章 扭转3-1 一传动轴作匀速转动，转速 ，轴上装有五个轮子，主动轮输入的功率为60kW，从动轮，依次输出18kW，12kW,22kW和8kW。试作轴的扭矩图。解： kN kN kN kN 3-2 实心圆轴的直径 mm，长 m，其两端所受外力偶矩 ，材料的切变模量 。试求：（1）最大切应力及两端截面间的相对扭转角；（2）图示截面上A，B，C三点处切应力的数值及方向；（3）C点处的切应变。 。式中，。 3-2故：，式中，。故：（2）求图示截面上A、B、C三点处切应力的数值及方向 ， 由横截面上切应力分布规律可知：， A、B、C三点的切应力方向如图所示。（3）计算C点处的切应变 3-3 空心钢轴的外径，内径。已知间距为的两横截面的相对扭转角，材料的切变模量。试求： （1）轴内的最大切应力；（2）当轴以的速度旋转时，轴所传递的功率。解；（1）计算轴内的最大切应力。 式中，。， （2）当轴以的速度旋转时，轴所传递的功率 3-4 某小型水电站的水轮机容量为50kW，转速为300r/min，钢轴直径为75mm，如果在正常运转下且只考虑扭矩作用，其许用剪应力=20MPa。试校核轴的强度。解： 3-5 图示绞车由两人同时操作，若每人在手柄上沿着旋转的切向作用力F均为0.2kN，已知轴材料的许用切应力，试求： （1）AB轴的直径；（2）绞车所能吊起的最大重量。解：（1）计算AB轴的直径AB轴上带一个主动轮。两个手柄所施加的外力偶矩相等： 扭矩图如图所示。 3-5 由AB轴的强度条件得： （2）计算绞车所能吊起的最大重量 主动轮与从动轮之间的啮合力相等： ， 由卷扬机转筒的平衡条件得：，3-6 已知钻探机钻杆（参看题3-2图）的外径，内径，功率，转速，钻杆入土深度，钻杆材料的，许用切应力。假设土壤对钻杆的阻力是沿长度均匀分布的，试求： （1）单位长度上土壤对钻杆的阻力矩集度；（2）作钻杆的扭矩图，并进行强度校核；（3）两端截面的相对扭转角。解：（1）求单位长度上土壤对钻杆的阻力矩集度设钻杆轴为轴，则：， （2）作钻杆的扭矩图，并进行强度校核 作钻杆扭矩图。 ； 扭矩图如图所示。强度校核，式中，因为，即，所以轴的强度足够，不会发生破坏。（3）计算两端截面的相对扭转角式中，3-7 图示一等直圆杆，已知 ， ， ， 。试求：（1）最大切应力；（2）截面A相对于截面C的扭转角。解：（1）由已知得扭矩图（a） （2） 3-8 直径的等直圆杆，在自由端截面上承受外力偶，而在圆杆表面上的A点将移动到A1点，如图所示。已知，圆杆材料的弹性模量，试求泊松比（提示：各向同性材料的三个弹性常数E、G、间存在如下关系：。解：整根轴的扭矩均等于外力偶矩：。设两截面之间的相对对转角为，则，.式中，由得：3-9 直径的钢圆杆，受轴向拉60kN作用时，在标距为200mm的长度内伸长了0.113mm。当其承受一对扭转外力偶矩时，在标距为200mm的长度内相对扭转了0.732的角度。试求钢材的弹性常数E、G和。解：（1）求弹性模量E （2）求剪切弹性模量G 由得 （3）泊松比 由得：3-10 长度相等的两根受扭圆轴，一为空心圆轴，一为实心圆轴，两者材料相同，受力情况也一样。实心轴直径为d；空心轴外径为D，内径为 ，且 。试求当空心轴与实心轴的最大切应力均达到材料的许用切应力 ），扭矩T相等时的重量比和刚度比。第一种：解：重量比= 因为 即 故 故 刚度比= 第二种：解：（1）求空心圆轴的最大切应力，并求D。式中，故： 3-10（1）求实心圆轴的最大切应力，式中， ，故：，（3）求空心圆轴与实心圆轴的重量比 （4）求空心圆轴与实心圆轴的刚度比， = 3-11 全长为，两端面直径分别为的圆台形杆，在两端各承受一外力偶矩，如图所示。试求杆两端面间的相对扭转角。解：如图所示，取微元体，则其两端面之间的扭转角为： 式中， ，故：=3-12 已知实心圆轴的转速，传递的功率，轴材料的许用切应力，切变模量。