第五章弯曲应力力习题
材料力学简明教程(景荣春)课后答案第五章
第5章 弯曲应力思考题5-1 最大弯曲正应力是否一定发生在弯矩值最大的横截面上?答 不一定。
最大弯曲正应力发生在弯矩与弯曲截面系数比值最大的横截面上。
5-2 矩形截面简支梁承受均布载荷q 作用，若梁的长度增加一倍，则其最大正应力是原来的几倍？若截面宽度缩小一倍，高度增加一倍，则最大正应力是原来的几倍？答 若梁的长度增加一倍，则其最大正应力是原来的4倍；若截面宽度缩小一倍，高度增加一倍，则最大正应力是原来的1/2倍。
5-3 由钢和木胶合而成的组合梁，处于纯弯状态，如图。
设钢木之间胶合牢固不会错动，已知弹性模量，则该梁沿高度方向正应力分布为图a ，b ，c ，d 中哪一种。
w E E s >思考题5-3图答 (b)5-4 受力相同的两根梁，截面分别如图，图a 中的截面由两矩形截面并列而成（未粘接），图b 中的截面由两矩形截面上下叠合而成（未粘接）。
从弯曲正应力角度考虑哪种截面形式更合理？思考题5-4图答 (a)5-5从弯曲正应力强度考虑，对不同形状的截面，可以用比值AW来衡量截面形状的合理性和经济性。
比值AW较大，则截面的形状就较经济合理。
图示3种截面的高度均为h ，请从AW的角度考虑哪种截面形状更经济合理？思考题5-5图答 (c)5-6 受力相同的梁，其横截面可能有图示4种形式。
若各图中阴影部分面积相同，中空部分的面积也相同，则哪种截面形式更合理？思考题5-6图答 (b)（从强度考虑，(b),(c)差不多，从工艺考虑，(b)简单些）5-7 弯曲切应力公式*S zz F S I bτ=的右段各项数值如何确定？答 为整个横截面上剪力；为整个横截面对中性轴的惯性矩；b 为所求切应力所在位置横截面的宽度；为横截面上距中性轴为y （所求切应力所在位置）的横线以下面积（或以上面积）对中性轴静矩的绝对值。
S F z I *z S5-8 非对称的薄壁截面梁承受横向力作用时，怎样保证只产生弯曲而不发生扭转变形？ 答使梁承受的横向力过弯曲中心，并与形心主惯性轴平行。
第五章习题答案
5-1 把直径1d mm =的钢丝绕在直径为2m 的卷筒上，试计算该钢丝中产生的最大应力。
设200E GPa =解：钢丝绕在直径为D 的卷筒上后产生弯曲变形，其中性层的曲率半径为22D d Dρ+=≈（因D d >>） 该钢丝中产生的最大应力为39maxmax/211020010100/22y d d E E E Pa MPa D D σρ-⨯====⨯⨯=5.4 矩形截面悬臂梁如图所示。
已知4l m =，23b h =，10/q kN m =，[]10MPa σ=，试确定此梁横截面的尺寸。
解：作梁的弯矩图如图所示。
梁的最大弯矩发生在固定端截面上。
22max 111048022M ql kN m ==⨯⨯=⋅ 由强度条件，有max maxmax 26[]z M M W bhσσ==≤ 将23b h =代入上式，得0.416416h m mm ≥=== 22773b h mm =≥ 5.5 20a 工字钢梁的支承和受力情况如图所示。
若[]160MPa σ=，试求许可载荷F 。
解：（1）求支座反力。
选整个梁为研究对象，受力分析如图所示。
列平衡方程，有0yF =∑，0A B F F F F ++-=()0AM=∑F ，6240B F F F ⨯-⨯+⨯=解得：13A F F =，13B F F =-M O212qlM O（2）作梁的弯矩图如图所示。
由图可知该梁的最大弯矩为max 23C M M F ==查表得No.20a 工字钢的抗弯截面系数为3237z W cm =，由强度条件，有max max 2/3[]z zM F W W σσ==≤ 解得663[]3237101601056.922z W F kN σ-⨯⨯⨯⨯≤==所以许可载荷56.9F kN =。
5.8 压板的尺寸和载荷情况如图所示。
材料为45钢，380s MPa σ=，取安全因数1.5n =。
试校核压板的强度。
解：由受力分析可知最大弯矩发生在m m -截面处，且其值为3max 10.0215.4100.02308M P N m =⨯=⨯⨯=⋅m m -截面的抗弯截面系数z W 为333max11302030121212156810zz I W mm y ⨯⨯-⨯⨯=== 压板的最大应力为max max 9308197156810z M MPa W σ-===⨯ 而许用应力为380[]2531.5sMPa nσσ===截面m-m因最大应力小于许用应力，所以压板的强度足够。
弯曲应力习题
中性轴上的正应力为；矩形截面梁横截面上剪应力沿高度是按分布的.
