第七章 应力应变分析 强度理论习题
应力状态分析与强度理论-习题与答案
（A）受力构件横截面上各点的应力情况
（B）受力构件各点横截面上的应力情况
（C）构件未受力之前，各质点之间的相互作用力状况
（D）受力构件内某一点在不同横截面上的应力情况
2、一实心均质钢球，当其外表面迅速均匀加热，则球心O点处的应力状态是（）
（A）单向拉伸应力状态（B）平面应力状态
（A）铸铁为塑性材料
（B）铸铁在三向压应力状态下产生塑性变形
（C）铸铁在单向压应力作用下产生弹性变形
（D）材料剥脱
7、混凝土立方试块在作单向压缩试验时，若在其上、下表面上涂有润滑剂，则试块破坏时将沿纵向裂开，其主要原因是（）
（A）最大压应力（B）最大剪应力
（C）最大伸长线应变（D）存在横向拉应力
8、一中空钢球，内径d＝20cm，内压p＝15Mpa，材料的许用应力 ＝160Mpa，则钢球壁厚t只少是（）
（A）t＝47㎜（B）t＝2.34㎜
（C）t＝4.68㎜（D）t＝9.38㎜
9、将沸水注入厚玻璃杯中，有时玻璃杯会发生破裂，这是因为（）
（A）热膨胀时，玻璃杯环向线应变达到极限应变，从内、外壁同时发生破裂
（B）玻璃材料抗拉能力弱，玻璃杯从外壁开始破裂
（C）玻璃材料抗拉能力弱，玻璃杯从内壁开始破裂
（D）水作用下，玻璃杯从杯底开始破裂
因圆柱与钢筒之间的空隙 ，而 > ，故圆柱受钢筒弹性约束。设柱与筒之间的作用力为p，则铝柱中各点处主应力为
钢筒中各点处主应力为
设铝柱和钢筒的径向应变分别为 ，变形协变条件为
即
于是
得
p＝2.74Mpa
故钢筒周向应力为
即
得
所以则其相当应力为
由于 <0.5
材料力学第七章应力状态和强度理论
x y 2 a 0 2
x y x y 2
x y
2
) x
2
2
例题1: 已知:单元体各侧面应力 x=60MPa,
求: (1) = - 450斜截面上的应力,(2)主应力和主平面
dA
y
x y
2
sin 2 xy cos2
y
yx
应力圆
y
1 R 2
x
y
2
4 2 xy
x
yx xy x
y
R c
x y
2
2
x
xy
x´
dA
yx
y´
y
x y 1 2 2 2
40
x y
2 0.431MPa
sin( 80 ) xy cos(80 )
C
C
C
例题3：已知梁上的M、Q，试用单元体表示截面上1、2、
3、4点的应力状态。
1
2 0
2
1点 2点
1 2 0 3
3Q ＝ 2A
M x Wz
2 xy
x y
2 20.6 0.69 60 0
17.2
x y
2 (
6.4MPa
2 34.4
max(min)
x
17.20
x y
2
) xy
2
2
x
66.4MPa
60 0 60 0 2 ( ) 20.6 2 2 2 66.4(6.4) MPa
材料力学带答疑
第七章应力和应变分析强度理论1.单元体最大剪应力作用面上必无正应力答案此说法错误（在最大、最小正应力作用面上剪应力一定为零；在最大剪应力作用面上正应力不一定为零。
拉伸变形时，最大正应力发生在横截面上，在横截面上剪应力为零；最大剪应力发生在45度角的斜截面上，在此斜截面上正应力为σ/2。
）2. 单向应力状态有一个主平面，二向应力状态有两个主平面答案此说法错误（无论几向应力状态均有三个主平面，单向应力状态中有一个主平面上的正应力不为零；二向应力状态中有两个主平面上的正应力不为零）3. 弯曲变形时梁中最大正应力所在的点处于单向应力状态答案此说法正确（最大正应力位于横截面的最上端和最下端，在此处剪应力为零。
）4. 在受力物体中一点的应力状态，最大正应力作用面上切应力一定是零答案此说法正确（最大正应力就是主应力，主应力所在的面剪应力一定是零）5.应力超过材料的比例极限后，广义虎克定律不再成立答案此说法正确（广义虎克定律的适用范围是各向同性的线弹性材料。
