材料力学习题解答11ppt课件
第十一章材料力学课程课件PPT
2.18
BC
第11章
表达式为
变 型能法
11.3 卡 氏 定 理
δ1 =
证明如下: 设 FP1 , FP 2 , , FPn 作用于弹性体上(图11.6),这些力产生的相应位移 为 δ1 , δ 2 ,δ n ,在变形过程中,外力所做的功等于弹性体的变形能,于 是变形能 U 为 FP1 , FP 2 , , FPn 的函数.
M θB W = 0 ,而外力 2
偶所做的功为 M0
M 02 l U = ,由 2 EI
W =可得 U
M 0θ B M 02l = 2 2 EI
θB =
M 0l EI
2.17
第11章
变 型能法
11.3 卡 氏 定 理
其结果与梁的变形一章中计算结果一致.从上面的计算可以看出,由于 变形能为力的函数,若将变形能对力求偏导数,则
与集中力对应的是线位移,与集中力偶对应的是角位移.在线弹性体的 情况下,广义力和广义位移是线性关系,运用胡克定理,上式还可以写 成: FP2 l Cδ 2 U= = (11.11) 2C 2l 式中,C是杆的刚度,从上式可以看出,弹性变形能是广义力或广义位 移的二次函数.
2.13
第11章
变 型能法
(a) (b) 图11.1 轴向受拉杆外力的功 (a) 受拉直杆;(b) 与关系
2.4
P
第11章
W=
变 型能法
1 FP l 2
11.2 变形能的计算
(11.2)
根据式(11.1)可知,受拉杆的弹性变形能为
U =W = 1 FP l 2
因,上式可写成
l = FP l EA
(11.3)
2.5
第11章
材料力学复习习题(可打印版)ppt课件
两者均小于 []=170MPa 。可见,无论采用第三或是 第四强度理论进行强度校核,该结构都是安全的。
qL 2
L=3m
qL 2
+
x
M
qL 8
2
qL 3600 3 F 540 N S max 2 2
x
2 2 qL 3600 3 M 405 N max 8 8
+
q=3.6kN/m
求最大应力并校核强度
M M 6 4050 max 6 max max 2 2 W bh 0 . 12 0 . 18 z
件,[]=40MPa,试用第一强度理论校核杆的强度。 T P A T A A P
解:危险点A的应力状态如图:
P 4 50 3 10 6 . 37 MP 2 A 0 . 1
2
2
T 16 7000 35 . 7 MPa 3 W 0 . 1 n
sin 2 cos 2 xy
2、求主应力、主平面
主应力: m ax
m in
x y
2
(
x y2
2
) xy
2
80 . 7 ( MPa ), 0 ,3 60 . 7 ( MPa ) 1 2
主平面位置:
80 . 7 ( MP ) 40 60 40 60 2 2 ( ) ( 50 ) 60 . 7 ( MP ) 2 2
F 2 F A N 1 1 1
3、根据水平杆的强度,求许可载荷 查表得水平杆AB的面积为A2=2×12.74cm2
F F cos 3 F N 2 N 1
材料力学 第11章 组合变形习题集
横截面m-m上任一点C(y,z)处由 弯矩Mz和My引起的正应力分别为
M z y M cos y M y z M sin z
Iz
Iz
Iy
Iy
38
C点的正应力
' ''
M
cos
Iz
y
sin
Iy
z
悬臂梁固定端截面A的弯矩Mz和My 均达到最大值,故该截
面是危险截面。设yo、zo为中性轴上任一点的坐标,并令σ
算 圆轴表面上与轴线成30°方位上的正应变。
32
解: (1)由内力图知,所有截面均为危险截面,危险点为靠近
轴表面的各点,应力状态如图。计算危险点的主应力。轴力
引起的正应力
FN 4F
A πd 2
扭矩引起的切应力
T M 8F
Wp Wp 5πd 2
危险点处的主应力为
1
2
(
)2
( )2
它在y、z两轴上的截距分别为
y* z* h / 2
该截面惯性半径的平方为
iy2
Iy A
h2 12
iz2
Iz A
b2 12
28
中性轴①对应的核心边界上点1的坐标为
ey1
iz2 y*
0
ez1
iy2 z*
h 6
按上述方法可求得与它们对应的截面核
心边界上的点2、3、4,其坐标依次为:
ey2
b 6
ez2 0
车臂的直径d。
18
解:两个缆车臂各承担缆车重量的一半,如 图。则缆车臂竖直段轴力为FN=W/2=3kN 弯矩为M=Wb/2=540N·m 危险截面发生在缆车臂竖直段左侧,由强度条件
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2.如图所示各梁的抗弯刚度为EI,试用卡氏定理 计算C截面的挠度和B截面的转角。
解: (a) 在B截面处虚加一力偶m。
A
M1(x) 2Fx
M2(x) m 2Fx F(x a)
结构总应变能为:U
a
M
2 1
d
x
2a M22 d x
0 2EI
a 2EI
F
2F
EI m B
a
M
2 1
d
x
2a M22 d x
0 2EI
a 2EI
C
B
a
a
(a)
R
wC
U R
a M1 0 EI
M1 d x R
(Fa / 2)(2a) 3EI
F (2a)2 16EI
Fa2 1 1 1 5Fa2 ( )
EI 8 3 4 24EI
A
a
F
F
C
D
B
EI
a
a/2
(b)
应用能量法计算太麻烦!
