力学考研面试问题完善版1

仅供参考 材料力学 1 基本假设 连续性 均匀性 各项同性 小变形 2 杆件的四种基本变形 拉压 剪切 弯曲 扭转 3 材力研究问题的主要手段 静力平衡条件 物理条件 变形协调条件 几何 条件 4 角应变如何定义 为什么不能以某点微直线段的转角来定义某点的角应变 某点处两垂直微直线段的相对转角 排除刚性转动的影响 5 冷作硬化对材料有何影响 提高材料的屈服应力 6 什么是圆杆扭转的极限扭矩 使圆杆整个横截面的切应力都达到屈服极限时所能承受的扭矩 7 杆件纯弯曲时的体积是否变化 拉压弹性模量不同时体积会发生变化 8 材料破坏的基本形式 流动 断裂 9 四大强度理论 哪些是脆性断裂的强度理论 哪些是塑性屈服的强度理 论 1 最大拉应力理论 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力 无论什么应力状态 只要 构件内一点处的最大拉应力 1 达到单向应力状态下的极限应力 b 材料就要发生脆性断 裂 于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是 1 b b s 所以按第一强度理论建立的强度条件为 1 2 最大伸长线应变理论 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素 无论什么应力状态 只要最大 伸长线应变 1 达到单向应力状态下的极限值 u 材料就要发生脆性断裂破坏 u b E 1 b E 由广义虎克定律得 1 1 u 2 3 E 所以 1 u 2 3 b 按第二强度理论建立的强度条件为 1 u 2 3 3 最大切应力理论 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素 无论什么应力状态 只要最大切应 力 max 达到单向应力状态下的极限切应力 0 材料就要发生屈服破坏 max 0 依轴 向拉伸斜截面上的应力公式可知 0 s 2 s 横截面上的正应力 由公式得 max 1s 1 3 2 所以破坏条件改写为 1 3 s 按第三强度理论的强度条件为 1 3 4 形状改变比能理论 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素 无论什么应力状态 只 要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值 材料就要发生屈服破坏 发生塑性破坏的条件 所以按第四强度理论的强度条件为 sqrt 1 2 2 2 3 2 1 2 2 3 3 1 10 斜弯曲 梁弯曲后挠曲线所在平面与载荷作用面不在同一平面上 11 压杆失稳时将绕那根轴失稳 惯性矩最小的形心主惯性轴 12 为什么弹性力学中对微元体进行分析时 两侧应力不同 如 x 而材料力学中对微元体进行分析时 两侧应力相同 均为 d x x x x x 因为材料力学中没有考虑体力的影响 而实质上弹性力学中记及体力的影 响之后所得平衡微分方程就是体力项与不同侧多出的一阶项的平衡关系 弹性力学 1 材料力学 结构力学 弹性力学的研究内容 材料力学 求杆件在四种基本变形下的应力 应变 位移 并校核其刚度 强度 稳定性 结构力学 求杆系承载时的 弹性力学 研究各种形状结构在弹性阶段承载时的 2 弹性力学基本假设 连续性 线弹性 均匀性 各项同性 小变形 3 理想弹性体的概念 满足基本假设前 4 个 4 弹性力学解为什么一般比材料力学解精确 材力在研究问题时除了从静力学 物理学 几何学三方面分析时 还用了 一些针对特定问题的形变或应力分布条件 如杆件拉压 扭转 弯曲时都用了 平面假设 而弹性力学除了从基本的三个方程外 一般没有用这些假设 故 5 举例说明体力的概念 重力 惯性力 6 面力正负号的规定方法 正面正向负面负向为正 7 小变形假设的作用 可略去各种高阶项 使问题的控制方程 包括代数方 程和微分方程均化为线性方程 8 平面应力和平面应变问题区别 可以分别从几何特征 外力特征 变性特 征进行说明 P9 10 平面应力和平面应变都是起源于简化空间问题而设定的概 念 平面应力 只在平面内有应力 与该面垂直方向的应力可忽略 例如薄板拉压问题 平面应变 只在平面内有应变 