工程力学复习指导含答案

1、材料力学重点及其公式材料力学的任务（1）强度要求； （2）刚度要求； （3）稳定性要求。变形固体的基本假设（1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。外力分类：表面力、体积力；内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截（2）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。面上和内力。应力：P dPp则7而正应力、切应力。变形与应变：线应变、切应变。杆件

2、变形的基本形式（1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲;动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不在变化的载荷载荷。失效原因：脆性材料在其强度极限b破坏，塑性材料在其屈服极限s时失效。二者统称为极限应力理想情形。 塑性材料、脆性材料的许用应力分别为:nb ,强度条件:maxNAmaxN maxN P 。横向应变为:A AE ,这就是胡克定律。E为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得:l凶EA轴向拉伸或压缩时的变形：杆件在轴向方向的伸长为：1111,沿轴线方向的应变和横截面上的应力分别为:b b ,横向应变与轴向应变的关系为:b胡克定律：

3、当应力低于材料的比例极限时，应力与应变成正比，即圆轴扭转时的应力变形几何关系一圆轴扭转的平面假设G odx力学关系TAdA2Gdxd 2G 2dA圆轴扭转时的应力:dx AXRmaxI p圆轴扭转的强度条件:maxWt,可以进行强度校核、截面设计和确定许可载荷。圆轴扭转时的变形：lGT；dxdx ； lGIp等直杆:T1GIp圆轴扭转时的刚度条件dxGIpmaxTmax 180GIp静不定：对于杆件的轴力，当未知力数目多于平衡方程的数目，仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。d。物理关系一一胡克定律dx弯曲内力与分布载荷 q之间的微分关系dQxdx2 .(、dM x 八 d M x q(x)

4、； Q x ；-dxdxdQ xB qxM图与外力间的关系a)梁在某一段内无载荷作用，剪力图为一水平直线,弯矩图为一斜直线。b)梁在某一段内作用均匀载荷，剪力图为一斜直线,弯矩图为一抛物线。c)在梁的某一截面。dM Q x 0,剪力等于零，弯矩有一最大值或最小值。dxd)由集中力作用截面的左侧和右侧，剪力Q有一突然变化，弯矩图的斜率也发生突然变化形成一个转折点。梁的正应力和剪应力强度条件maxmaxM maxW提高弯曲强度的措施：梁的合理受力（降低最大弯矩M max,合理放置支座，合理布置载荷，合理设计截面形状塑性材料：t c ,上、下对称,抗弯更好，抗扭差。脆性材料：tc ,采用T字型或上下

5、不对称的工字型截面。等强度梁：截面沿杆长变化,恰使每个截面上的正应力都等于许用应力，这样的变截面梁称为等强度梁。二向应力状态分析一解析法（1）任意斜截面上的应力-cos2xy sin 2 ；sin 2xv cos22xy（2）极值应力正应力:tg2 oxymaxminy(_xy )22-(2)2xy切应力:tg2 ix y2，J xymaxminx y 22(2) xy（3）主应力所在的平面与剪应力极值所在的平面之间的关系与1之间的关系为：2 12 0 , 10 一,即:24最大和最小剪应力所在的平面与主平面的夹角为45°扭转与弯曲的组合（1）外力向杆件截面形心简化（2）画内力图确定

6、危险截面（3）确定危险点并建立强度条件按第三强度理论，强度条件为:,对于圆轴，Wt 2W,其强度条件为:一 M 2 T2。按第四强度理论，强度条件为:12;2122简得出:,对于圆轴，其强度条件为:M 2 0.75T2。第一部分静力学判断题1、力的三要素是大小、方向、作用线。2、两个力只能合成唯一的一个力，故一个力也只能分解为唯一的两个力。（F ）3、力偶对其作用面内任意一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关。（T ）4、作用于刚体上的力 F,可以平移到刚体上的任一点，但必须同时附加一个力偶。（T ）5、作用力和反作用力必须大小相等、方向相反，且作用在同一直线上和同一物体上。（F ）1、物体的形