）6. 材料的破坏形式由材料的种类而定答案此说法错误（材料的破坏形式由危险点所处的应力状态和材料的种类综合决定的）7. 不同强度理论的破坏原因不同答案此说法正确（不同的强度理论的破坏原因分别为：最大拉应力、最大线应变、最大剪应力、形状比能。
）二、选择1.滚珠轴承中，滚珠与外圆接触点为应力状态。
A：二向； B：单向C：三向D：纯剪切答案正确选择C（接触点在铅垂方向受压，使单元体向周围膨胀，于是引起周围材料对接触点在前后、左右方向的约束应力。
）2.厚玻璃杯因沸水倒入而发生破裂，裂纹起始于。
A：内壁 B：外壁 C：内外壁同时 D：壁厚的中间答案正确选择：B （厚玻璃杯倒入沸水，使得内壁受热膨胀，外壁对内壁产生压应力的作用；内壁膨胀使得外壁受拉，固裂纹起始于外壁。
）3. 受内压作用的封闭薄壁圆筒，在通过其壁上任意一点的纵、横两个截面中。
A：纵、横两截面均不是主平面； B：横截面是主平面、纵截面不是主平面；C：纵、横二截面均是主平面； D：纵截面是主平面，横截面不是主平面；答案正确选择：C （在受内压作用的封闭薄壁圆筒的壁上任意取一点的应力状态为二向不等值拉伸，其σx =pD/4t、σy=pD/2t。
工程力学c材料力学部分第七章 应力状态和强度理论
无论是强度分析还是刚度分析，都需要求出应力的极值， 无论是强度分析还是刚度分析，都需要求出应力的极值，为了找 到构件内最大应力的位置和方向 需要对各点的应力情况做出分析。 最大应力的位置和方向， 到构件内最大应力的位置和方向，需要对各点的应力情况做出分析。
受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合，称为一点的 受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合，称为一点的 研究一点的应力状态时， 应力状态 。研究一点的应力状态时，往往围绕该点取一个无限小 的正六面体—单元体来研究。 单元体来研究 的正六面体 单元体来研究。
σ2
σ2
σ1
σ1
σ
σ
σ3
三向应力状态
双向应力状态
单向应力状态 简单应力状态
复杂应力状态 主应力符号按代数值的大小规定： 主应力符号按代数值的大小规定：
σ1 ≥ σ 2 ≥ σ 3
平面应力状态的应力分析—解析法 §7−2 平面应力状态的应力分析 解析法
图(a)所示平面应力单元体常用平面图形(b)来表示。现欲求 )所示平面应力单元体常用平面图形( )来表示。现欲求 垂直于平面xy的任意斜截面 上的应力 垂直于平面 的任意斜截面ef上的应力。 的任意斜截面 上的应力。
二、最大正应力和最大剪应力
σα =
σ x +σ y
2
+
σ x −σ y
2
cos 2α − τ x sin 2α
τα =
令
σ x −σ y
2
sin 2α + τ x cos 2α
dσ α =0 dα
σ x −σ y
2
sin 2α +τ x cos2α = 0
可见在 τ α
=0
材料力学
10.一点沿某方向的正应力为零，则该点在该方向上线应变也必为零。（ X ）
第八章：组合变形
1.材料在静荷作用下的失效形式主要有脆性断裂和塑性屈服两种。（ √ ）
2.砖、石等脆性材料的试样在压缩时沿横截面断裂。（ √ ）
4.不论是否满足强度条件，只要能增加杆件的静位移，就能提高其抗击冲击的能力。（ X ）
第十一章：交变应力
构件在交变应力下的疲劳破坏与静应力下的失效本质是相同的。（ X ）
通常将材料的持久极限与条件疲劳极限统称为材料的疲劳极限。（ X ）
材料的疲劳极限与强度极限相同。（ X ）
材料的疲劳极限与构件的疲劳极限相同。（ X ）
10、度量一点处变形程度的两个基本量为应变ε和,剪应变γ。
11、材料力学主要研究长度大于横截面尺寸的构件，称为杆件，简称为杆。?