若要求在2m长度的相对扭转角不超过，试求该轴的直径。解：式中，；。故：，取。3-13习题3-1中所示的轴，材料为钢，其许用切应力 ，切变模量 ，许可单位长度扭转角 。试按强度及刚度条件选择圆轴的直径。解：由3-1题得： 故选用 。3-14 阶梯形圆杆，AE段为空心，外径D=140mm，内径d=100mm；BC段为实心，直径d=100mm。外力偶矩 ， ， 。已知： ， ， 。试校核该轴的强度和刚度。解：扭矩图如图（a）（1）强度= ， BC段强度基本满足 = 故强度满足。（2）刚度 BC段： BC段刚度基本满足。 AE段： AE段刚度满足，显然EB段刚度也满足。3-15有一壁厚为25mm、内径为250mm的空心薄壁圆管，其长度为1m，作用在轴两端面内的外力偶矩为180 。试确定管中的最大切应力，并求管内的应变能。已知材料的切变模量 。试确定管中的最大切应力，并求管内的应变能。解： 3-16 一端固定的圆截面杆AB，承受集度为的均布外力偶作用，如图所示。试求杆内积蓄的应变能。已矩材料的切变模量为G。解： 3-163-17 簧杆直径 mm的圆柱形密圈螺旋弹簧，受拉力 作用，弹簧的平均直径为 mm，材料的切变模量 。试求：（1）簧杆内的最大切应力；（2）为使其伸长量等于6mm所需的弹簧有效圈数。解： ， 故 因为 故 圈3-18 一圆锥形密圈螺旋弹簧承受轴向拉力F如图，簧丝直径，材料的许用切应力，切变模量为G，弹簧的有效圈数为。试求： （1）弹簧的许可切应力；（2）证明弹簧的伸长。解：（1）求弹簧的许可应力 用截面法，以以簧杆的任意截面取出上面部分为截离体。由平衡条件可知，在簧杆横截面上：剪力扭矩最大扭矩： ，因为，所以上式中小括号里的第二项，即由Q所产生的剪应力可以忽略不计。此时（2）证明弹簧的伸长 外力功： ， ，3-19 图示矩形截面钢杆承受一对外力偶矩 。已知材料的切变模量 ，试求：（1）杆内最大切应力的大小、位置和方向；（2）横截面矩边中点处的切应力；（3）杆的单位长度扭转角。解：（1）求杆内最大切应力的大小、位置和方向 ， ， ， 由表得， ，长边中点处的切应力，在上面，由外指向里（2）计算横截面短边中点处的切应力短边中点处的切应力，在前面由上往上（3）求单位长度的转角 3-21 图示T形薄壁截面杆的长度，在两端受扭转力矩作用，材料的切变模量，杆的横截面上和扭矩为。试求杆在纯扭转时的最大切应力及单位长度扭转角。解：（1）求最大切应力（2）求单位长度转角 3-22 示为一闭口薄壁截面杆的横截面，杆在两端承受一外力偶。材料的许用切应力。试求：（1）按强度条件确定其许可扭转力偶矩（2）若在杆上沿母线切开一条纤缝，则其许可扭转力偶矩将减至多少？解：（1）确定许可扭转力偶矩（2）求开口薄壁时的3-23 图示为薄壁杆的的两种不同形状的横截面，其壁厚及管壁中线的周长均相同。两杆的长度和材料也相同，当在两端承受相同的一对扭转外力偶矩时，试求：（1） 最大切应力之比；（2） 相对扭转角之比。解：（1）求最大切应力之比开口： 依题意：，故：闭口：，（3） 求相对扭转角之比 开口：， 闭口：第四章 弯曲应力 4-1 试求图示各梁中指定截面上的剪力和弯矩。a（5）=h（4）b（5）=f（4）4-2 试写出下列各梁的剪力方程和弯矩方程，并作剪力图和弯矩图。解：（a） （b） 时 时 （c） 时 时 （d） （e） 时， 时， （f）AB段： BC段： （g）AB段内： BC段内： （h）AB段内： BC段内： CD段内： 4-3 试利用荷载集度、剪力和弯矩间的微分关系作下列各梁的剪力图和弯矩图。 4-4 试作下列具有中间铰的梁的剪力图和弯矩图。 4-6 已知简支梁的剪力图如图所示。试作梁的弯矩图和荷载图。已知梁上没有集中力偶作用。