复合材料结构力学试题

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复合材料结构设计部分习题

复合材料结构设计部分习题

1.已知铝的工程弹性常数E=69Gpa,G=26.54Gpa,υ=0.3,试求铝的柔量分量和模量分量。

2.由T300/4211复合材料的单向层合构成的短粗薄壁圆筒,如图2-2所示,单层方向为轴线方向。

已知壁厚t为1mm,圆筒平均半径R0为20mm,试求在轴向力p= 10kN作用下,圆筒平均半径增大多少(假设短粗薄壁圆筒未发生失稳,且忽略加载端对圆筒径向位移的约束)?3.一个用单向层合板制成的薄壁圆管,在两端施加一对外力偶矩M=0.1kN·m和拉力p=17kN(见图2-10)。

圆管的平均半径R0=20mm,壁厚t=2mm。

为使单向层合板的纵向为最大主应力方向,试求单向层合板的纵向与圆筒轴线应成多大角度?4.试求B(4)/5505复合材料偏轴模量的最大值与最小值,及其相应的铺层角。

5.一个由T300/4211单向层合板构成的薄壁圆管,平均半径为R0,壁厚为t,其单层纵向与轴线成450。

圆管两头在已知拉力P作用下。

由于作用拉力的夹头不能转动,试问夹头受到多大力偶矩?6.由T300/4211复合材料构成的单向层合圆管,已知圆管平均半径R0为20mm ,壁厚t为2mm ,单层的纵向为圆管的环向,试求圆管在受有气体内压时,按蔡-胡失效准则计算能承受多大压力p?7.试求斯考契1002(玻璃/环氧)复合材料在θ=450偏轴下按蔡-胡失效准则计算的拉伸与压缩强度。

8.试给出各向同性单层的三维应力-应变关系式。

9.试给出各向同性单层的三维应力-应变关系式。

10.试给出单层正轴在平面应变状态下的折算柔量和折算模量表达式。

11.试给出单层偏轴时的ij与正轴时的Cij之间的转换关系式。

12.已知各向同性单层的工程弹性常数E、G、υ具有如下关系式:------------------------------------G=E/2(1+v)试分别推导其对应的模量分量与柔量分量表达式。

13.两个相同复合材料的单向层合板构成同样直径与壁厚的圆筒,一个单层方向是轴线方向,另一个单层方向是圆周方向,将两个圆筒对接胶接,当两端受有轴向力时,试问两个圆筒的直径变化量是相同还是不相同的,为什么?2.14. 在正轴下,一点处的正应变ε1、、ε2只与该处的正应力σ1、、、σ2有关,而与剪应力τ12无关,为什么?15.一块边长为a的正方形单向层合板,材料为T300/4211,厚度为h=4mm,紧密地夹在两块刚度无限大的刚性板之间(见图2-16),在压力p=2kN作用下,试分别计算在(a)、(b)两种情况下,单向层合板在压力p方向的变量△a,哪一种情况的变形较小?16.试用应力转换和应变转换关系式,证明各向同性材料的工程弹性常数存在如下关系式:--------------------------------G=E/2(1+v)。

结构力学考试题及答案

结构力学考试题及答案

矩阵位移法答案1、 计算连续梁的转角和杆端弯矩,并画出弯矩图。

解: 1)、编码2)、求单元刚度矩阵[][]⎥⎦⎤⎢⎣⎡i i i i k k 4224==②①3)、求整体刚度矩阵⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧2110==②①λλ[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡i i i i K 4228=4)、求单元等效结点荷载{}P e{}{}m KN q q P P l l F F ⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧=30301211210022②①{}{}{}F P P P eee-=={}{}m KN P P ⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧-⎭⎬⎫⎩⎨⎧303000==②①5)、集成结构等效结点荷载向量{}P{}m KN P ⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=30306)、解方程[]{}{}P K =∆ii i i i 717545303042282121⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧∆∆⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧∆∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 7)、求各杆的杆端内力{}F e{}[]{}{}F k F P e e e e +∆=单元① {}m KN i i i i i F ⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=71.2586.120074504224①单元② {}m KN i i i i i i F ⋅⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧-+⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=071.2530307757454224-②8)、做M 图2、 求图示刚架的M 、Q 、N 图。