12、工程上通常按延伸率的大小把材料分成两大类，δ大于5%的材料称为塑性材料。?
13、衡量材料力学性能的指标主要有比例极限(或弹性摸量)?ζp,屈服极限ζs,强度极限ζr,弹性摸量E,延伸率δ和断面收缩率等。?
3.材料不同而截面和长度相同的二圆轴，在相同外力偶作用下，其扭矩图、切应力及相对扭转角都是相同的。（ X ）
4.连接件承受剪切时产生的切应力与杆承受轴向拉伸时在斜截面上产生的切应力时相同的。（ X ）
第四章：弯曲内力
1.杆件整体平衡时局部不一定平衡。（ X ）
2.不论梁上作用的载荷如何，其上的内力都按同一规律变化。（ X ）
一、材料力学填空题?
1、构件的承载能力包括_刚度_?强度、和稳定性?3个方面。?????????
7.应力应变状态典型习题解析
τx 10 MPa ) = arctan(− ) = −22.5 D 40 MPa − 15.9 MPa σ x − σ min
所以主应力 σ 1 对应的方位为 − 22.5 D 。 3、计算最大切应力
τ max =
σ1 − σ 3
2
=
44.1MPa − 0 = 22.1MPa 2
讨论：当采用公式 tan 2α 0 = −
3 4 m bh 3 60 × 10 −3 × (100 × 10 −3） = = 500 × 10 −8 m 4 12 12
1 点处弯曲正应力（压应力）
σ=
My 10 × 10 −3 N ⋅ m × 50 × 10 −3 m = = 100 × 10 6 Pa = 100MPa 500 × 10 −8 m 4 Iz
3 自受力构件内取一微体，其上承受应力如图 a 所示， τ x = σ / 3 。试求此点的主应力及主 平面微体。
σ
a a
τ
τ σx
τx
τ
y x
σ/3
σ/3
60o c
60o b d b
σ
σ
σ
(a)
(b) 题3图
3
(c)
解题分析：本题微体为一三角体。为使用极值应力计算公式，应首先建立直角坐标系并确定
(b)
解：建立 σ 、 τ 坐标系，设OC=σ1=σ2=σ3，拉应力时见图a，压应力时见图b。 ６ 用 直 角 应 变 花 测 得 构 件 表 面 上 一 点 处 三 个 方 向 的 线 应 变 分 别 为 ε 0 = 700 × 10 ，
-6
ε 45D = 350 × 10 -6 ， ε 90D = −500 × 10 -6 ，试作应变圆，求该点处的主应变数值。
材料力学第七章 应力和应变分析 强度理论
第七章应力和应变分析强度理论一、填空题
1. 静载下塑性材料的强度指标是
，脆性材料的强度指标是。
交变应
力作用下材料的强度指标是。
2.第三强度理论为，第四强度理论为。
它们都适合于材料的强度计算。
二、选择题
A.脆性材料； B．塑性材料；
C．任何材料； D．材料为各向同性，且处于线弹性范围内。
2.第一强度理论适用于（A ）
A．脆性材料； B．塑性材料； C．变形固体； D．刚体。
3.图中应力圆a、b、c表示的应力状态分别为
A 二向应力状态、纯剪切应力状态、三向应力状态；
B 单向拉应力状态、单向
C 单向压应力状态、纯剪切应力状态、单向拉应力状态；
D 单向拉应力状态、单向压应力状态、纯剪切应力状态。
正确答案是（C ）
五、已知一点为平面应力状态如图所示，试求：
（1）主应力值；
（2）主平面的方位（要求在单元体上表示出来）；
（3）按照第三强度理论，给出该单元体的相当应力。
（14分）
50
20
五、如图在一体积较大的钢块上开一个贯穿的槽，其深度和宽度都是10mm，在槽内紧密无隙地嵌入一铝质立方块，它的尺寸为10mm×10mm×10mm，当铝块受到压力P=6kN的作用时，假设钢块不变形，铝的弹性模量E=70GPa，μ=0.33。
试求铝块的三个主应力及相应的变形。
（15分）。
德州学院,材料力学,期末试题7章习题讲解
德州学院,材料⼒学,期末试题7章习题讲解第七章⼒和应变分析强度理论 §7.1应⼒状态概述1.过受⼒构件内⼀点，取截⾯的不同⽅位，这⼀点在各个⾯上的（D ）. （A ）正应⼒相同，切应⼒不同；（B ）正应⼒不同，切应⼒相同；（C ）正应⼒和切应⼒都相同；（D ）正应⼒和切应⼒都不同。