7、心不一定在物体上。（T ）2、作用力与反作用力是一组平衡力系。（F ）3、两个力在同一轴上的投影相等，此两力必相等。（F ）4、力系的合力一定比各分力大。（F ）5、两个力在同一轴上的投影相等，此两力必相等。（F ）1、作用力与反作用力是一组平衡力系。（F ）2、作用在任何物体上的力都可以沿其作用线等效滑移（F ）m的力偶与重物的3、图示平面平衡系统中，若不计定滑轮和细绳的重力，且忽略摩擦，则可以说作用在轮上的矩为重力F相平衡。（FF ）4、作用在同一刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分的条件是:这两个力大小相等、方向相反、作用线沿同一条直线。（T ）5、物体的重心和形心虽然是两个不同的

8、概念，但它们的位置却总是重合的。（F ）1、如果力Fr是Fi、F2两力的合力，用矢量方程表示为Fr = Fi + F2,则三力大小之间的关系为D。A 必有Fr =Fi+F2B ,不可能有Fr =Fi +F2C.必有 Fr> Fi, Fr> F2D ,可能有 FrV Fi, FrV F2第二部分材料力学部分判断题1、杆件的基本变形有四种：轴向拉伸或压缩、剪切、挤压和弯曲。 （F ）2、当作用于杆件两端的一对外力等值、反向、共线时，则杆件产生轴向拉伸或压缩变形。（F ）3、轴力的大小与杆件的横截面面积有关。（F ）4、拉（压）杆中，横截面上的内力只与杆件所受外力有关。5、轴力的大小与杆

9、件的材料无关。1、轴力越大，杆件越容易被拉断，因此轴力的大小可以用来判断杆件的强度。（F ） 2、从某材料制成的轴向拉伸试样，测得应力和相应的应变，即可求得其 3、构件抵抗变形的能力称为刚度。4、轴向拉压杆任意斜截面上只有均匀分布的正应力，而无剪应力。（F ）5、材料的弹性模量 E是一个常量，任何情况下都等于应力和应变的比值（F ）1、正应变的定义为/E（ F ）2、对于拉伸曲线上没有屈服平台的合金塑性材料，工程上规定0.2作为名义屈服极限，此时相对应的应变为0.2%( F )3、在有集中力作用处，梁的剪力图要发生突变，弯矩图的斜率要发生突变。T4、圆环形截面的 W=-D- 13165、在研究

10、一点的应力状态时，正应力为零的平面称为主平面。（F ） 选择题1、两根受相同轴向拉力作用的杆件，它们的材料和横截面面积相同，杆向变形比杆2的小们的轴力和轴向变形。正确结论为:1的长度为杆2的2倍，试比较它A.两杆的轴力和轴向变形相同B.两杆的轴力相同，杆1的轴D.两杆的变形相同，杆1的轴2、低碳钢的拉伸过程中，（B ）A.弹性B.屈服3、二根圆截面拉杆，材料及受力均那么它们的长度比C.两杆的轴力相同，杆1的轴向变形比杆2的大力比杆2大阶段的特点是应力几乎不变，而应变却显著增加。C.强化D.颈缩相同，两杆直径 d1 / d 2 =2 ,若要使二杆轴向伸长量相同,l 1 / l 2 应为(D )。

11、2 C . 3 D .4A ）倍。4、图示圆截面悬臂梁，若其它条件不变，而直径增加一倍，则其最大正应力是原来的（A : 1 B : 88C : 2D: 125、图示结构，其中 AD杆发生的变形为（C ）。A.弯曲变形B.压缩变形C.弯曲与压缩的组合变形D.弯曲与拉伸的组合变形6、三根试件的尺寸相同，材料不同，其应力应变关系如图所示,试件弹性模量最大。A. (1) B1、平面汇交四个力作出如下图所示力多边形,表示力系平衡的是（2、截面e处扭矩的突变值为（b ）。A. mAme3、C. mA mcmc)LOJMi，该点的主应力分别为:A.1 50MPa20MPa330MPaB.1 50MPa20M

12、Pa330MPaC.1 50MPa230MPa30MPa某点为平面应力状态（如图所示）引用主平面的概念,50Mpa30Mpa4、在研究一点的应力状态时,所谓主平面是指（C )。A .正应力为零的平面B .剪应力最大的平面C.剪应力为零的平面D .正应力应力均为零的平面5、一直径为d的实心圆轴，按强度条件计算其受扭转时的容许转力矩为T,当此轴的横截面面积增加一倍时，其容许扭转力矩将为（B ）。A. 2T;B. 2j2 TC. 4T.D. 4 V2 T1、作为脆性材料的极限应力是（ D ）A.比例极限B弹性极限C.屈服极限D.强度极限2、为了保证结构的安全和正常工作，对构件承载能力要求是（ D ）

