材料力学答案单辉祖版全部答案.pdf

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第二章轴向拉压应力与材料的力学性能2-1试画图示各杆的轴力图。

题2-1图

解:各杆的轴力图如图2-1所示。

图2-1

2-2试画图示各杆的轴力图,并指出轴力的最大值。图a与b所示分布载荷均沿杆轴均匀分布,集度为q。

题2-2图

(a)解:由图2-2a(1)可知,

qx

qa

x

F−

=2

)

(

N

轴力图如图2-2a(2)所示,

qa

F2

max

,

N

=

图2-2a

(b)解:由图2-2b(2)可知,

qa

F=

R

qa

F

x

F=

=

R

1

N

)

(

2

2

R

2

N

2

)

(

)

(qx

qa

a

x

q

F

x

F−

=

=

轴力图如图2-2b(2)所示,

qa F =max N,

图2-2b

2-3 图示轴向受拉等截面杆,横截面面积A =500mm 2

,载荷F =50kN 。试求图

示斜截面m -m 上的正应力与切应力,以及杆内的最大正应力与最大切应力。

题2-3图

解:该拉杆横截面上的正应力为

100MPa Pa 1000.1m

10500N

10508263

=⨯=⨯⨯==

-A F σ 斜截面m -m 的方位角, 50−=α故有 MPa 3.41)50(cos MPa 100cos 22=−⋅== ασσα

MPa 2.49)100sin(MPa 502sin 2

−=−⋅== ασ

τα

杆内的最大正应力与最大切应力分别为

MPa 100m ax ==σσ

MPa 502

m ax ==

σ

τ 2-5 某材料的应力-应变曲线如图所示,图中还同时画出了低应变区的详图。

试确定材料的弹性模量E 、比例极限p σ、屈服极限s σ、强度极限b σ与伸长率δ,并判断该材料属于何种类型(塑性或脆性材料)。

题2-5

解:由题图可以近似确定所求各量。

220GPa Pa 102200.001

Pa

10220ΔΔ96=⨯=⨯≈=εσE

MPa 220p ≈σ, MPa 240s ≈σ

MPa 440b ≈σ, %7.29≈δ

该材料属于塑性材料。

2-7 一圆截面杆,材料的应力-应变曲线如题2-6图所示。若杆径d =10mm ,

杆长 l =200mm ,杆端承受轴向拉力F = 20kN 作用,试计算拉力作用时与卸去后杆的轴向变形。

题2-6图

解:

255MPa Pa 1055.2m 0.010πN 102048

2

23=⨯=⨯⨯⨯==A F σ

查上述εσ−曲线,知此时的轴向应变为

%39.00039.0==ε

轴向变形为

mm 780m 108700390m)2000(Δ4....l εl =⨯=⨯==−

拉力卸去后,有

00364.0e =ε, 00026.0p =ε

故残留轴向变形为

0.052mm m 105.2000260(0.200m)Δ5p =⨯=⨯==−.l εl

2-9 图示含圆孔板件,承受轴向载荷F 作用。已知载荷F =32kN ,板宽b

=100mm ,板厚=δ15mm ,孔径d =20mm 。试求板件横截面上的最大拉应力(考虑应力集中)。

题2-9图

解:根据

2.0m)100.0m/(020.0/==b d

查应力集中因数曲线,得

42.2≈K

根据

δ

d b F

σ)(n −=

, n max σσK =

64.5MPa Pa 1045.60.015m 0.020)(0.100N 103242.2)(7

2

3n max

=⨯⨯⨯⨯=−===-δd b KF K σσ

2-10 图示板件,承受轴向载荷F 作用。已知载荷F =36kN ,板宽b 1

=90mm ,

b 2=60mm ,板厚δ=10mm ,孔径d =10mm ,圆角半径R =12mm 。试求板件横截面上

的最大拉应力(考虑应力集中)。

题2-10图

解:1.在圆孔处 根据

111100.090m

m 010.01.b d == 查圆孔应力集中因数曲线,得 6.21≈K

故有

117MPa Pa 1017.1m

010.0)010.0090.0(N

10366.2)(82

311n 1max

1=⨯=⨯⨯⨯===--δd b F K σK σ 2.在圆角处

根据

1.50.060m

m 090.021===b b d D 2.00.060m

m 012.02===b R d R 查圆角应力集中因数曲线,得 74.12≈K

故有

104MPa Pa 1004.10.010m

0.060N 103674.182

322n 2max 2

=⨯=⨯⨯⨯===δb F K σK σ 3. 结论

MPa 117m ax =σ(在圆孔边缘处)

2-14

图示桁架,承受铅垂载荷F 作用。设各杆的横截面面积均为A ,许用

应力均为[σ],试确定载荷F 的许用值[F ]。

题2-14图

解:先后以节点C 与B 为研究对象,求得各杆的轴力分别为 F F 2N1=

F F F ==N3N2 根据强度条件,要求

][2σ≤A F

由此得

2

][][A

F σ=

2-15 图示桁架,承受载荷F 作用,已知杆的许用应力为[σ]。若在节点B

和C 的位置保持不变的条件下,试确定使结构重量最轻的α值(即确定节点A 的最佳位置)。

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