解:1)、整理原始数据及编码2)、求局部坐标系中的单元刚度矩阵{}K e2442101.2,300,20,100cm KN E cm I cm A cm L ⨯====mKN LEI m KN L EI KN L EI m KN LEI m KN L EA ⋅⨯=⨯=⨯=⋅⨯=⨯=2232222106.122106.7512108.376102.2541042003)、计算整体坐标系中的单元刚度矩阵{}k e单元①和单元③单元②{}{}{}2102.258.3706.128.3708.376.7508.376.7500042000042006.128.3702.258.3708.376.7508.376.750004200004200⨯===⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--------k k k ③②①[][]I T =,= 0α[][][][]②②①①=,=kk k k90=α[]⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--=100000001000010000000100000001000010T [][][][]2102.2508.376.1208.370420000420008.3716.758.3706.756.1208.372.2508.370420*********.3706.758.3706.75⨯==⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--------T k T k T ②②4)、用单元集成法形成整体刚度矩阵{}K⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧000321000321321000===③②①λλλ {}2106.7508.3702.435108.3706.8475⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=K5)、求单元等效结点荷载{}P e{}{}[]833.050833.050-=-=TF P P①①{}{}[]833.050833.050-=TP P ①①=6)、用单元集成法形成整体结构的等效结点荷载{}P{}[]TP 833.050-=7)、形成整体结构的综合结点荷载{}[]TF 402000={}{}[]TP F 167.392500=+8)、解方程[]{}{}{}0F P K +=∆[][]I T =,= 0α⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∆∆∆⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--167.39250106.7508.3702.435108.3706.84753212 432110924.51575.0232.0-⨯⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧∆∆∆ 9)、求各杆的杆端内力{}F e{}[][]{}{}F T k F P e e e e +∆=单元①{}[][]{}{}⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧----+⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⨯⨯-⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--------+∆=700.13193.24744.9492.5193.14744.9833.050833.05010924.51575.0232.000010422.258.3706.128.3708.376.7508.376.7500042000042006.128.3702.258.3708.376.7508.376.750004200004200=①①①①F T k F P{}[][]{}{}⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⨯⨯-⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--------+∆=455.6452.19150.24997.12452.19150.2400000010000924.51575.0232.010421000010000100000001000000010000102.258.3706.128.3708.376.7508.376.7500042000042006.128.3702.258.3708.376.7508.376.750004200004200=②②②②F T kF P{}[][]{}{}⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⨯⨯-⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧--------+∆=760.6062.20744.9302.13062.20744.900000010000924.51575.0232.010422.258.3706.128.3708.376.7508.376.7500042000042006.128.3702.258.3708.376.7508.376.750004200004200=③③③③F T k F P结构动力学作业答案1、求图示结构的自振频率。

结构力学考试题及答案

结构力学考试题及答案

结构力学考试题及答案一、选择题1. 结构力学中,下列哪项不是结构的基本概念?A. 结构的刚度B. 结构的稳定性C. 结构的强度D. 结构的美观性答案:D2. 简支梁受均布荷载作用时,最大弯矩出现在:A. 跨中B. 支点处C. 任意截面D. 四分之三跨长处答案:A3. 在结构力学中,剪力和弯矩的方向约定为:A. 剪力向上为正,弯矩顺时针为正B. 剪力向下为正,弯矩逆时针为正C. 剪力向上为正,弯矩逆时针为正D. 剪力向下为正,弯矩顺时针为正答案:B4. 确定结构的内力分布情况通常采用的方法是:A. 能量法B. 虚功原理C. 弯矩分配法D. 刚度法答案:D5. 连续梁与简支梁相比,其特点是:A. 刚度更高B. 跨越能力更强C. 造价更低D. 所有上述选项答案:D二、填空题1. 结构力学中的__________是指结构在荷载作用下不发生位移的能力。