04． 矩形截面梁若max
Q 、m ax M 和截面宽度b 不变，而
将高度增加一倍，则最大弯曲正应力为原来的 倍，最大弯曲剪应力为原来的 倍。
05．图示正方形截面简支梁，若载荷不变，而将边长增加
内最
应力
示，
应力
MPa c 60][=σ.试校核结构的强度。
钢的，试校
切强度.
P作
2
压应力
梁的下半剪力有多
=，
kN P4
，胶缝的载荷沿y
差。
]。
试校
，压缩性矩
W
1为了消 = 160
MPa 。
试分别按下列要求确定截面尺寸：
( 1 ) 截面为矩形,h = 2 b ； （ 2 ） 截面为圆形。
28．图示结构,拉杆EB 的直径mm d 8=,梁AF 的直径mm D 100=,两者材料相同，[σ］ = 160
AB的。
弯曲应力
1、变形几何关系：
二、梁横截面上的正应力
Beijing Jiaotong University
Department of Mechanics
梁在纯弯曲的情况下所有横截面仍保持为平面只是绕中性轴作 相对转动且每根纵向纤维都处于轴向拉伸或压缩的简单受力状态。 纵向对称面
横截面对Z轴静矩为零 （确定中性轴位置） 中性轴通过截面形心 2 令： I Z y d A
A
dA
z
y E E y
横截面上任意一点处的正应力与该点距中性轴的距 离成正比。即：正应力沿截面高度成线性规律分布。 max：发生在横截面上、下边缘点，中性轴上各点的 正应力为零。
P
P
a
P
P
a
北京交通大学力学系
Beijing Jiaotong University
Beijing Jiaotong University
Department of Mechanics
P
P
Department of Mechanics
假设1：梁的各纵向纤维间无挤压，所有与轴线平行的纵向纤维 都只受轴向拉伸或压缩。
M x dx
l 0
变形几何关系 x dx x 物理关系 静力学关系
l
y
l 当： 5 按纯弯曲理论得出的正应力计算公式计算剪切弯 h 曲梁横截面上的正应力误差不超过1%。
x E x
x
1 M x EI Z
WZ：抗弯截面模量。 量刚：mm3或m3
M y 60 103 100 103 81.5MPa( 拉 ) IZ 73.6 106
第五章 弯曲应力
2 2
A
A
A
同理知
2 I y1 I y b A ：
横截面对任一轴的惯性矩等于它对平行于该轴的形心 轴的惯性矩加上截面面积与两轴间距离平方的乘积。
例题 【例5-1】求T字形截面的 惯性矩。尺寸单位为cm。 【解】1)求T字形截面中 性轴z轴即形心坐标yC。 将截面分成I、II两部分。
腹板上剪应力为：
腹板上的剪应力沿腹板高 度按抛物线变化。
当y=0时， max
Q S z max Q [b( H 2 h 2) d h 2] 8I z d Izd Qb ( H 2 h2) min 当y=h/2时， 8Izd
当d≤b时，τmax≈ τmin ，可视为均匀分布。 翼缘上剪应力基本上沿水平方向，其值很小可不考虑。 由对各种不同形状的截面上的剪应力的讨 Q max S z max 论知，最大剪应力一般位于最大剪力截面 max I zb 的中性轴上，其计算公式可统一为：
第五章 弯曲应力
§5-1 梁弯曲正应力 §5-2 惯性矩计算 §5-3 梁弯曲剪应力 §5-4 梁弯曲时的强度计算 §5-5 塑性弯曲的概念 §5-6 提高梁抗弯能力的措施
§5-1 梁弯曲正应力
一、梁弯曲时横截面上的应力分布 一般情况下，梁受外力而弯曲时，其横截面上同时有 弯矩和剪力两个内力。弯矩由分布于横截面上的法向 内力元σdA所组成，剪力由切向内力元τdA组成，故横 截面上同时存在正应力和剪应力。
【例5-2】求图示阴影部分对中性轴z轴的惯性矩。 【解】因 I 阴z 2 I 1z
D4
64
d I1z
故 I 阴z
D4
64
4
2 I 1z
第五章弯曲应力
★
的材料（例铸铁），宜采用截面不对称于中性轴。
z
z
2.变截面梁与等强度梁
等截面梁：Wz = 常数，
等强度梁是一种变截面梁，即各截面上的最大正应力都相 等，且等于许用应力：
3. 梁的合理受力 ① 合理布置载荷
P
Wz = 常数，降低 P
（＋）
（＋）
P
（＋）
q＝P/l
（＋）
（＋）
② 合理布置支座位置
型钢的Iz 和Wz 可查型钢表。
B
y
(中性轴）
z
q=60kN/m
【例】简支梁如图所示，
A
B 试求：梁内的最大正应力。
3m
解：画弯矩图，求最大弯矩
120
180
z
y
M
Mmax
+
x
【例】 求图示梁的最大弯曲正应力，d = 60mm。
d
z
解：
(－)
【例】 求图示梁中央截面上的最大拉应力和 最大压应力以及 G点的正应力，梁由10号槽钢制成。
x
§5–2 对称弯曲正应力