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6
3.如图所示结构,刚架各段的抗弯刚度为EI,拉杆的 抗拉刚度为EA。试用卡氏定理计算C点的竖向位移。
材料力学习题解答11
能量法
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1
卡氏定理
1.如图所示支架中,AB和AC杆在A处铰接在一起并 可看成是刚体,拉杆长L=2m,横截面的直径d=15mm ,弹性模量为E=210GPa,载荷F=20kN。试求A点的竖 向位移和C点的水平位移。
解:
由整体平衡有:RB
RC
F 2
F A
由杆件AB的平衡有:
材料力学_xt11
11-1 图示桁架各杆的材料相同,截面面积相等。
试求在P 力作用下桁架的变形能。
11-2 计算图示梁的变形能。
11-3 传动轴受力情况如图所示。
轴的直径为40mm ,材料为45钢,E =210GPa ,G =60GPa 。
试计算轴的变形能。
11-4 图示三角架承受荷载P ,AB 、AC 两杆的横截面面积均为A 。
若已知A 点的水平位移△Ax (向左)和铅锤位移△Ay (向下),试按下列情况分别计算此三角架的应变能U ,将U 表达为△Ax 、△Ay 的函数。
(a) 若此三角架由线弹性材料制成,EA 为已知;(b) 若此三角架由非线性弹性材料制成,其应力—应变关系为εσB =(见图),B 为常数,这一关系对拉伸和压缩相同。
11-5 求习题11-4两种情况下的余能。
11-6 在外伸梁的自由端作用力偶矩m ,试用互等定理,求跨度中点C 的挠度⊿C 。
11-7 图示为变截面梁,试求在P 力作用下截面B 的竖向位移和截面A 的转角。
11-8 图示刚架的各杆的EI 皆相等,试求截面A 、B 的位移和截面C 的转角。
11-9 在筒支梁的整个跨度l 内,作用均布载荷q 。
材料的应力-应变关系为εσC =。
式中C 为常量,σ与ε皆取绝对值。
试求梁的端截面的转角。
11-10 图示桁架各杆的材料相同,截面面积相等。
试求节点C 处的水平位移和垂直位移。
11-11 图示简易吊车的吊重P =2.83kN 。
撑杆AC 长为2m ,截面的惯性矩为I =8.53⨯106mm 4。
拉杆BD 的横截面面积为600mm 2。
如撑杆只考虑弯曲的影响,试求C 点的垂直位移。
设E =200GPa 。
11-12 由杆系及梁组成的混合结构如图所示。
设P 、a 、E 、A 、I 均为已知。
试求C 点的垂直位移。
11-13 用卡氏第二定理求位于水平平面内的开口圆环上A 、B 两点间的相对位移。
弹性常数E 、G 及环杆直径d 为已知,两P 力沿铅垂方向作用。
材料力学(I)答案课件
弯曲
材料在受到外力作用时,会发生 弯曲变形。弯曲变形是指材料在 平面内发生弯曲,而其轴线仍然 为直线。
弯曲的分类
根据弯曲形状的不同,可以分为 简支梁弯曲、悬臂梁弯曲和外伸 梁弯曲等。
弯曲的应力分布
在弯曲变形中,材料内部的应力 分布不均匀,最大应力出现在中 性轴附近,且方向垂直于中性轴 。
弯曲的应力分析
03
失效与断裂的关系
材料的失效和断裂是两个不同的概念,但它们之间存在一定的联系。材
料的失效可能是由于内部损伤或外部因素引起的,而断裂则是失效的一
种形式。
04
轴向拉伸与压缩
轴向拉伸与压缩的概念
轴向拉伸
物体在轴向受到拉伸力作用,产生伸 长变形。
轴向压缩
物体在轴向受到压缩力作用,产生缩 短变形。
轴向拉伸与压缩的应力分析
强度与塑性
强度
材料在受到外力作用时所能承受的最大应力 。
塑性
材料在受到外力作用时发生不可逆变形的性质。
强度与塑性的关系
材料的强度和塑性是相互关联的,强度高的 材料通常塑性也较好,但不同材料之间存在 差异。
材料的失效与断裂
01
失效
材料在受到外力作用时发生的变形或破坏。
02
断裂
材料在受到外力作用时发生的突然破裂或开裂。