4-8 试用叠加法作图示各梁的弯矩图。 4-8（b） 4-8（c）4-9 选择合适的方法，做弯矩图和剪力图。4-9（b） 4-9（c）4-10 一根搁在地基上的梁承受荷载如图a和b所示。假设地基的反力是均匀分布的。试分别求地基反力的集度qR ，并作梁的剪力图和弯矩图。4-13 圆弧形曲杆受力如图所示。已知曲杆的轴线为圆弧，其半径为R，试写出任意横截面C上剪力、弯矩和轴力的表达式（表示成 角的函数），并作曲杆的剪力图、弯矩图和轴力图。 解：（a） （b） 4-16 长度为250mm、截面尺寸为 的薄钢尺，由于两端外力偶的作用而弯成中心角为 的圆弧。已知弹性模量 。试求钢尺横截面上的最大正应力。解：由中性层的曲率公式 及横截面上最大弯曲正应力公式 得： 由几何关系得： 于是钢尺横截面上的最大正应力为： 4-184-214-23 由两根36a号槽钢组成的梁如图所示。已知;F=44kN，q=1kN/m。钢的许用弯曲正应力170Mpa，试校核梁的正应力强度。4-254-284-294-334-364-35第五章 梁弯曲时的位移5-35-75-12 试按叠加原理并利用附录IV求解习题5-4。 解： （向下）（向上） （逆） （逆）5-12试按叠加原理并利用附录IV求解习题5-5。解：分析梁的结构形式，而引起BD段变形的外力则如图（a）所示，即弯矩 与弯矩 。 由附录（）知，跨长l的简支梁的梁一端受一集中力偶M作用时，跨中点挠度为 。用到此处再利用迭加原理得截面C的挠度 （向上）5-12试按叠加原理并利用附录IV求解习题5-10。解： 5-13 试按迭加原理并利用附录IV求解习题5-7中的 。 解：原梁可分解成图5-16a和图5-16d迭加，而图5-16a又可分解成图5-16b和5-16c。由附录得5-5(5-18) 试按迭加原理求图示梁中间铰C处的挠度 ，并描出梁挠曲线的大致形状。已知EI为常量。解：（a）由图5-18a-1（b）由图5-18b-1 = 5-7(5-25) 松木桁条的横截面为圆形，跨长为4m，两端可视为简支，全跨上作用有集度为 的均布荷载。已知松木的许用应力 ，弹性模量 。桁条的许可相对挠度为 。试求桁条横截面所需的直径。（桁条可视为等直圆木梁计算，直径以跨中为准。）解：均布荷载简支梁，其危险截面位于跨中点，最大弯矩为 ，根据强度条件有 从满足强度条件，得梁的直径为 对圆木直径的均布荷载，简支梁的最大挠度 为 而相对挠度为 由梁的刚度条件有 为满足梁的刚度条件，梁的直径有 由上可见，为保证满足梁的强度条件和刚度条件，圆木直径需大于 。 5-24图示木梁的右端由钢拉杆支承。已知梁的横截面为边长等于0.20 m的正方形， ， ；钢拉杆的横截面面积 。试求拉杆的伸长 及梁中点沿铅垂方向的位移 。 解：从木梁的静力平衡，易知钢拉杆受轴向拉力40 于是拉杆的伸长 为 = 木梁由于均布荷载产生的跨中挠度 为 梁中点的铅垂位移 等于因拉杆伸长引起梁中点的刚性位移 与中点挠度 的和，即 第六章 简单超静定问题 6-1 试作图示等直杆的轴力图。解：取消A端的多余约束，以 代之，则 （伸长），在外力作用下杆产生缩短变形。 因为固定端不能移动，故变形协调条件为： 故 故 6-2 图示支架承受荷载 各杆由同一材料制成，其横截面面积分别为 ， 和 。试求各杆的轴力。解：设想在荷载F作用下由于各杆的变形，节点A移至 。此时各杆的变形 及 如图所示。现求它们之间的几何关系表达式以便建立求内力的补充方程。 即： 亦即： 将 ， ， 代入，得：即： 亦即： （1）此即补充方程。与上述变形对应的内力 如图所示。根据节点A的平衡条件有：； 亦即： （2）； ， 亦即： （3）联解（1）、（2）、（3）三式得：（拉）（拉）（压）6-3 一刚性板由四根支柱支撑，四根支柱的长度和截面都相同，如图所示。