答案:刚度2. 结构的__________是指结构在荷载作用下不发生翻转的能力。

答案:稳定性3. 在进行结构分析时,通常首先需要确定结构的__________和反力。

答案:内力4. 结构力学中,__________是指构件截面上所有外力的集合效果。

答案:截面剪力5. 对于简支梁,当荷载作用在离支点一定距离处时,该点处的弯矩可以通过__________计算得出。

答案:剪力乘以距离三、简答题1. 请简述结构力学中的虚功原理及其应用。

答:虚功原理是指在一个平衡系统中,任何微小的位移或变形所对应的虚功等于该系统内力对该变形所做的功。

这个原理在结构力学中用于分析静不定结构,通过假设结构的位移或变形,计算出相应的虚功,然后根据虚功原理建立平衡方程,求解未知的反力或内力。

2. 描述简支梁受集中荷载作用时的弯矩图和剪力图。

答:简支梁受集中荷载作用时,弯矩图在荷载作用点会出现一个突变,即弯矩值突然增大到最大值,然后随着距离的增加逐渐减小回到零。

剪力图则显示在荷载作用点两侧的剪力值相反,一边为正值,另一边为负值,且随着距离的增加,剪力值逐渐减小到零。

复合材料力学试题

复合材料力学试题

复合材料力学试题答案判断题(正确的在括弧内划√,错误的在括弧内划×)。

1.“宏观力学”是在研究复合材料力学性能时,假定材料是均质的。

(√)2.单层是层合板的基本单元,在复合材料结构设计中又叫做三次结构。

(×)3.层合板由若干具体不同纤维方向的单层叠合而成,在复合材料机构设计中又叫二次结构。

(√)4.复合材料力学中,1为纵向,2为横向,应力规定拉为负,压为正。

(×)5.在单层板(正交各向异性)材料中,τ12不仅形成剪切变形,还存在剪拉耦合效应。

(×)6.在单层正交各向异性板中,11)1(11σεE =。

(√) 7.在单层正交各向异性板中,11122)1(2)2(221συσεεεE E -=+=。

(√) 8.单层板的工程弹性常数有5个,且相互独立。

(×)9.柔量矩阵{S}是对称矩阵,而模量举证{Q}不是对称矩阵。

(×)10.在正交单层板中,Q16=Q26=0,Q61=Q62,但其值不为零。

(×)11.在复合材料力学中,对于工程弹性常数存在如下关系:2121υυ=E E 。

(√) 12.在单层板偏轴刚度中,应力转换和应变转换关系式中,m=sin θ,n=cos θ。

(×)13. 在单层板偏轴刚度中,应力转换和应变转换关系式中存在如下关系:[][][]T T T 1-=σε。

(√)14.在ij Q 中,11Q 、22Q 是θ的偶函数,16Q 、26Q 也是θ的偶函数。

(×) 15.玻璃钢复合材料在拉伸时发生变形,所以是一种塑性材料。

(×)16.利用复合材料的强度准则,可以判断复合材料设计过程的安全性,同时可以计算极限载荷。

(×)17.利用最大应力准则判断材料安全性时,如果判断式大于1,说明材料的机构是安全的。

(×)18.在复合材料中,利用强度比可以计算复合材料的极限载荷。

(√)20.在对称层合板中,)()(z z --=θθ。

结构力学考试题及答案

结构力学考试题及答案

结构力学考试题及答案一、选择题1. 结构力学中,关于静定结构的表述,以下哪项是正确的?A. 静定结构的反力和内力可以通过平衡方程直接计算得出。

B. 静定结构在受载后只会产生弹性变形。

C. 静定结构的变形与载荷无关。

D. 静定结构的内力分布不受载荷位置的影响。

答案:A2. 在结构力学中,关于超静定结构的下列说法中,哪一项是错误的?A. 超静定结构的反力和内力不能仅通过平衡方程计算得出。

B. 超静定结构的内力计算需要考虑结构的几何和材料特性。

C. 超静定结构在受载后,除了弹性变形外,还可能产生塑性变形。

D. 超静定结构的内力分布与载荷位置无关。

答案:D3. 以下哪种方法不适用于求解超静定结构的内力?A. 位移法B. 力法C. 能量法D. 随机法答案:D4. 在结构力学中,剪力图和弯矩图是用来表示什么的?A. 结构的几何形状B. 结构的受力状况C. 材料的力学性能D. 结构的稳定性答案:B5. 根据欧拉-伯努利梁理论,梁的弯曲变形主要取决于哪些因素?A. 梁的长度和截面形状B. 梁的材料弹性模量和截面惯性矩C. 载荷的大小和作用位置D. 梁的支撑条件和边界约束答案:B二、填空题1. 结构力学中的__________定理指出,任何结构在受到外部载荷作用下,其变形和内力仅取决于载荷和边界条件,与结构的初始几何形状无关。