剪切应力=剪切力/剪切面面积。
剪切应力的分布
03
剪切应力在剪切面上分布不均匀,最大剪切应力发生在剪切面
的边缘。
剪切的应变分析
剪切应变
是指物体在剪切力作用下发生的形状改变。
剪切应变的计算公式
剪切应变=剪切位移/原长。
剪切应变的影响因素
剪切力的大小和材料的性质影响剪切应变的 大小。
材料力学答案第十一章
第十一章能量要领之阳早格格创做第十一章问案图示桁架各杆的资料相共,截里里积相等.试供正在F 力效率下,桁架的变形能.估计图示各杆的应变能.传动轴受力情况如图所示.轴的直径为40mm ,资料为45钢,E = 210GPa ,G = 80GPa.由扭转引起的应变能: 由蜿蜒引起的应变能:估计图示梁的应变能,并证明是可谦脚叠加本理及其本果.而没有谦脚叠加本理,果为应变能取内力的闭系没有是线性的.借帮于附录E ,供跨度中面(睹课本下册p40例12-4)11.6 图示刚刚架的各杆的EI 皆相等,试供截里A 、B 的位移战截里C 的转角.(a)A 面:正在A 面加一个背下的单位力.M (x 1)=0, M (x 2)=Fx 2, M (x 3)=FbC 面:正在C 加一个顺时针的力奇矩为1的单位力奇(b) A 面:正在A面加一个背下的单位力B 面:正在B 面加一个背左的单位力图示桁架各杆的资料相共,截里里积相等C 处的火仄位移战笔直位移.CF BAR火仄位移:(122) 3.828Fl FlEA EA +=-=-.笔直位移:Fl EA ∆=-.2,E 索 = 177GPa.F = 20kN ,(a)假设横梁ABCD 为刚刚体,供C 面的笔直位移.(2)若没有把ABCD 假设为刚刚体,且已知其抗直刚刚度为EI 2,试再供C 面的笔直位移.(1)42110.87.891033F EA -⎛⎫∆=⨯=⨯ ⎪⎝⎭m.(2)20.44047.89102Fx dx EI -∆=⨯+⎰4447.8910 1.48109.3710---=⨯+⨯=⨯m.11.9 等截里直杆BC 的轴线为四分之三的圆周.若AB 杆可视为刚刚性杆,试供正在F 力效率下,截里B 的火仄位移及笔直位移.火仄位移:M ()=FR cos, ()sin M R θθ=33320sin cos 2FR FRd EI EI πθθθ∆==⎰.D CFAB60 ° 60 ° 800 400400RFO B BF ORA F笔直位移:()(1cos )M R θθ=--33.36FR EI =.11.10 图示圆弧形小直率杆,仄衡半径为R .力F笔直于圆环中线地圆的仄里.试供二个F 力效率面的相对于线位移.M ()=FR sin, ()sin M R θθ= T ()=FR (1-cos), ()(1cos )T R θθ=-333pFR FR EI GI ππ=+.11.11图示圆弧形小直率杆,仄衡半径为R .正在横截里A 取B 处受一对于集结力F 效率.力F 正在圆环中线地圆的仄里内.试供二个F 力效率面的相对于线位移. M ()=FR sin,()sin M R θθ=32320sin FR FRd EI EI πθπθ∆==⎰.11.12图示轴线为火仄里内四分之一圆周的直杆,正在自由端B 效率笔直荷载F ,设EI 战GI P 为已知,试供正在F 力效率下端里B 的笔直位移.F O O Rθ B F AM ()=FR sin, ()sin M R θθ= T ()=FR (1-cos), ()(1cos )T R θθ=- 33(38)44pFR FR EI GI ππ-=+.。
《材料力学》第11章典型习题解析
第11章典型习题解析1.用卡氏第二定理求图12.3所示刚架A 截面的位移和B 截面的转角。