13、A.强度要求；B.强度要求和刚度要求；C.刚度要求和稳定性要求；D.强度要求、刚度要求和稳定性要求。3、第二强度理论是（C ）A.最大剪应力理论；B.最大拉应力理论；C.最大拉应变理论；D.形状改变比能理论。4、工程中一般是以哪个指标来区分塑性材料和脆性材料的（ D ）A.弹性模量B.强度极限C.比例极限D.延伸率5、环形截面对其形心的极惯性矩为（ B ）A.B.C.D4, 4D d644. 4D d32一 D4 d4164, 4-D d81、塑性材料的危险应力是（ C），脆性材料的危险应力是（A.比例极限B.弹性极限C.屈服极限D.强度极限 2、圆轴扭转变形时最大的剪应力发生在（ C ）中性

14、轴处C.圆轴边缘3、如果仅从扭转强度方面考虑，图(a)、(b)所示的传动轴的两种齿轮布置方式中,(B )图的较为合理。c）、,(D )图的较为合理。(A )5、杆件的刚度是指(D )。杆件的承载能力；杆件对变形的抵抗能力。A.杆件的软硬程度；BC.杆件对弯曲的抵抗能力；DA ）。1、物体受力作用而发生变形，当外力去掉后又能恢复原来形状和尺寸的性质称为(A .弹性 B .塑料 C .刚性 D .稳定性2、没有明显屈服平台的塑性材料，其破坏应力取材料的( C )。A .比例极限 p B .名义屈服极限 0.2 C .强度极限b3、低碳钢的拉伸b e曲线如图。若加载至强化阶段的C点，然后卸载，则应力

15、回到零值的路径是沿( C )。A . 曲线 cbaoB.曲线 cbf (bf / oa)C.直线 ce (ce / oa) D .直线 cd (cd / o )4、-圆截面直杆，o端f拉力导乍用若将其直径增大一倍，其他条件不变，则下列不对的是(C ）。A .其轴力不变.其应力是原来的14C.其强度将是原来的2倍 D .其伸长量是原来的%5、钢筋经过冷作硬化处理后，其性能的变化是 。 AA.比例极限提高 B .弹性模量降低C .延伸率提高1、某直梁横截面面积一定，试问下图所示的四种截面形状中，那一种抗弯能力最强A.矩形 B ,工字形 C .圆形 D .正方形2、T形截面铸铁材料悬臂梁受力如图，轴

16、Z为中性轴，横截面合理布置的方案应为(A)(B)(C)(D)B )。Ai>A2,则两杆的伸长AL13、物体受力作用而发生变形，当外力去掉后又能恢复原来形状和尺寸的性质称为（A .塑性 B .弹性 C ,刚性 D .稳定性5、两拉杆的材料和所受拉力都相同，且均处在弹性范围内，若两杆长度相同，而截面积（B ） A L 20A.大于 B .小于 C .等于1、两根直径相同而长度及材料不同的圆轴，在相同扭矩作用下，其最大剪应力和单位长度扭转角之间的关系是（B ）。A. Tmaxi=T max2,0 1 =02jB. Tmax1=T max2,0 1 丰0 2 jC. Tmax1丰t max2,0

17、 1 =0 2 jD. Tmax1丰T max2,0 1 丰0 2 "2、一等直拉杆在两端承受拉力作用，若其一段为钢，另一段为铝，则两段的（A ）。A.应力相同，变形不同B.应力相同，变形相同C.应力不同，变形相同D.应力不同，变形不同3、对于没有明显屈服阶段的韧性材料，工程上规定（ A ）为其条件屈服应力。A.产生塑性应变时的应力值B.产生2 %塑性应变时的应力值C.其弹性极限D.其强度极限4、第三强度理论的相当应力表达式是（ C ）。A. 1B.123CD1222513D. 122331, 24、试判断图示直角弯拐中各段分属于哪种基本的变形形式或什么组成成份的组合变形形式。AB段