答案:虚功2. 在进行结构分析时,__________是用来描述结构在受到横向载荷作用时,抵抗弯曲变形的能力的物理量。

答案:截面模量3. 当一个结构的某一部分被移除后,如果剩余部分仍然保持稳定,那么这个结构是__________的。

答案:超静定4. 在结构力学中,__________是指结构在受到载荷作用后,其变形与载荷成正比的假设。

答案:线性弹性5. 根据__________原理,结构的变形能量等于外部载荷所做的功。

答案:能量守恒三、简答题1. 简述静定结构和超静定结构的区别。

静定结构是指在给定的支撑条件下,结构的反力和内力可以通过平衡方程直接计算得出的结构。

结构力学试题及答案

结构力学试题及答案

结构力学试题及答案一、选择题1. 结构力学是研究哪个方面的力学?a) 材料力学b) 结构系统c) 动力学d) 热力学答案:b) 结构系统2. 在结构力学中,静力学主要关注哪个方面的力学?a) 动力学b) 运动学c) 静力学d) 热力学答案:c) 静力学3. 在结构力学中,弹性力学主要研究什么?a) 金属的力学性质b) 结构系统的动态响应c) 物体的形变和变形d) 材料的热力学性质答案:c) 物体的形变和变形4. 下面哪个是结构力学中常用的描述物体形变的参数?a) 质量b) 体积c) 长度d) 面积答案:c) 长度5. 结构力学中的受力分析主要用到哪个定律?a) 牛顿第一定律b) 牛顿第二定律c) 牛顿第三定律d) 牛顿万有引力定律答案:b) 牛顿第二定律二、计算题1. 下图所示的结构系统,求杆AC的受力情况。

(插入结构图)答案:根据静力平衡条件,杆AC上的受力平衡,可得:ΣF_x = 0: -F_AC + F_BC = 0ΣF_y = 0: F_AC + F_AD - F_BE = 0解方程得: F_AC = F_BC = F_BE - F_AD2. 已知某杆件的长度为L,材料弹性模量为E,横截面积为A,受力情况如下图所示,求该杆件的应变。

(插入受力图)答案:根据材料的胡克定律,应变ε等于应力σ除以杨氏模量E,即ε = σ / E。

由受力图可知,该杆件受到纵向拉力P,横截面积为A,因此应力σ等于P除以A,所以应变ε = P / (E * A)。

三、解答题1. 简要描述刚体和弹性体的区别。

答案:刚体是指在受力作用下形状和大小不会发生显著变化的物体,它的内部不会发生相对位移。

刚体的形变主要是由于刚体整体的平移或转动引起的。

而弹性体是指在受力作用下会发生形变,但在去除外力后能够恢复到原来形状的物体。

弹性体的形变主要是由于物体内部分子间相对位移引起的。

2. 简要解释结构力学中的静力平衡条件。

答案:结构力学中的静力平衡条件是指一个结构系统中,各个部分受力相互平衡,不会产生任何形状和大小的变化。

复合材料及其结构的工程力学-课后习题

复合材料及其结构的工程力学-课后习题

G12 GPa
98.07 38.60
8.83 8.27
5.20 4.14
试分别求应力分量为 1 =400Mpa, 2 =30Mpa, 12 =15Mpa 时的应变分量。
6. 一单层板受力情况, x = -3.5Mpa, y =7Mpa, xy = -1.4Mpa,该单层板弹性
别用最大应力理论、Tsai-Hill 强度理论和 Tsai-Wu 强度理论校核该单层的强度。
9. 有一单向板,其强度特性为 X t =500Mpa, X c =350Mpa, Yt =5Mpa, Yc =75Mpa,
S =35Mpa, 其受力特性为 x = y =0 , xy = 。试问在偏轴 45o 时,材料满足
复合材料及其结构力学
课后习题及作业题
第 1 章 绪论
1.复合材料的优缺点及其分类。 2.相关基本概念。
第 2 章 各向异性弹性力学基础
H2A-书上习题 1. P44 T2-2 试证明 12 的界限不等式成立。
2. P44 T2-3 试由下不等式证明各向同性材料的泊松比满足
1 。 (已知 1 ) 2
常数为 E1 =14Gpa,Байду номын сангаасE2 =3.5Gpa, G12 =4.2Gp, 21 =0.4, =60o,求弹性主轴上的应 力、应变,以及偏轴应变。
7. 一单层板受力情况, x = -3.5Mpa, y =7Mpa, xy = -1.4Mpa,该单层板强度
X t =250Mpa, X c =200Mpa, Yt =0.5Mpa, Yc =10Mpa, S =8Mpa, =60o ,分别按
2. 有一单向复合材料薄壁管,平均直径 R0 =25mm,壁厚 t =2mm,管端作用轴向

《复合材料力学》试题

《复合材料力学》试题

《复合材料力学》考试题1.已知玻璃/环氧单向复合材料,玻璃纤维E f =7.5×104MPa,环氧E m =3.5×103MPa。

求V f 分别为30%和70%时复合材料的E1和E2,试用串联、并联公式计算之。

2.已知E1 =60GPa,E2 =20GPa,μ21 =0.25,G12 =10GPa,X t =X c =1000MPa,Y t =50MPa,Y c =150MPa,S=50MPa,规则对称角铺设层合板[±45º]s受单向力N x作用。