2.关于单元体的描述，下列正确的是A（A ）单元体的三维尺⼨必须是微⼩的；（B ）单元体是平⾏六⾯体；（C ）单元体必须是正⽅体；。
（D ）单元体必须有⼀对横截⾯。
3.对于图⽰承受轴向拉伸的锥形杆上的A 点，哪⼀种应⼒状态是正确的Dxτxx4.在单元体的主平⾯上（）。
（A ）正应⼒⼀定最⼤；（B ）正应⼒⼀定为零；（C）切应⼒⼀定最⼩；（D ）切应⼒⼀定为零。
§7.2⼆向应⼒状态实例1. Q235钢制成的薄壁圆筒形蒸汽锅炉，壁厚δ，内径D ，蒸汽压⼒p ，试计算锅炉壁内任意⼀点处的三个主应⼒。
注：薄壁圆筒受⼒均匀，因此，任意点的应⼒状态均相同。
1.求⽔平⽅向上的正应⼒σx2.求竖直⽅向上的正应⼒σy3.求垂直于纸⾯⽅向上的正应⼒σz 薄壁圆筒与纸⾯垂直⽅向上的σz 为零.总结：薄壁圆筒的三个主应⼒为：薄壁圆筒为两向应⼒状态注意事项：1.注意单位配套使⽤；2. 纵向截⾯上正应⼒是横截⾯正应⼒的两倍；3.按规定排列正应⼒。
课本215页例7.1如下由Q235钢制成的蒸汽锅炉，壁厚δ=10mm，内径D=1m，蒸汽压⼒p=3MPa，试计算锅炉壁内任意⼀点处的三个主应⼒。
经分析，薄壁圆筒为两向应⼒状态2. 圆球形容器的壁厚为δ，内径为D，内压为p，求容器内任意⼀点的应⼒。
注：薄壁圆球受⼒均匀，因此，任意点的应⼒状态均相同。
1.求⽔平⽅向上的正应⼒σx2.求竖直⽅向上的正应⼒σy3.求垂直于纸⾯⽅向上的正应⼒σz薄壁圆筒与纸⾯垂直⽅向上的σz为零.球形薄壁容器的三个主应⼒为：受内压的球形薄壁容器为⼆向应⼒状态§7.3 ⼆向应⼒状态分析——解析法⼆向应⼒状态下，单元体各⾯上应⼒分量皆为已知，如下图所⽰：求垂直于xy平⾯的任意斜截⾯ef上的应⼒及主应⼒和主平⾯⼀.符号规定1.正应⼒正负号规定2.切应⼒正负号规定使微元或其局部顺时针⽅向转动为正；反之为负。
家电公司研发部资料材料力学习题答案(七)
第七章 应力状态和强度理论7-1 围绕受力构件内某点处取出的微棱柱体的平面图如图所示，已知该点处于平面应力状态，AC 面上的正应力σ＝－14MPa ，切应力为零，试从平衡方程确定σx 和τx 值。
答：σx ＝37.9MPa ,τx ＝74.2MPa 解：利用公式求解x x x x x cos 2sin 222sin 2cos 22yyyαασσσσσατασστατα+-=+--=+代入数据得x x x x x 9292140.3430.94229200.940.3432σστστ+--=+⨯-⨯-=⨯+⨯σx ＝37.9MPa ,τx ＝74.2MPa7-2 试绘出图示水坝内A 、B 、C 三小块各截面上的应力（只考虑平面内受力情况）。
A: B: C:7-3 已知平面应力状态如图所示，已知σx ＝100MPa ，σy =40MPa,以及该点处的最大主应力σ1＝120MPa ，试用应力圆求该点处的τx 及另外两个主应力σ2，σ3和最大剪应力τmax。
答：MPa,60,0MPa,20max 32===τσσx τ＝40 MPa 解：由应力圆分析可得A BC题 7 - 2 图题 7 - 1 图111(100,),(40,),(,0)x x c D D C ττσ'-x 121004070MPa221207050MPa 705020MPayc c c r r σσσσσσσ++====-=-=∴=-=-=是平面应力状态3=0σ∴222x x 13max (100)40MPa120060MPa 22c r σττσστ∴=-+⇒=--===7-4 已知平面应力状态一点处互相垂直平面上作用有拉应力90MPa 和压应力50MPa ，这些面上还有剪应力，如果最大主应力为拉应力100MPa ，试求：(1) 上述面上的切应力； (2) 此平面上另一主应力； (3) 最大切应力平面上的正应力； (4) 最大切应力。
《材料力学》第7章-应力状态和强度理论-习题解
(↑）; （↓）
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