略去剪力Q 和轴力N 的影响,E Ⅰ为已知.解:(1)A 截面的位移AB 段弯矩:M(x)=-Px (0≤x ≤l ) ∂M(x) /∂P=-x在A 处虚加一水平力向右的力Q,之后,再令其为0.那么,BC 段弯矩:M(y)=-2P l - Q l +(P+Q)y∂M(y) /∂P=-2l +y ∂M(y) /∂ Q=-l +yA 截面的竖直位移:Y A ==∂∂∑⎰EI P Mdx ML 0 ()()()()⎰⎰+-+-+--L LEIdy y L Py PL EI dx x Px 00222 =EIPL 223A 截面的水平位移: X A =EI Q M M L ∂∂∑⎰0dx=()()EI dy y L Qy Py QL PL L 200+-++--⎰ 积分,令Q=0得 ()()EIPL EI dy y L Py PL XA L 1252230=+-+-=⎰(2)B 截面的转角在B 处虚加一力偶M B,AB 段弯矩:M(x)=-Px (0≤x<l )BC 段弯矩:M(y)=-2P l -B M +Py (0<y<l )∂M(x) /∂MB=0 ∂M(y) /∂MB =-1 ∑⎰∂∂=L B B EI dx M M M 0θ =()()⎰-+--L B EI dxPy M PL 0212 EIPL 432= 2.用卡氏第二定理求图示的A 截面的位移和B 截面的转角。
略去剪力Q 和轴力N 的影响,E Ⅰ为已知。
解:(1)A 截面的位移在A 点虚加一向下的力F ,支反力2qL F P Y B ++= (L 为AB 和AD 的长度) P X qL P Y C C -=--=,2AB 段弯矩: M1=0∂ M1 /∂F=0AD 段弯矩:M2(x)=2qL P F qx 2++⋅1()x-2∂M2(x) /∂F=xCD 段弯矩:M3(y)=PyaⅠⅠ2ⅠC DA 截面的竖直位移:∑⎰∂∂=L A EIdx F M M Y 0=⎰⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛++L EI xdx qx x F qL P 02222 积分,令F=0得34A PL qL Y 6EI 24EI =+求A 截面的水平位移时, 在A 处虚加一水平力向右的力Q, 再令其为0.那么, 支反力B qL Y P Q 2=++ (L 为AB 和AD 的长度)C C qL Y P Q X P Q 2=-+=-+()+,() AB 段弯矩: M1=0∂ M1 /∂Q=0AD 段弯矩:M2(x)=(P+Q)x ⋅∂M2(x) /∂Q=xCD 段弯矩:M3(y)=(P+Q )y∂M3(y) /∂Q=yA 截面的水平位移∑⎰∂∂=L A EI dx Q M M X 0=()⎰⋅+L EIdx x Q P 022=()⎰⋅+L EI ydy y Q P 0积分,令Q=0得 EIPL X A 23= (2) B 截面的转角在B 处虚加一顺时针的力偶M B, 积分,并令其为零。
章习题参考答案材料力学课后习题题解_图文
2.37 图示销钉连接中,F=100kN ,销钉材料许用剪切应力 [τj]=60MPa,试确定销钉的直径d25kN;FBA=43.3kN。查型钢表 可得:ABC=6.928cm2,
FBC=25kN;FBA=43.3kN;ABC=6.928cm2, [σ]1=160MPa;AAB=100×50mm2 ;[σ]2=8MPa。
杆BC满足强度要求,但杆BA不满足强度要求。 将[FBA]带入(1)、(2)式中求得许用荷载[F]=46.2kN
2.25 图示结构中,横杆AB为刚性杆,斜杆CD为直径d=20mm 的圆杆,材料的许用应力[σ]=160MPa ,试求许用荷载[F]。
解:CD=1.25m, sinθ=0.75/1.25=0.6
2.25 图示结构中,横杆AB为刚性杆,斜杆CD为直径d=20mm 的圆杆,材料的许用应力[σ]=160MPa ,试求许用荷载[F]。
解:受力分析如图
d1=20mm,E1=200GPa; d2=25mm,E2=100GPa。
2.15 图示结构中,AB杆和AC杆均为圆截面钢杆,材料相同 。已知结点A无水平位移,试求两杆直径之比。 解:
由两杆变形的几何关系可得
2.20 图示结构中,杆①和杆②均为圆截面钢杆,直径分别 为d1=16mm,d2=20mm ,已知F=40kN ,刚材的许用应力 [σ]=160MPa,试分别校核二杆的强度。 解:受力分析如图
解:CD=1.25m, sinθ=0.75/1.25=0.6
d=20mm [σ]=160MPa
2.27 图示杆系中,木杆的长度a不变,其强度也足够高,但 钢杆与木杆的夹角α可以改变(悬挂点C点的位置可上、下 调整)。若欲使钢杆AC的用料最少,夹角α应多大? 解:
答 45o
材料力学课后习题答案11章
S z (η2 ) = 2.5 × 10 − 5 + (0.010η2 )(0.050 −
S z ,max (η 2 ) = 3.75 × 10 −5 m 3
η2
2
)
τ1 =
FSy S z , max (η1 ) 5 × 103 × 2.5 × 10 −5 N = = 3.75 × 106 Pa = 3.75MPa I zδ 3.333 × 10 − 6 × 0.010m 2 FSy S z , max (η2 ) I zδ 5 × 103 × 3.75 × 10 −5 N = = 5.63 × 106 Pa = 5.63MPa −6 2 3.333 × 10 × 0.010m
2 = 2.5 × 10 −5 + 2.5 × 10 −4 η 2 − 5 × 10 −3 η 2
τ 1, max =
FSy S z , max (η1 ) I zδ 1
=
5 × 103 × 1.25 × 10 −5 N = 3.00 ×106 Pa = 3.00MPa 2.08 × 10 − 6 × 0.010m 2
S z , A (ω ) =
δ
2 yA =
0.010 × 0.050 2 m 3 = 1.25 × 10 − 5 m 3 2
= 1.875 × 10 −4 m 3
据公式
τ (η ) =
得
FS S z (ω ) I zδ
40 × 10 3 × 1.25 × 10 −5 N τA = = 1.499 × 10 6 Pa = 1.499MPa −5 2 3.335 × 10 × 0.010m
[
]
11-6
试指出图示截面的剪心位置。
题 11-6 图 解: (a)双对称截面,剪心与形心重合; (b)角钢形截面,剪心在二边条中心线相交处; (c)T 形截面,剪心在翼缘中心线与腹板中心线相交处。
材料力学全部习题解答 ppt课件
得泊松比
' 0.33
22
解:1.轴力分析 由 F E
A
得
2.确定 F 及 值
根据节点A的平衡方程
FEA
得
23
A
l1 解:1.计算杆件的轴向变形
l2
由(2-15)可知: FN1 F50KN(拉力)
由胡克定理得
FN2 2F502KN (压力)
杆1的伸长为 l1F E N 1A 1l1 1200 50 10 9 1 03 4 00 1. 5 10 60.936m m
则,根据 Iz=Iz0+Aa2
得: Iz= I'zA y c2= 1 .7 3 1 0 -3m 4
30
(b) 沿截面顶端建立坐标轴z’,y轴不变
Z
A = 0 .8 0 .5 0 .5 5 0 .4 = 0 .1 8 m 2
ydA
yc=
A
A
0.15
0.7
0.8
0.5 ydy20.05 ydy0.5 ydy
此值虽然超过 ,但超过的百分数在5%以内,故仍符合强
度要求。
21
2-21 图示硬铝试样,厚度δ=2mm,试验段板宽b=20mm,标距l=70mm。在 轴向拉F=6kN的作用下,测得试验段伸长Δl=0.15mm,板宽缩短Δb=0.014mm。 试计算硬铝的弹性模量E与泊松比μ。
解:轴向正应变 l0.0m 15 m 1% 0 0 0.2% 14
解:1.问题分析 由于横截面上仅存在沿截面高度线性分布
的 正 应 力 , 因 此 , 横 截 面 上 只 存 在 轴 力 FN 及弯矩Mz,而不可能存在剪力和扭矩。