如果荷载F作用在A点，试求这四根支柱各受力多少。解：因为2，4两根支柱对称，所以 ，在F力作用下：变形协调条件：补充方程：求解上述三个方程得： 6-4 刚性杆AB的左端铰支，两根长度相等、横截面面积相同的钢杆CD和EF使该刚性杆处于水平位置，如图所示。如已知 ，两根钢杆的横截面面积 ，试求两杆的轴力和应力。解： ， （1）又由变形几何关系得知：， （2）联解式（1），（2），得 ， 故 ， 6-7 横截面为250mm250mm的短木柱，用四根40mm40mm5mm的等边角钢加固，并承受压力F，如图所示。已知角钢的许用应力 ，弹性模量 ；木材的许用应力 ，弹性模量 。试求短木柱的许可荷载 。解：（1）木柱与角钢的轴力由盖板的静力平衡条件： （1）由木柱与角钢间的变形相容条件，有 （2）由物理关系： （3）式（3）代入式（2），得（4）解得： 代入式（1），得： （2）许可载荷 由角钢强度条件由木柱强度条件：故许可载荷为： 6-9 图示阶梯状杆，其上端固定，下端与支座距离 。已知上、下两段杆的横截面面积分别为 和 ，材料的弹性模量 。试作图示荷载作用下杆的轴力图。解：变形协调条件 故 故 ， 6-10 两端固定的阶梯状杆如图所示。已知AC段和BD段的横截面面积为A，CD段的横截面面积为2A；杆材料的弹性模量为 ，线膨胀系数 -1。试求当温度升高 后，该杆各部分产生的应力。解：设轴力为 ，总伸长为零，故 = = 6-11 图示为一两端固定的阶梯状圆轴，在截面突变处承受外力偶矩 。若 ，试求固定端的支反力偶矩 ，并作扭矩图。解：解除B端多余约束 ，则变形协调条件为即 故： 即： 解得： 由于 故 6-12 一空心圆管A套在实心圆杆B的一端，如图所示。两杆在同一横截面处各有一直径相同的贯穿孔，但两孔的中心线构成一个 角。现在杆B上施加外力偶使杆B扭转，以使两孔对准，并穿过孔装上销钉。在装上销钉后卸除施加在杆B上的外力偶。试问管A和杆B横截面上的扭矩为多大？已知管A和杆B的极惯性矩分别为 ；两杆的材料相同，其切变模量为G。解：解除端约束 ，则端相对于截面C转了 角，（因为事先将杆B的C端扭了一个 角），故变形协调条件为 =0故： 故： 故连接处截面C，相对于固定端的扭转角 为： = 而连接处截面C，相对于固定端I的扭转角 为： = 应变能 = = 6-15 试求图示各超静定梁的支反力。（b）解：由相当系统（图ii）中的位移条件 ，得补充方程式： 因此得支反力： 根据静力平衡，求得支反力 ： , 剪力图、弯矩图，挠曲线图分别如图（iii）、（iv）、（v）所示。（c）解：由于结构、荷载对称，因此得支反力 ； 应用相当系统的位移条件 ，得补充方程式： 注意到 ，于是得： = 剪力图、弯矩图、挠曲线分别如图（iii）、（iv）、（v）所示。 其中： 若 截面的弯矩为零，则有： 整理： 解得： 或 。6-21 梁AB的两端均为固定端，当其左端转动了一个微小角度 时，试确定梁的约束反力 。解：当去掉梁的A端约束时，得一悬臂梁的基本系统（图a）。对去掉的约束代之以反力 和 ，并限定A截面的位移： 。这样得到原结构的相当系统（图b）。利用位移条件， ，与附录（）得补充式方程如下： （1） （2）由式（1）、（2）联解，得： 从静力平衡，进而求得反力 是： 第七章 应力状态和强度理论7-1 试从图示各构件中A点和B点处取出单元体，并表明单元体各面上的应力。（a）解：A点处于单向压应力状态。（b）解：A点处于纯剪切应力状态。 （c）解：A点处于纯剪切应力状态。 B点处于平面应力状态（d）解：A点处于平面应力状态7-2 有一拉伸试样，横截面为的矩形。在与轴线成角的面上切应力时，试样上将出现滑移线。试求试样所受的轴向拉力F。解：； 出现滑移线，即进入屈服阶段，此时， 7-4一拉杆由两段杆沿m-n面胶合而成。