材料力学基础试题

南京 林 业 大 学 试 卷课程 工程力学D （1） 2011~2012学年第1学期一、 判断下列各题的正误，正确者打√，错误者打×（每题2分）3、各向同性假设认为，材料沿各个方向具有相同的力学性质。

（√）4、杆件发生弯曲变形时，横截面通常发生线位移和角位移。

（√ ）5、构件的强度、刚度和稳定性问题均与材料的力学性能有关。

（√ ）二、 选择题（每题2分）1、在下列四种工程材料中，有下列四种说法：（A ）松木、铸铁可应用各向同性假设； （B ）松木不可应用各向同性假设；（C ）铸铁、松木、玻璃可应用各向同性假设； （D ）铸铜、铸铁、玻璃、松木可应用各向同性假设。

正确答案是 B 。

二、选择题（每题3分）1、 均匀性假设认为，材料内部各点的 D 是相同的。

（A ） 应力； （B ） 应变； （C ） 位移； （D ） 力学性质。

2、 用截面法只能确定 C 杆横截面上的内力。

（A ） 等直； （B ） 弹性； （C ） 静定； （D ） 基本变形。

3、图示阶梯形杆AD 受三个集中力P 作用，设AB 、BC 、CD 段的横截 面面积分别为A 、2A 、3A ，则三段杆的横截面 A 。

（A ）轴力不等，应力相等；（B ）轴力相等，应力不等；名姓号学号班题号 一 二 三 四 五 六 七 总分 得分（C ）轴力和应力都相等； （D ）轴力和应力都不等。

4、对于低碳钢，当单向拉伸应力不大于 A 时，虎克定律E σε=成立。

（A ） 比例极限P σ ； （B ） 弹性极限e σ；（C ） 屈服极限s σ； （D ） 强度极限b σ。

1、在下列四种工程材料中，有下列四种说法：（A ）松木、铸铁可应用各向同性假设； （B ）松木不可应用各向同性假设；（C ）铸铁、松木、玻璃可应用各向同性假设； （D ）铸铜、铸铁、玻璃、松木可应用各向同性假设。

正确答案是 B 。

3、对于低碳钢，当单向拉伸应力不大于 时，虎克定律E σε=成立。

（A ）比例极限P σ ； （B ） 弹性极限e σ；（C ） 屈服极限s σ； （D ） 强度极限b σ。

正确答案是 A 。

4、等直杆受力如图所示，其横截面面积2mm 100=A ，问给定横截面m-m 上正应(A) MPa 50（压应力）； (C) MPa 90（压应力）； 正确答案是 D 。

5、图示受力杆件的轴力图有以下四种，试问哪一种是正确的?8、图示结构中二杆的材料相同，横截面面积分别为A 和2A ，问以下四种答案中哪一种是该结构的许用载荷？(A) ][][σA F =； (B) ][2][σA F =； (C) ][3][σA F =； (D) ][4][σA F =。

正确答案是B。

9、设受力在弹性范围内，问空心圆杆受轴向拉伸时，外径与壁厚的下列四种变形关系中哪一种是正确的？(A) 外径和壁厚都增大； (B) 外径和壁厚都减小； (C) 外径减小，壁厚增大； (D) 外径增大，壁厚减小。

正确答案是 B 。

四、计算题（15分）图示构架，已知两杆的材料相同，其横截面面积之比为12/2/3A A =，承受载荷为P 。

试求：一、为使两杆内的应力相等，夹角α应为多大？ 二、若2110,100,P KN A mm ==则杆内的应力为多大？l /2l /2FA2A试题内容：五杆铰接的正方形结构受力如图示，各杆横截面面积2m m 0002=A ，试求各杆的正应力。

试题答案：解：对节点A由对称性 2N 1N F F =F F =2221N F F F 222N 1N == 对节点D由对称性 3N 1N F F =F F F F F 22N43N 2N 1N ==== N51N 222F F = F F =5NMPa 68.17224321=====AFσσσσ（压） MPa 255N 5===AFA F σ（拉）N2F F N3N5图示为胶合而成的等截面轴向拉杆，杆的强度由胶缝控制，已知胶的许用切应力[]τ为许用正力[]σ的21。

问α为何值时，胶缝处的切应力和正应力同时达到各自的许用应力。

试题答案：解：由斜截面α上的正应力 ασσα2cos =≤[]σ斜截面α上的切应力 αασταcos sin =≤[]τ[][]21tan ==στα 胶缝截面与横截面的夹角 ο 57.26=α试题内容：图示结构中AC 为刚性梁，BD 为斜撑杆，载荷F 可沿梁AC 水平移动。