7
2.内力计算
根据题意,设 kya.代入数据得:
材料力学习题及答案.pptx
解 : (1) 轮 1 、 2 、 3 、 4 作 用 在 轴 上 扭 力 矩 分 别为
轴内的最大扭矩
若将轮 1 与轮 3 的位置对调,则最大扭矩变 为
最大扭矩变小,当然对轴的定的圆截面轴,承受扭力矩作用。试求支反力偶矩。设扭转刚度为已知常数。
试从强度方面考虑,建立三者间的合理比值。已知许用应力[σ]=120MPa,许用切应力[τ]=90MPa,许用挤 压应力[σbs]=240MPa。
解:由正应力强度条件 由挤压强度条件
由切应力强度条件
5
学海无 涯
D:h:d=1.225:0.333:1
式 (1) : 式 (3)得
式 (1) : 式 (2) 得
由实心轴的切应力强度条件
4-3(4-12) 某传动轴,转速 n=300 r/min,轮 1 为主动轮,输入功率 P1=50kW,轮 2、轮 3 与轮 4 为从动轮,输出功率分别为 P2=10kW,P3=P4=20kW。
(1) 试求轴内的最大扭矩; (2) 若将轮 1 与轮 3 的位置对调,试分析对轴的受力是否有利。
10
学海无 涯
解:各杆轴力及变形分别为
梁 BD 作刚体平动,其上 B、C、D 三点位移相
等
3-8(3-17) 图示桁架,在节点 B 和 C 作用一对大小相等、方
向相反的载荷 F。设各杆各截面的拉压刚度均为 EA,试计算节点 B 和 C 间的相对位移ΔB/C。
解
:
根
据
能
量
守
恒
定
律
,
有
3-9(3-21) 由铝镁合金杆与钢质套管组成一复合杆,杆、管各载面的刚度分别为 E1A1 与 E2A2。复合杆承受 轴向载荷 F 作用,试计算铝镁合金杆与钢管横载面上的正应力以及杆的轴向变形。
材料力学
y max
Mmax y I
2.9Fp 1000 15
304
170
64
Fp 155.4 N 即Fp的容许值为155.4N
解题指导:
如果采用max=(M1*y/I)+(M2*y/I)计算, 是错误的。因为M1所引起的最大正应力在a 点, M2所引起的最大正应力在b点。显然不 能将两个不同点处的正应力相加作为该截面 上的最大正应力。
4
d3
4 32
d 3
32
MT Wp
m
d3
3 16
d 3
16
r3
2 4 2
4 32
d 3
2
4
3 16
d 3
2
160
d 3
100MPa
d 80mm
取 d 80mm
解题指导:
弯扭组合变形的最大特点是:其危险点属于二 向受力状态,危险点上的正应力并不在其横截面 上,因而必须应用强度理论进行强度计算。
11.3 直径为d的等截面折杆,位于水平面内,杆的
A端承受垂直向下的荷载Fp力作用,已知[]。试求: (1)指出危险截面的位置;
(2)求危险截面上的最大弯曲正应力max和 最大扭转剪应力τmax;
(3)用第三强度理论求许可荷载[Fp]
a
B
C
A
Fp
a
解: (1)固定端C截面为危险截面
(2)内力图
xy
r3
2 x
材料力学第五版(刘鸿文主编)课后习题答案课件
材料力学的基本单位
总结词
材料力学的基本单位包括长度单位、质量单 位、时间单位和力的单位。这些单位是国际 单位制中的基本单位,用于描述和度量材料 力学中的各种物理量。
详细描述
在材料力学中,需要用到各种物理量来描述 和度量材料的机械行为。因此,选择合适的 单位非常重要。长度单位通常采用米(m) ,质量单位采用千克(kg),时间单位采 用秒(s),力的单位采用牛顿(N)。这 些单位是国际单位制中的基本单位,具有通 用性和互换性,可以方便地用于描述和度量 材料力学中的各种物理量,如应变、应力、 弹性模量等。同时,这些单位的选择也符合 国际惯例,有利于学术交流和技术合作。
材料力学第五版(刘鸿文 主编)课后习题答案课件
• 材料力学基础概念 • 材料力学基本公式 • 课后习题答案解析 • 材料力学实际应用 • 材料力学的未来发展
01
材料力学基础概念