由于实用的原因，图中的 角限于 范围内。作为“假定计算”，对胶合缝作强度计算时可以把其上的正应力和切应力分别与相应的许用应力比较。现设胶合缝的许用切应力 为许用拉应力 的3/4，且这一拉杆的强度由胶合缝的强度控制。为了使杆能承受最大的荷载F，试问 角的值应取多大？解：按正应力强度条件求得的荷载以 表示：按切应力强度条件求得的荷载以 表示，则 即： 当 时 ， ， ，时， ， ，时， ， 时， ， 由 、 随 而变化的曲线图中得出，当 时，杆件承受的荷载最大， 。若按胶合缝的 达到 的同时， 亦达到 的条件计算 则 即： ， 则 故此时杆件承受的荷载，并不是杆能承受的最大荷载 。7-6 试用应力圆的几何关系求图示悬臂梁距离自由端为0.72m的截面上，在顶面以下40mm的一点处的最大及最小主应力，并求最大主应力与x轴之间的夹角。解： = 由应力圆得 7-7 各单元体面上的应力如图所示。试利用应力圆的几何关系求： （1）指定截面上的应力；（2）主应力的数值；（3）在单元体上绘出主平面的位置及主应力的方向。习题7-7（a）解：坐标面应力：X（20，0）；Y（-40，0）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为：， ；，；。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图 习题7-7（b）解：坐标面应力：X（0，30）；Y（0，-30）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为： ，；，； 。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图习题7-7（c）解：坐标面应力：X（-50，0）；Y（-50，0）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为： ，；，。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图习题7-7（d）解：坐标面应力：X（0，-50）；Y（-20，50）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为： ，；,，；。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图7-8 各单元体如图所示。试利用应力圆的几何关系求： （1）主应力的数值；（2）在单元体上绘出主平面的位置及主应力的方向习题7-8（a）解：坐标面应力：X（130，70）；Y（0，-70）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为：,，；。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图习题7-8（b）解：坐标面应力：X（-140，-80）；Y（0，80）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为：,，；。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图习题7-8（c）解：坐标面应力：X（-20，-10）；Y（-50，10）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为：,，；。单元体图应力圆（O.Mohr圆）主单元体图习题7-8（d）解：坐标面应力：X（80，30）；Y（160，-30）。根据以上数据作出如图所示的应力圆。图中比例尺为代表。按比例尺量得斜面的应力为：,，；。