试采用局部刚度消减法和Tsai-Hill失效判别式,确定层合板极限荷载(N x /t)。

1.已知玻璃/环氧单向复合材料,玻璃纤维E f =7.0×104MPa,环氧E m =3.0×103MPa。

求V f 分别为30%和70%时复合材料的E1和E2,试用串联、并联公式计算之。

2.已知E1 =55GPa,E2 =17.5GPa,μ21 =0.25,G12 =10GPa,X t =X c =1000MPa,Y t =50MPa,Y c =150MPa,S=50MPa,规则对称角铺设层合板[±45º]s受单向力N x作用。

试采用局部刚度消减法和Tsai-Hill失效判别式,确定层合板极限荷载(N x /t)。

1.已知玻璃/环氧单向复合材料,玻璃纤维E f =8.0×104MPa,环氧E m =4.0×103MPa。

求V f 分别为30%和70%时复合材料的E1和E2,试用串联、并联公式计算之。

2.已知E1 =65GPa,E2 =22GPa,μ21 =0.25,G12 =10GPa,X t =X c =1000MPa,Y t =50MPa,Y c =150MPa,S=50MPa,规则对称角铺设层合板[±45º]s受单向力N x作用。

试采用局部刚度消减法和Tsai-Hill失效判别式,确定层合板极限荷载(N x /t)。

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Problem Set #1
Handed out: Oct 17th , 2013
Due: Oct 24th , 2013
1. Expand the following tensor equations (Note the Kronecker delta in a and c )
a) 1[(1)]mm T E αβ
αβαβαβευσδσδα=-+-∆ b)
1F F αβσγαβσγαβαβσσσ+= c)
1mn ms n a b δ= d) 1i i B A αα=
(4 points )
2. Based on the ‘Rigorous handling of 2D model’ in the course note, determine for a
volume fraction ()a /a b +equal to 0.6:
a) The stress in the broken fiber
b) The stress in the unbroken fiber
c) The shear stress in the matrix
Try do this for the length equal to 10, 50, 100 fiber diameters. Base on your graphical results, answer the following questions:
a) What is the effect of changing the overall length?
b) What happens when the overall length is 10 fiber diameters?
c) For the case that the fiber total length is more than 50 times of the fiber
diameter, how far from the break point must one go to achieve 99% of the original applied stress in the broken fiber?
(12 points )
Note:
1)
0.083= 2) When max 50ζ≥, max tan()1κζ≈, the equations can be simplified.
3) The purpose of this excise is to learn and practice how to write a small
MATLAB program and draw the scientific figures. More attention should be paid to the following MATLAB commands,
a) FOR… END;
b) IF…ELSE…END
c) PLOT;
d) AXIS;
e) XLABEL,YLABEL;
f) TITLE.
MATLAB’s help will provide more details regarding these commands.
3. Consider the following shear lag problem of a piezoceramic crystal (PZT) surface mounted
on a metal plate. Note that the width of the PZT is less than the width of the plate. When the crystal is activated, a strain is induced. The stress in the PZT can be found from the following equation.
()p p p PZT E σεε=-
where
p E is the modulus of the PZT, p σ and p ε are the stress and the strain in the PZT, and PZT ε is the induced strain due to the external voltage applied.
a) For a given induced strain, what does the displacement look like through the thickness?
(Assume that the strain is constant through the width).
b) Determine the coupled differential equations necessary to solve this problem. (The
independent variables can either be the deflections in the PZT and the plate or the stresses in the PZT and the plate. Assume the shear modulus of the adhesive is a G )
c) What are the boundary conditions?
(8 points)
4. Using micromechanics determine the modulus,T E , of the following three cross sections. The
first elemental volume has a square fiber within a rectangular section of matrix. The fiber has sides of a and the unit volume has a height of 3a . Note that in the first one, the fiber volume fraction is 223a a or 1/3. The dimension of the fibers in the second and third elemental volume is again a . First determine the appropriate dimension of the second and third volume so that the fiber volume fractions of both volumes are equal. In order to determine the modulus of both volumes, you can assume constant strain across any plane perpendicular to the applied load in the 2-direction ( Assume that fiber properties are f E and f ν and the matrix properties are m E and m ν).
(6 points)
a a a σσσσ? ? 2 3 σ
σ。

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