材料力学定义与性质
总结词
材料力学是研究材料在各种外力作用下 产生的应变、应力、强度、刚度和稳定 性等机械行为的科学。其性质包括材料 的弹性、塑性、脆性等,以及材料的强 度、刚度、稳定性等机械性能。
02
材料力学基本公式
拉伸与压缩
•·
应变公式: $epsilon = frac{Delta L}{L}$,其中 $epsilon$是应变,$Delta L$是长度变化量,$L$是
原始长度。
描述了材料在拉伸和压缩过程中的应力、应变 关系。
应力公式: $sigma = frac{F}{A}$,其中 $sigma$是应力,$F$是作用在物体上的力, $A$是受力面积。
习题二答案解析
问题2
说明应力分析和应变分析在材料力学中的重要性。
答案
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解:
在C点虚加载荷P,由对称性:RB
RC
F 2
F A
由杆件AB的平衡有:
mA
PH
RB H
sin
22.5
FN
L 2 tan 22.5
0
45
FN D
B
H 4m
E FN
C
FN
2H
tan 22.5 (P L
RB
sin
22.5 )
P RB
P RC
2 4 0.414(P 0.383F / 2) 2
F AC 1 F CD 1
3
23
A
B
(F AC F AD ) cos 30 0 F AD 1 3
F AB (F AC F AD ) cos 60 0 F AB 1 F 23
D
i
Fi F ili 2 FL ( 2 1 1) 2FL
解: FBC F FAB 0 FDC FAD 0
FAC 2F F BC F AB F DC F AD 1
2 F AC 1
BD
i
Fi F ili 2FAC F ACa FBC F BCa
EA
EA
EA
2 2Fa Fa (2 2 ) Fa
2a M 2 a EI
M 2 d x F1
wC
2F (2a)3 3EI
Fa3 3EI
Fa2 2EI
a
a F1x x d x 2a [F1x F2 (x a)] x d x
0 EI
a
EI
37Fa3 6EI
a 2Fx x d x 2a [2Fx F(x a)] x d x
0 EI
a
EI
2F a3 3F (2a)3 a3 Fa (2a)2 a2 Fa3 ( 2 7 3)
EI 3 EI 3 EI 2
EI 3 2
37Fa3 wC 6EI 4
2.如图所示各梁的抗弯刚度为EI,试用卡氏定理 计算C截面的挠度和B截面的转角。
解: (a) 在B截面处虚加一力偶m。
FAC sin 60 F 0 FAC cos 60 FCD 0
FAC
2F 3
FCD
1F 3
F (FAC FAD ) cos 30 0 FAD 0
FAB (FAC FAD ) cos 60 0
FAB
1F 3
C
E
D
F
F
FAC C 60 FCD
m
a
(a
M
2 1
x d
2a)
2a
x
M 22
d
x
0 2EI
a 2EI
q
x
B
a
a
(b)
C
m
R
wC
U R
a M1 M1 d x 0 EI R
2a M2 a EI
M 2 d x 0 R
C
U m
a M1 M1 d x 0 EI m
2a M2 a EI
材料力学习题解答11
能量法
1
卡氏定理
1.如图所示支架中,AB和AC杆在A处铰接在一起并 可看成是刚体,拉杆长L=2m,横截面的直径d=15mm ,弹性模量为E=210GPa,载荷F=20kN。试求A点的竖 向位移和C点的水平位移。
解:
由整体平衡有:RB
RC
F 2
F A
由杆件AB的平衡有:
mA
m0 d x
2a [m 2Fx F (x a)]
a
EI
m0 d x
2a [2Fx F(x a)] d x
a
EI
3F (2a)2 a2 Fa a Fa2 (9 1) 7Fa2
EI 2
EI
EI 2
2EI
叠加法:
B
3Fa2 2EI
2Fa2 EI