7-10 已知平面应力状态下某点处的两个截面上的应力如图所示。试利用应力圆求该点处的主应力值和主平面方位，并求出两截面间的夹角 值。解：两斜面上的坐标面应力为：A（38，28），B（114，-48）由以上上两点作出的直线AB是应力圆上的一条弦，如图所示。作AB的垂直平分线交水平坐标轴于C点，则C为应力圆的圆心。设圆心坐标为C（），则根据垂直平线上任一点到线段段两端的距离相等性质，可列以下方程：解以上方程得：。即圆心坐标为C（86，0）应力圆的半径：主应力为：（2）主方向角 （上斜面A与中间主应力平面之间的夹角） （上斜面A与最大主应力平面之间的夹角）（3）两截面间夹角： 7-11 某点处的应力如图所示，设及值为已知，试考虑如何根据已知数据直接作出应力圆。解： (1) (2)(1)、（2）联立，可解得和。至此，三个面的应力均为已知：X（，0），Y（，0）（，均为负值）；（）。由X，Y面的应力就可以作出应力圆。7-12 一焊接钢板梁的尺寸及受力情况如图所示，梁的自重略去不计。试示上三点处的主应力。解：（1）求点的主应力 因点处于单向拉伸状态，故，。（2）求点的主应力 在的左邻截面上， 即坐标面应力为X（193.081,60.821）,Y(0,-60.821). （3）求点的主应力即坐标面应力为X（0,84.956）,Y(0,-84.956). 7-13 在一块钢板上先画上直径 的圆，然后在板上加上应力，如图所示。试问所画的圆将变成何种图形？并计算其尺寸。已知钢板的弹性常数E=206GPa， =0.28。解： 所画的圆变成椭圆，其中 （长轴） （短轴）7-14 单元体各面上的应力如图所示。试用应力圆的几何关系求主应力及最大切应力。解：（a）由xy平面内应力值作a，b点，连接ab交 轴得圆心C（50，0） 应力圆半径故 （b）由xz平面内应力作a，b点，连接ab交 轴于C点，OC=30，故应力圆半径则： （c）由图7-15（c）yz平面内应力值作a，b点，圆心为O，半径为50，作应力圆得 7-15 已知一点处应力状态的应力圆如图所示。试用单元体示出该点处的应力状态，并在该单元体上绘出应力圆上A点所代表的截面。习题7-15(a)解：该点处于三向应力状态：，。A点所代表的截面平行于的方向。据此，可画出如图所示的单元体图和A截的位置。A习题7-15(b)解：该点处于三向应力状态：，。A点所代表的截面平行于的方向。据此，可画出如图所示的单元体图和A截的位置。A7-16 有一厚度为的钢板，在两个垂直方向受拉，拉应力分别为150及55。钢材的弹性常数为，。试求钢板厚度的减小值。解：钢板厚度的减小值为：7-17边长为20mm的钢立方体置于钢模中，在顶面上受力F=14kN作用。已知 =0.3，假设钢模的变形以及立方体与钢模之间的摩擦力可略去不计。试求立方体各个面上的正应力。解： （压） （1） （2）联解式（1），（2）得（压）7-18 在矩形截面钢拉伸试样的轴向拉力时，测得试样中段B点处与其轴线成方向的线应变为。已知材料的弹性模量，试求泊松比。解：平面应力状态下的广义虎克定律适用于任意两互相垂直的方向，故有：。钢杆处于单向拉应力状态：拉杆横截面上的正应力 斜截面上的应力 由广义虎克定律 解得： 7-19D=120mm，d=80mm的空心圆轴，两端承受一对扭转力偶矩 ，如图所示。在轴的中部表面A点处，测得与其母线成 方向的线应变为 。已知材料的弹性常数 ， ，试求扭转力偶矩 。解： 方向如图 7-20 在受集中力偶作用矩形截面简支梁中，测得中性层上 k点处沿方向的线应变为。已知材料的弹性常数和梁的横截面及长度尺寸。试求集中力偶矩。解：支座反力： （）； （）K截面的弯矩与剪力： ；K点的正应力与切应力： ；故坐标面应力为：X（，0），Y（0，-） （最大正应力的方向与正向的夹角），故7-21 一直径为25mm