18、: 扭转zBC 段: DCD段：弯曲，压缩x/TP1、某点的应力状态如图所示，该点的主应力分别为bo- 2=30mpa o- 3= 0mpa。2、判断卜列各结构是静定还是静不定* a r（a1b.y1=50mpa5 50MpaV A30MpaI(b答:巴巴（b）静定）结构,（c）是（ 静定）结构，（d）是（静不定）结构。4、塑性材料拉伸试应力超过屈服极限后逐渐卸载，短时间后再重新加载其将得到提高，而变形将减小。5、一圆截面直杆，两端承受拉力作用，若将其直径增大一倍，其他条件不变,则其轴力不变 （ 变或不变）；其应力是原来的倍；其抗拉刚度将是原来的倍；其伸长量是原来的倍。计算题1、组合梁受力和约

19、束如图，其中q=1kN/m M=4kN- m不计梁的自重。求支座 A和D处的约束力。(1)取CD杆研究mc(F) 04 RD M -q 2 1 0RD 1.5kN(2)取整体研究RaRBRdmB(F) 06 RD M -4RA1.5kNq 2 2Ra 02、图示刚架中,已知 q=3kN/m, P=6kN, M=10kN m,不计刚架自重。求固定端 A处的约束力。AB为直角弯杆。M3mBij 4m3、结构的尺寸及载荷如图所示。求：支座A处的约束反力和杆BF、杆DE的受力。解：研究ACEF,画受力图，列方程X 0, XA P 0Y 0,Ya Fbf 0Mb 0,Fbf 2 P 1 0FbF 10K

20、N,Xa20KN,Ya10KN由FbF 10KN ,可知杆BF受大小为10KN的压力再研究杆cef,画受力图，列方程MC 0, FbF 2 Fde cos450 1 0Fde 20.2KN4、在图示组合梁中，已知 q =1kN/m ,力偶M=2kNm , 不计梁白自重，试求A、C、D处支座的约束反力。B列平衡方程M 0FcFbFc 1kN2、取AB杆研究，画受力图列平衡方程Fx 0 Fax 0 'Fy 0Fay Fd F b q 1 0M a(F) 0q 1 0.5 Fd 1 F b 2 0Fax 0,Fay 1.5kN,Fd1.5kN5、图示组合结构，杆重不计。已知：均布载荷集度q=

21、6kN/m,集中力 P=4 kN 。试求： A、B、D处约束力。解：1、取BC杆研究，画受力图Fx 0 Fbx 0列平衡方程Fy 0 FBy Fd q 20Mb(F) 0 FD 1 q 2 1 0Fbx0, FBy 0,FD12kN2、取AB杆研究，画受力图Fx0 Fax 0列平衡方程Fy 0FAy P 0Fax 0，FAy 4kN,M A 4kN mA1、图示阶梯形圆截面杆，承受轴向载荷E=50 kN与F2作用，AB与BC段的直径分别为 d1=20 mm和d2=30 mm ,如欲使AB与BC段横截面上的正应力相同，试求载荷F2之值。Ma(F) 0 M A P 1 0解：(1)用截面法求出1-

22、1、2-2截面的轴力;Fn1FiFn2 Fi F2(2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同;Fniai3159.2MPa50 10-0.0224FN250 103 F22A20.0321 159.2MPaF2 62.5kN2、如图所示托架，AB为圆钢杆d 3.2 cm, BC为正方形木杆a=14cm。杆端均用钱链连接。在结点B作用一载荷P=60kN。已知钢的许用应力=140MPa木材的许用拉、压应力分别为t =8MPa c3.5Mpa,试校核托架能否正常工作。解得解得杆AB解 （1）校核托架强度BC的轴力分别为N1P1100 kN,钢杆N1A14N木杆NzA2N2124Mpa<

23、;140Mpa= t4.08 Mpa>=故木杆强度不够，托架不能安全承担所加载荷。3、AG BC为钢杆，横梁 AB为刚体，P=20kN;AG（1）校核两杆的强度（2） 求P力作用点F的位移2m0， P1 sin PP2PiP2pcscP1 cosP1 cos100 kNP2080 kN80kN,即杆BC受压、轴力负号不参与运算。BC横截面的面积为 A= 100mm, E=200GPa =120MPaD1m1m 1m .PB(1)强度校核mA（F）02 Nbd PNbd 10kNY 0 Nac Nbd P 0Nac 10kNAC10 1036100 10100MPa安全(2)求F点的位移1