[习题7—22]一直径为 的实心钢球承受静水压力，压强为 。设钢球的 ， .试问其体积减小多少？
解：体积应变
=
［习题7-23]已知图示单元体材料的弹性常数 , 。试求该单元体的形状改变能密度。
解：坐标面应力X(70，21),Y（14，—21）
所画的圆变成椭圆，其中
（长轴）
（短轴)
［习题7—14］已知一受力构件表面上某点处的 ， , ，单元体的三个面上都没有切应力.试求该点处的最大正应力和最大切应力。
解：最大正应力为 。最小正应力是 。
最大切应力是
［习题7—15]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：左支座为A，右支座为B，左集中力作用点为C，右集中力作用点为D。
支座反力: (↑)
=
（1）梁内最大正应力发生在跨中截面的上、下边缘
超过 的5。3％，在工程上是允许的。
（2）梁内最大剪应力发生在支承截面的中性轴处
(3)在集中力作用处偏外侧横截面上校核点a的强度
超过 的3.53%，在工程上是允许的。
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:
材料力学应力和应变分析强度理论
y
S平面
SF
a
1
T
4
z
x
2
T
Fa
M
Fl
1
T
Wt
σ
Mz Wz
3 Mz 3
T
Wt
σ
Mz Wz
目录
7—1 应力状态的概念
一、单元体的取法
S平面
F
S平面
F
5
2
4
l/2
l/2
3
Mz
Fl 4
2 1
1 1
2
2
2
3 3
10
二、单元体的特征
2 3
1、单元体特征 单元体的尺寸无限小，
1
1
每个面上应力均匀分布
3
任意一对平行平面上的应力相等
x = -40MPa
大小
y =60 MPa
max min
x
2
y
(
x
2
y
)2
2 x
80.7MPa 60.7MPa
x = -50MPa =-30°
1 80.7MPa 2 0 3 60.7MPa
方位
tan 20
2 xy x
y
2 (50) 40 60
1
20
45 135
0
22.5 67.5
三个主应力1 、2 、3 均不等于零
三个主应力1 、2 、3 中有两个不等于零
3、单向应力状态
三个主应力 1 、2 、3 中只有一个不等于零
2 3
2
1
1
1
1
1
3 2
2
1
7-2 二向应力状态分析-解析法
第7章 应力状态和强度理论 (答案)
7.1已知应力状态如图所示（单位：MPa ），试求：⑴指定斜截面上的应力； ⑵主应力；⑶在单元体上绘出主平面位置及主应力方向； ⑷最大切应力。
解： 100x MPa σ= 200y MPa σ= 100x MPa τ= 030α=-（1）cos 2sin 2211.622x yx yxασσσσσατα+-=+-=sin 2cos 293.32x yx MPa ασστατα-=+=（2）max 261.82x yMPa σσσ+=+=min 38.22x yMPa σσσ+==MPa 8.2611=σ M P a2.382=σ 03=σ （3）13max 130.92MPa σστ-== 7.2扭矩m kN T ⋅=5.2作用在直径mm D60=的钢轴上，试求圆轴表面上任一点与母线成30=α方向上的正应变。
设E=200GPa, 0.3υ=。
解：表面上任一点处切应力为：max 59PTMPa W τ== 表面上任一点处单元体应力状态如图30sin 251MPa στα=-=-120sin 251MPa στα=-=()004303012013.310Eεσυσ-=-=⨯2σττ7.3用电阻应变仪测得空心钢轴表面某点与母线成45方向上的正应变4100.2-⨯=ε，已知转速min /120r，G=80GPa ，试求轴所传递的功率。