与该面垂直方向的应变可忽略 例如水坝侧向水压 问题 具体说来 平面应力是指所有的应力都在一个平面内 如果平面是 OXY 平面 那 么只有正应力 x y 剪应力 xy 它们都在一个平面内 没有 z yz zx 平面应 变是指所有的应变都在一个平面内 同样如果平面是 OXY 平面 则只有正应变 x y 和剪应变 xy 而没有 z yz zx 举例说来 平面应变问题比如压力管道 水坝等 这类弹性体是具有很长的纵向 轴的柱形物体 横截面大小和形状沿轴线长度不变 作用外力与纵向轴垂直 并且 沿长度不变 柱体的两端受固定约束 平面应力问题讨论的弹性体为薄板 薄壁厚 度远远小于结构另外两个方向的尺度 薄板的中面为平面 其所受外力 包括体力 均平行于中面面内 并沿厚度方向不变 8 弹性力学问题都是超静定问题 平面弹性力学问题是 1 次超静定问题 9 为什么平面问题的平衡微分方程对于两类平面问题都适用 对于平面应力问题 平面问题平衡微分方程的推导过程完全符合 自然适 用 而对于平面应变问题 推导过程没有记及轴向 Z 向 应力的影响 但根 据平面应变问题特征 前后面上轴向 Z 向 应力相同 自称平衡 同样适用 另外 推导的得到的方程不含材料常数 故也是佐证 10 什么是圣维南原理 P24 25 三个要点为次要边界 静力等效 近处有影 响远处几乎无影响 分布于弹性体上一小块面积 或体积 内的荷载所引起的物体 中的应力 在离荷载作用区稍远的地方 基本上只同荷载的合力和合力矩有关 荷载 的具体分布只影响荷载作用区附近的应力分布 11 什么是静力等效 主矢量 主矩相等 对刚体来而言完全正确 但对变形体而言一般是不等 效的 12 什么是弹性方程 用位移表示应力的方程为弹性方程 是由几何方程代入物理方程得到 13 位移法的基本方程 用位移表示的平衡微分方程和用位移表示的应力边界条件 14 相容方程实质上就是由几何方程推得 15 应力法的基本方程 平衡微分方程 应力边界条件 相容方程 位移单值条件 对于多连体 16 弹性力学的边界条件有哪些 位移边界 应力边界 混合边界 17 为什么应力边界问题用位移法 应力法均可求解 而位移边界问题 混合边 界问题 一般都只能用位移法求解 因为位移边界条件一般无法用应力分量表示 而应力边界条件可通过弹性 方程用位移分量表示 18 相容条件的适用范围 所有位移单值连续的物体 19 常体力条件下的相容方程为调和方程 而应力函数应为重调和函数 20 什么是逆解法 什么是半逆解法 P34 21 什么是可能的应力 可能的位移 可能的应力是指满足平衡微分方程 应力边界条件的应力 可能的位移是指满足位移边界条件 相容方程的位移 22 什么是应力集中 因构件外形突然变化 如空洞 裂纹 而引起局部应力急剧增大的现象 23 差分法的基本思想 将构件网格化 利用差分将节点各阶导数用临近节点处函数值表示 进而 将基本微分方程 边界条件用差分代数方程表示 从而把求解微分方程变为求 解代数方程的问题 24 平衡微分方程 几何方程 弹性本构方程 边界条件的张量表示 主要前 2 个 0 ij ji f 1 2 iji jj i uu 2 ijkkijij G ijji nf ii uu 25 剪应变分量与工程剪应变有何不同 工程剪应变是剪应变分量的 2 倍 26 泛函与变分的概念 泛函为以函数为自变量的函数 变分是自变量函数形式上的微变 27 弹性力学变分法中的泛函指什么 形变势能 外力势能 28 位移变分原理是什么 根据能量守恒原理 物体形变势能的变分等于外力在虚位移上所做的虚功 即位移变分方程 等价于平衡微分方程 应力边界条件 从位移变分方程可推 出虚功方程 P261 和最小势能原理 P262 即给定外力作用下 在满足位 移边界条件的各组位移中 真实位移总使总势能为极小值 位移变分法的步骤 1 假定位移分量形式 含待定系数 2 将位移分量 代入位移变分方程 3 将待定系数的变分归并 待定系数变分的系数为 0 得到 代数方程组 求解待定系数 30 应力变分原理是什么 应力变分方程相当于相容方程 位移边界条件 31 极端各向异性材料常数有 21 个 有一个弹性对称面的材料常数有 13 个 正交各向异性材料常数有 9 个 横贯各向异性材料常数有 5 个 各项同性材料常数有 2 个 计算力学 1 有限元法的基本思想 