试问：为使斜杆的重量最小，斜撑杆与梁之间的夹角θ应取何值？试题答案：解：载荷F 移至C 处时，杆BD 的受力最大，如图。

∑=0AM，0cos =⨯-⨯l F h F BD θθcos h FlF BD =A ≥[][]σθσcos h FlF BD= 杆BD 的体积[]θσθ2sin 2sin Flh AV == 当12sin =θ时，V 最小即重量最轻，故ο 454π==θ图示受力结构中，杆1和杆2的横截面面积和许用应力分别为221m m 1010⨯=A ，222m m 10100⨯=A 和[]MPa 1601=σ，[]MPa 82=σ。

试求杆1和杆2的应力同时达到许用应力的F 值和θ值。

试题答案：解：分析节点B 的受力∑=0x F ，θcos 12F F =（1） ∑=0yF，θsin 1F F =（2）当二杆同时达到许用应力时 由（1） [][]2211cos A A σθσ=[][]21cos 1122==A A σσθ，ο60=θ 由（2） []kN 56.138sin 11==θσA F试题内容：如图所示受力结构，两杆的横截面面积21mm 800=A ，22mm 600=A ，材料的许用应力[]MPa 1201=σ，[]MPa 1002=σ，试确定结构的许用载荷F 。

（不考虑结构的稳定问题）。

试题答案：解：节点A 受力如图∑=0xF，060cos 1=-οF F 12F F =∑=0yF，060sin 2=-οF F232F F =1N 1F F =≤[]11A σ，F ≤[]kN 192211=A σ 2N 2F F =≤[]22A σ，F ≤[]kN 28.693222=A σ结构的许用载荷[]kN 28.69=F图示结构，杆1为铜杆，许用应力[]MPa 1201=σ，横截面面积21mm 100=A ；杆2为钢杆，许用应力[]MPa 1602=σ，横截面面积22mm 200=A 。

AB 为刚性杆，试确定许用载荷[]F试题答案：解：杆AB 受力如图∑=0BM，F =∑=0A M ，F =1N F ≤[]11A σ，F 2N F ≤[]22A σ，结构的许用载荷 []kN 36=F图示托架，AC是圆钢杆，许用应力[]MPa 160=σ。

BC 是方木杆，许用压应力[]MPa 4=-σ，C 处的铅垂载荷kN 60=F 。

试选定钢杆直径d 及木杆方截面边长b 。

试题答案：解：分析节点C ：F F F 23cot 1N ==αF F F 213sin 2N ==α 1A ≥[]σ1N F ，2d ≥[]σπ234⋅Fd ≥cm 68.2m 8026.0=2A ≥[]-σ2N F ，2b ≥[]-σ213F2b ≥22cm 7.2m 027.0=b ≥cm 44.16试题内容：在图示结构中，杆BC 和杆BD 的材料相同，且受拉和受压时的许用应力相等，已2知载荷F ，杆BC 长l ，许用应力[]σ。

为使结构的用料最省，试求夹角α的合理值。

1A ≥[][]σασsin 1N =，2A ≥[][]σσ2N =[][]σασαααcot cos sin cos 21lF Fl l A l A V +=+=），（00d d ααα==V0sin 1cos sin cos sin 0202020202=--ααααα 0cos sin cos 2sin 02020202=-αααα 0cos 2sin 0202=-αα2tan 0=α当ο 74.540=α时，V 最小，结构用料最省。

试题内容：图示结构中，AB 为圆截面杆。

已知其材料的许用应力为[]MPa 160=σ，铅垂载荷kN 20=F ，试选择杆AB 的直径。

试题答案：解：刚杆CD 受力如图∑=0CM，0222N=⨯-a F a F F F 22N = A ≥[]σNF ，2π41d ≥[]σF 22 杆AB 的直径 2d ≥[]σπ28F，d ≥mm 21.22m 22021.0=二、钢制直杆，各段长度及载荷情况如图。

各段横截面面积分别为A 1＝A 3＝300mm 2，A 2＝200mm 2。

材料弹性模量E ＝200GPa 。

材料许用应力［σ］＝160MPa 。

试作杆的轴力图，校核杆的强度并计算杆的轴向总变形量。

（12分）。