解：表面任一点处应力为max 9550PPP T n W W τ==max 9550P W nP τ∴=纯剪切应力状态下，045斜截面上三个主应力为：1στ= 20σ= 3στ=- 由广义胡克定律 ()11311E E υεσυστ+=-=又()21EG υ=+ V 2G τε∴= 代入max 9550P W nP τ=，得109.4P KW =7.4图示为一钢质圆杆，直径mm D 20=，已知A 点与水平线成60方向上的正应变460101.4-⨯=ε，E=200GPa ，0.3υ=，试求荷载P 。
材料力学第7章应力和应变强度理论.答案
y
xy
x
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例1 解：1） 斜面上的应力
x y x y cos 2 xy sin 2 2 2
9.02 MPa
60 40 60 40 cos( 60 ) 30 sin( 60 ) 2 2
Me A B D C Me y
Me wt
在圆轴表层取出单元体ABCD ，单元体各面上的应力为：
x
ABCD
x y 0, xy
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例2
2). 主应力大小及方向确定
max x y x y 2 xy min 2 2
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例1
3）主应力单元体：
y
3
xy
1
x
15 .5
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例2 例7.4: 分析圆轴扭转时的应力状态。
Me A B D
C
Me
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例2
解：1). 单元体的应力状态
圆轴扭转时，在横截面的边缘 处切应力最大，数值为：x y来自2y xy
min
x y 2 xy 2 2 48.3MPa
x y
2
x
1 68.3MP a, 2 0, 3 48.3MP a
§7.3 二向应力状态分析—解析法-实例1
确定主平面的方位：
y
1 ( x y ) sin 2 xy cos 2 2
§7.3 二向应力状态分析—解析法
确定正应力和切应力的极值及它们所在平面的位置
材料力学-07-应力分析和强度理论
§7-2 平面应力状态 平面应力状态--解析法 平面应力状态 解析法： 解析法
1.斜截面上的应力 1.斜截面上的应力
y
σx
a
τ yx
τ xy
σx α
τa
n
τ xy
σa
dA
x
σy
n
τ yx
σy
t
t
∑F = 0
∑F =0
13
§7-2 平面应力状态 平面应力状态--解析法 平面应力状态 解析法： 解析法
tan 2α0 = − 2τ xy
σ x −σ y
由上式可以确定出两个相互垂直的平面， 由上式可以确定出两个相互垂直的平面，分别 为最大正应力和最小正应力所在平面。 为最大正应力和最小正应力所在平面。 所以，最大和最小正应力分别为： 所以，最大和最小正应力分别为：
σmax = σ x +σ y
2 1 + 2 − 1 2
单元体
单元体——构件内的点的代表物， 单元体——构件内的点的代表物，是包围被研究点的 ——构件内的点的代表物 无限小的几何体。 常用的是正六面体。 无限小的几何体。 常用的是正六面体。 单元体的性质—— 平行面上，应力均布； 单元体的性质——1) 平行面上，应力均布； —— 2) 平行面上，应力相等。 平行面上，应力相等。
2 2
σy
τ xy
α
60 − 40 60 + 40 = + cos(−60o ) + 30 sin(−60o ) 2 2
σx
= 9.02 MPa
τα =
σ x −σ y
2 60 + 40 = sin(−60o ) − 30 cos(−60o ) 2
材料力学第七章应力应变分析
x
y
2
x
2
y
cos 2
xy sin 2
x
y
2
sin 2
xy cos 2
1、最大正应力的方位
令
d d
2[
x
y sin 2
2
xy cos 2 ] 0
tg 2 0
2 xy x
y
0 0
90
0 和 0+90°确定两个互相垂直的平面，一个是最大正应 力所在的平面，另一个是最小正应力所在的平面.