F
F
A FAB
60
FAC FAD
A
B
求单位载荷作用下各杆的内力。 C
1
D
1
2
E
1
13
2
6.如图所示桁架结构系统中各杆的长度均为L,抗拉 刚度均为EA,试用单位载荷法计算节点D的竖向位移 以及AC,BE两杆件的相对转角。
解: FAC
2F 3
FCD
1F 3
FAD 0
FAB
1F 3
M1 d x R
2a M2 a EI
M 2 d x 0 R
1
a
Rx x d x
1
2a
[F(x a) Fa Rx]x d x 0
EI 0
EI a
1 Ra3 F [(2a)3 a3] 2Fa [(2a)2 a2 ] 1 R[(2a)3 a3] 0
a
0
3
3
24
2Ra 2m 1 qa2 0
6
8a3 R
2ma2
7
qa 4
0
3
24
(8 2)Ra ( 7 1)qa2 0 2 Ra 1 qa2 0
3
24 6
38
2Ra 2 2ma 1 qa3 0 6
R 3 qa 16
m 1 qa2 Ra ( 1 1)qa2 m 1 qa2
求单位载荷作用下各杆的内力。
RB R Ax R Ay 0
F BC F AB F DC F AD 1 2
F AC 1
1D
a
A
R Ax
R Ay
a
a
A
B
RAx
RAy
a
RB
D FDC
FAB
FBC B
FAD
C
FBC RB
C FAC
FBC
F BC B
B
F AB
1
1
RB
11
5.如图所示正方形桁架结构系统,各杆的抗拉刚度均 为EA,试用单位载荷法计算B,D两点之间的相对位移。
(2a)2 a2 m
1q
2a (x a)2 x d x 0
32
3
2
2a
R a2 ma R (2a)2 a2 ma 1 q 2a (x a)2 d x 0
2
2
2a
q
x
B
R 8a3 2ma2 1 q 2a (x a)2 x d x 0
3
解: (a) F1 2F
F2 F
M1(x) F1x
F
2F
EI B
A
C
a
a
M2(x) F1x F2 (x a)
(a) x
结构总应变能为:U
a
M
2 1
d
x
2a M22 d x
0 2EI
a 2EI
叠加法:
wC
U
F1
a M1 M1 d x 0 EI F1
EA
2EA
2 EA
D
a
A
a
CF B
BC (2
2 ) Fa 2 EA
(相互靠近)
12
6.如图所示桁架结构系统中各杆的长度均为L,抗拉 刚度均为EA,试用单位载荷法计算节点D的竖向位移 以及AC,BE两杆件的相对转角。
解: (1)求D点的竖向位移。
F
F
A
B
求实际载荷作用下各杆的内 力。根据对称性有:
2a
A
C
m
a
a
(b)
R
2Ra 2 2ma 1 q 2a (x a)2 d x 0
2a
2a (x a)2 x d x a t 2 (t a) d t (1 1)a4 7 a4
a
0
4 3 12
8 Ra 2m 7 qa2 0
2a (x a)2 d x a t 2 d t 1 a3
A
M1(x) 2Fx
M2(x) m 2Fx F(x a)
结构总应变能为:U
a
M
2 1
d
x
2a M22 d x
0 2EI
a 2EI
F
2F
EI m B
C
a
a
(a) x
B
U m
m0
a M1 M1 0 EI m
m0 d x
2a M 2 M 2 a EI m
qa 2EI
a 0
(x a)2 d x
qa2 qa4 qa 2EA 8EI 2EI
0 a
t2 dt
qa2 qa4 qa4 qa2 7qa4 2EA 8EI 6EI 2EA 24EI
wC
qa2 2EA
7qa4 24EI
(向下)
7
4.如图所示各梁的抗弯刚度均为EI,试用卡氏定理求梁 支座C处的约束反力。
M 2 d x 0 m
a
(Rx m)x d x
2a[Rx m 1 q(x a)2 ]x d x 0
0
a
2
a
(Rx m) d x
2a[Rx m 1 q(x a)2 ]d x 0