将一个结构离散为单元 通过边界结点连结成组合体 通过和原问题数学 模型等效的变分原理或加权余量法 建立求解未知场函数 通常是位移 在结 点处值的代数方程组 矩阵形式 用数值方法求解 而单元内部的未知场函数 分布通过结点处函数值和单元内部插值函数求得 这样就得到了未知场函数在 整个求解域中的分布 2 有限元法中是如何实现位移连续的 通过单元内部位移插值函数实现 3 有限元法收敛的条件是什么 选取的单元位移模式满足完备性条件和协调性条件 4 计算力学中的总刚矩阵是如何集成的 通过单元节点自由度转换矩阵进行集成 实际上就是直接将单刚阵中的元 素对号直接叠加到总刚矩阵上 5 计算力学中总刚矩阵的奇异性如何消除 引入边界条件 一般采用对角元素乘大数法 6 单刚矩阵为什么会奇异 1 对于平面问题本因只有 3 个平衡方程 2 单元应该可以有任意的刚性位移 从这个角度上讲单刚阵必奇异 7 总刚矩阵的特点 对称性 奇异性 带状稀疏性 对角元大于 0 8 有限元位移解为什么有下限性质 单元本应有无限多自由度 但选定了单元位移模式后 只有有限个自由度 了 相当于对单元施加了约束 是单元刚度较实际增加 致使整体偏刚 故位 移小于精确解 流体力学 以前出过答案 1 什么是流体 2 研究流体的 2 个基本方法 拉格朗日法 欧拉法 3 欧拉法和拉格朗日法的区别 4 流体可以受哪 2 类力 质量力 表面力 5 粘性流体的 2 种流动方式 层流 紊流 6 流体的受力与固体有何不同 流体不能受拉 只能受压 不能受集中力 只能受表面力 7 什么是理想流体 8 流体运动的分类 按流体性质分 按流动状态分 按空间坐标分 P51 9 什么是定常流动 非定常流动 10 什么是沿程阻力 局部阻力 11 什么叫系统 控制体 12 什么是不可压缩流体 13 流体静力学的适用范围 理想流体和粘性流体都适用 14 什么是急变流 缓变流 15 迹线和流线的区别 16 流管 流束 总流的概念 塑性力学 1 弹塑性本构关系与弹性本构关系有何不同 原因是什么 不同在于应力与应变之间不存在一一对应的关系 原因是弹塑性本构关系 与加载历史有关 2 等向强化模型与随动强化模型有何区别 等向 认为拉伸和压缩时的强化屈服应力绝对值始终相等 随动 认为拉伸和压缩时的强化屈服应力 代数值 之差始终相等 3 什么是材料的包式效应 4 弹性极限曲线依赖于加载路径 而极限载荷曲线为结构固有性质 与加载路 径无关 5 什么是塑性铰 与普通铰支有何区别 梁某截面处弯曲达到了塑性极限弯矩时 该处曲率可任意增长 区别在于 塑性铰可承受弯矩 反向转动相当于卸载 6 求主应力实际上就是特征值问题 7 两个屈服准则 Tresca Mises 8 什么是加载 卸载 加载 产生新的塑性变形 应力增量向量指向加载面外法线方向 卸载 材料状态处于屈服面上 并从塑性状态进入弹性状态 9 有应变是不是一定有应力 有应力是不是一定有应变 为什么 均不一定 见随动强化模型的应力应变图 10 弹塑性边值问题的提法有哪 2 种 全量理论边值问题 增量理论边值问题 理论力学 1 什么是惯性系 无角加速度和线加速度的坐标系为惯性系 2 柯西加速度产生的原因 3 什么是虚位移 虚功 某瞬时 质点系在约束允许的条件下可能实现的任何无限小的位移为虚位移 力在虚位移上所做功为虚功 4 什么是虚位移原理 对于具有理想约束的质点系 其平衡的充要条件是 作用于质点系的所有主 动力在任何虚位移中所作虚功之和为 0 5 达朗贝尔原理和虚位移原理结合后是什么 动力学普遍方程 6 定常约束 又称稳定约束 不随时间变化的一种约束 若完整约束的约束方程中不 显含时间 t 称该完整约束是定常约束 非定常约束 又称非稳定约束 不符合定常 约束条件的约束 例如对一被限制在半径为 R 的球面上运动的质点 若球心固定在坐 标原点 R 随时间而变 即 R R t 则约束方程为 P343 7 完整约束 约束方程中不含确定系统位置的坐标的微商 或含有坐标的微商但不利用 动力学方程就可直接积分成为不含坐标微商的约束 非完整约束 约束方程中含有 确定系统位置的坐标的微商且不利用动力学方程不能直接积分为不含坐标微商的约束 P343 8 理想约束 在质点系任何虚位移中 所有约束力所做虚功之和为 0 9 主动力 主动力主动力 重力 弹簧弹性力 静电力和洛仑兹力等