的方位.
m
m a
A
l
解： 把从A点处截取的单元体放大如图
x 70, y 0, xy 50
A
tan 20
2 xy x y
2 50 1.429
1
3
(70) 0
0
A
x
0
27.5 62.5
3
1
因为 x < y ，所以 0= 27.5° 与 min 对应
max min
x
2
y
(
x
2
y )2
三、应力状态的分类
1、空间应力状态
三个主应力1 、2 、3 均不等于零
2、平面应力状态
三个主应力1 、2 、3 中有两个不等于零
3、单向应力状态
三个主应力 1 、2 、3 中只有一个不等于零
2 3
2
1
1
1
1
1
3 2
2
1
例题 1 画出如图所示梁S截面的应力状态单元体.
F
5
S平面
4
3
l/2
2
l/2 1
任意一对平行平面上的应力相等
刘鸿文《材料力学》(第6版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第7章)【圣才出品】
第7章应力和应变分析强度理论7.1复习笔记一、应力状态一点的应力状态：过一点不同方向面上应力的集合。
应力状态的研究对象是单元体，其特征为：①单元体的尺寸无限小，每个面上应力均匀分布；②任意一对平行平面上的应力相等。
主单元体是指各侧面上切应力均为零的单元体。
其中，单元体上切应力为零的面称为主平面，主平面上的正应力称为主应力。
说明：一点处必定存在一个单元体，使得三个相互垂直的面均为主平面，三个互相垂直的主应力分别记为σ1、σ2、σ3，且规定按代数值大小的顺序来排列，即σ1≥σ2≥σ3。
应力状态分类及实例（1）单向应力状态：也称为简单应力状态，三个主应力σ1、σ2、σ3中只有一个不等于零。
实例：简单的拉伸或压缩。
（2）平面（二向）应力状态：三个主应力σ1、σ2、σ3中有两个不等于零。
实例：薄壁圆筒横截面上的点和圆形容器包含直径的任意横截面上的点。
（3）空间（三向）应力状态：和平面应力状态统称为复杂应力状态，三个主应力σ1、σ2、σ3，均不等于零。
实例：在滚珠轴承中，滚珠与外圈接触点处的应力状态，可以作为三向应力状态的实例。
二、二向应力状态分析1．解析法如图7-1-1（a）所示，一单元体abcd处于平面应力状态，采用截面法取左边部分单元体eaf为研究对象，如图7-1-1（b）所示。
图7-1-1（1）符号规定：由x轴转到外法线n，逆时针转向夹角α为正；正应力仍规定拉应力为正；切应力对单元体内任一点取矩，顺时针转向为正。
（2）应力计算①任意斜截面α上应力正应力：cos2sin222x y x y xy ασσσσσατα+-=+-切应力：sin 2cos 22x y xy ασστατα-=+②主应力主应力的大小2max 2min 22x y x y xy σσσσστσ+-⎛⎫⎫=±+⎬ ⎪⎭⎝⎭将σmax 、σmin 和0按大小顺序排列，分别记为σ1、σ2和σ3。
主平面方位角tan2α0＝－2τxy /（σx －σy ）约定|α0|＜45°，即α0取值在±45°范围内，则确定主平面的规则为：当σx ≥σy 时，α0是σx 与σmax 之间的夹角；当σx ＜σy 时，α0是σx 与σmin 之间的夹角。
第七章 应力应变分析 强度理论习题
1相同，则B点
40MPa 60MPa
xy
40MPa
。
7、图示单元体的三个主应力为：
1
= 20MPa 20MPa 10MPa
=负 ； 2 = 10MPa 3 ；
10MPa
。
二、计算题
1、图示悬臂梁，承受载荷F=20KN作用，试绘制点A、B
和C的应力状态单元体，并确定主应力的大小和方位？
4、单向受拉杆，若横截面上的正应力为 0
1
，则杆内任一点