24、0 103 141b 9r 5 10 m200 10100 10310 102200 109 100 10 6410 10 m17.5 104m4、图示简易吊车的杆BC为钢杆，杆 AB为木杆，。杆AB的横截面面积 Ai=100 cm2,许用应力1=7 MPa；杆BC的横截面面积A2=6 cm2,许用应力2=160 MPa。求许可吊重P。解：(1) 以较B为研究对象，画受力图和封闭的力三角形;N1 Pctg30o 、.3PN2Psin30o2P(2)由AB干的强度条件号i普L A1A1A 1100 10 47 10640.4kN(3)由BC干的强度条件(4)许可吊重N2A2A2 222P2丁 2

25、A2466 10160 10248kNP 40.4kN注：BC杆受拉，AB杆受压；BC杆的强度比 AB杆的强度高。5、图示桁架，杆1与杆2的横截面均为圆形，直径分别为di=30 mmW d2=20 mm两杆材料相同，许用应力(r=160MPa该桁架在节点 A处承受铅直方向的载荷F=80 kN作用，试校核桁架的强度。解：(1)对节点A受力分析，求出 AB和AC两杆所受的力;(2)列平衡方程Fx 0 Fab sin 300 Fac sin 4500Fy 0 Fab cos300 Fac cos450 F 0解得：Fac2 F、3 141.4kNFab -4=F 58.6kN3 1(2)分别对两杆进

26、行强度计算;ABF ABA182.9MPa pACACA2131.8MPa p所以桁架的强度足够。6、图示桁架，杆1为圆截面钢杆，杆2为方截面木杆，在节点A处承受铅直方向的载荷 F作用，试确定钢杆的直径d与木杆截面的边宽 bo已知载荷F=50 kN,钢的许用应力(TS =160 MPa ,木的许用应力(TV =10 MPa 。FabA xF r>i/ fac解：(1)对节点A受力分析，求出 AB和AC两杆所受的力;Fac, 2f 70.7kN FabF 50kNACAB(2)运用强度条件，分别对两杆进行强度计算;性模量G=80GPa,许用单位扭转角=1o /m,试校核该轴的强度和刚度。A

27、BF ABA50 103-d2 4s 160MPad 20.0mmACFac 70.7 103AC兀b2W 10MPab 84.1mm所以可以确定钢杆的直径为20 mm,木杆的边宽为 84 mmb1、某传动轴受力如图所示。已知轴的转速n =300 r/min ,主动轮输入功率Pi=367kW三个从动轮输出功率P2=自=110kW R=147kW 若轴的许用应力40MPa，试设计轴的直径 d 。P1367m19550 955011680 N mn300c 八 P2 - - 110m2m39550 一 95503500 N mn300c 八 P4 - 147m4 955095504680 N mn

28、300Tmax m2 m3 3500 3500 7000maxWTD3163 16Tmax9.6 cm2、一电机的传动轴传递的功率为30k四转速为1400r/min ,直径为40mm轴材料的许用切应力=40Mpa,剪切弹解 （1）计算扭矩NT m 9550 n309550 204.6 N m1400（2）强度校核由式（8-28 ）有16204.6maxWn3 340 10 316.3Mpa<40Mpa=（3）刚度校核由式（9-11 ）有T 180GIp32 204.693 480 1040 10哽 0.58o/m<1o/m=该传动轴即满足强度条件又满足刚度条件4、图示钢圆轴（G 8

29、0GPa）所受扭矩分别为M1 80kN m, M2 120kN m,及 M 3 40kN m。已知:Li 30cm , L解：按强度条件2 70cm,材料的许用切应力Tmax计算max w n50MPa ,许用单位长度扭转角0.25 /m。MiM2求轴的直径。16 800006201mm50 10按刚度条件maxTmax计算GIp L32TmaxG32 80000 18029219.8mm80 1 09 0.25故，轴的直径取220mm5、空心轴外径L180kN m©L240kN m120mm,内径d 60mm ,受外力偶矩如图。M 1 M 2 5kN m , m316kN m,M4 6kN m。已知材料的G 80GPa ,许用切应力40MPa ,许用单位长度扭转角0.2 /mo 试校核此轴。解：最大扭矩Tmax10kN mmax校核强度条件:TmaxmaxWn16 16 10000312 1531.44MPa40MPa校核刚度条件：T max max GI p3216 10000 1808002 124 150.37