的最大正应力为 sei ge ma 0 ，最大剪应力为 ½ sei ge ma 0 。 5、处于二向应力状态的单元体，已知 100MPa，2 40MPa， 则该单元体的最大剪应力
max 50MPa
。
6、A、B两点的应力状态如图所示，已知两点处的主拉应力
2、图示矩形截面杆，承受轴向载荷F作用，试计算线段AB的 线应变。设截面尺寸b和h与材料的弹性常数E和μ均为已知。
3、铸铁构件危险点处受力如图,试按第一强度理论校核强 度，[σ]=30 MPa。
4、已知: [σ], E, m, M = pD3p/4。 按第三强度理论建立筒体强度条件 计算筒体轴向变形
第七章 应力应变分析横力弯曲下，梁的上下边缘各点处于 单 向应力状态，中性轴上各点处于 二向 应力状态。 2、 二向应力状态的单元体的应力情况如图所示，若已知该单 元体的一个主应力为5MPa，则另一个主应力的值 为 —75MPa 。 80MPa
3、二向应力状态（已知 x ,y ,xy ）的应力圆圆心的横坐标值 为 课本 ，圆的半径为 。
5、已知|εa |+|εb |= 40010-6
d =80 mm，求M。
b 135 M b a
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4、单向受拉杆，若横截面上的正应力为 σ0 、单向受拉杆，
，则杆内任一点
的最大正应力为 sei ge ma 0 ，最大剪应力为 ½ sei ge ma 0 。 5、处于二向应力状态的单元体，已知 σ = 100 MPa，σ 2 = 40 MPa， 、处于二向应力状态的单元体，
1
则该单元体的最大剪应力
τ max = 50MPa
。
6、A、B两点的应力状态如图所示，已知两点处的主拉应力 、 、 两点的应力状态如图所示， 两点的应力状态如图所示 σ 相同，则B点 τ xy = 40MPa 相同， 点
1
。
40MPa 60MPa
7、图示单元体的三个主应力为： 1 = 20MPa 、图示单元体的三个主应力为： σ 20MPa 10MPa
=负 负 ；σ 2= 10MPa σ 3；
10MPa
。
二、计算题
1、图示悬臂梁，承受载荷 图示悬臂梁，承受载荷F=20KN作用，试绘制点 、B 作用， 作用 试绘制点A、
的应力状态单元体， 和C的应力状态单元体，并确定主应力的大小和方位？ 的应力状态单元体 并确定主应力的大小和方位？
2、图示矩形截面杆，承受轴向载荷F作用，试计算线段 的 、图示矩形截面杆，承受轴向载荷 作用 试计算线段AB的 作用， 线应变。设截面尺寸b和h与材料的弹性常数 和µ均为已知。 线应变。设截面尺寸 和 与材料的弹性常数E和 均为已知。 与材料的弹性常数 均为已知
3、铸铁构件危险点处受力如图 试按第一强度理论校核强 铸铁构件危险点处受力如图,试按第一强度理论校核强 铸铁构件危险点处受力如图 度，[σ]=30 MPa。 。
4、已知: [σ], E, m, M = pD3p/4。 、已知 。 1 按第三强度理论建立筒体强度条件 2 计算筒体轴向变形
5、已知|εa |+|εb |= 400×10-6 、已知 × d =80 mm，求M。
b 135 M b a
，E=200
×109Pa,µ =0.25，D =120 mm, ，
a 45
M
第七章 应力应变分析 强度理论
一、填空
1、矩形截面梁在横力弯曲下，梁的上下边缘各点处于 单 、矩形截面梁在横力弯曲下， 向应力状态， 应力状态。 向应力状态，中性轴上各点处于 二向 应力状态。 2、 二向应力状态的单元体的应力情况如图所示，若已知该单 、 二向应力状态的单元体的应力情况如图所示， 元体的一个主应力为5MPa，则另一个主应力的值 元体的一个主应力为 ， —75MPa 。 为 80MPa