M 纵向对称面
M 一、变形及基本假设
中性层 中性轴 横向线ab变形后仍为直
线，但相对于原来的位置
aa bb
旋转了一个角度；纵向线 弯成弧线(M>0，上缩下伸 ；M<0，上伸下缩)，横向
M
M 线与变形后的纵向线仍保
aa
b
b
持垂直。 平面假设
中性层和中性轴
由梁的变形规律，可知梁内必有一层纤维既不伸长也不缩短 ，此层纤维称为中性层。中性层与横截面的交线称为中性轴。 中性轴通过截面形心且垂直于外力作用平面。
M 6kN·m
第五章弯曲应力
AI 20 60 1200mm2
y'I
20
60 2
50mm
AII 60 20 1200mm2
y'II
20 2
10mm
第五章弯曲应力
整个截面的形心C至z’轴 的距离为：
y'C
Ai yi A
1200 50 120010 30mm 1200 1200
(2) 求各组成部分对中性轴z的
惯性矩 设两矩形的形心轴
为z1和z2，它们对中性轴z的 距离分别为：
aI CCI 20mm, aII C性轴z的惯性矩分别为：
I zI
I z1I
a2 I
AI
20 603 12
202 1200
840103 mm4
I zII
I z2II
a2 II
AII
60 203 12
202 1200
520103 mm4
（3）求整个截面对中性轴的惯性矩为：
Iz IzI IzII 840103 520103 1360103 mm4
第五章弯曲应力
§5-3 梁弯曲时的强度计算
梁纯弯曲时横截面上任一点处正应力的计算公式：
My
Iz
(5-3)
最大正应力位于最大弯矩所在截面上距中性轴最远的地方：
IZ1
A
y2 1
dA
IZ1
y a2dA
A
y2dA 2a ydA a2 dA
A
A
A
IZ1 Iz a2 A
同理：
I y1 I y 第b五2 章A弯曲应力
例5-2 已知一T字形截面，求其对中性轴Z的惯性矩
解：（1）确定形心和中性轴 的位置
材料力学第五章-弯曲应力知识分享
材料力学第五章-弯曲应力注：由于本书没有标准答案，这些都是我和同学一起做的答案，其中可能会存在一些错误，仅供参考。
习 题6-1厚度mm h 5.1=的钢带,卷成直径 D=3m 的圆环,若钢带的弹性模量E=210GPa ，试求钢带横截面上的最大正应力。
解: 根据弯曲正应力公式的推导: Dy E yE 2..==ρσ MPa D h E 1053105.110210.39max =⨯⨯⨯==-σ 6—2直径为d 的钢丝，弹性模量为E ，现将它弯曲成直径为D 的圆弧。
试求钢丝中的最大应力与d ／D 的关系。
并分析钢丝绳为何要用许多高强度的细钢丝组成。
解: ρσyE .= Dd E ED d .22max ==σ max σ与Dd成正比,钢丝绳易存放,而引起的最大引力很小.6—3 截面形状及尺寸完全相同的一根钢梁和一根木梁，如果所受的外力也相同，则内力是否相同?横截面上正应力的变化规律是否相同?对应点处的正应力与纵向线应变是否相同? 解: 面上的内力相同，正应力变化规律相同。
处的正应力相同，线应变不同6—4 图示截面各梁在外载作用下发生平面弯曲，试画出横截面上正应力沿高度的分布图.6—5 一矩形截面梁如图所示，已知F=1.5kN 。
试求(1) I —I 截面上A 、B 、C 、D 各点处的正应力; (2) 梁上的最大正应力，并指明其位置。
解：（1）m N F M .3002.0*10*5.12.0*3===MPa M I y M z A 11110*30*1812*10*15*.1233===--σ A B σσ-= 0=C σMPa M D 1.7410*30*1812*10*)5.15(*1233==--σ MPa W Fl z 5.16610*30*186*10*300*10*5.19233max ===--σ 位置在：固定端截面上下边缘处。
6—6 图示矩形截面简支梁，受均布载荷作用。
已知载荷集度q=20kN ／m ，跨长l ＝3，截面高度=h 24cm ，宽度=b 8cm 。
弯曲应力习题
31.槽形截面悬臂梁受力如图所示,已知，,，［σ］＝16０ＭPa,指出危险点得位置并校核梁得强度.（A点为弯心)
3２、梁AB与杆CB均为圆形截面，而且材料相同。，，杆ＣB直径。在图示载荷作用下测得CB杆轴向伸长为。求载荷得值及梁AＢ得安全直径.
1２.图示结构中，FB为圆杆,直径，AE梁为T字形截面，尺寸如图所示，C为形心，。材料得许用拉应力,许用压应力.试校核结构得强度。
13。集中力Ｐ直接作用简支梁AB得中点时，梁内最大应力超过许用值，为了消除此过载现象，配置了辅助梁CD如图所示，试求CＤ梁得跨度。
14。图示梁为两个工字钢组成，一个工字钢得，，，，试校核梁得强度并计算。
１５.图示梁由三块等厚木板胶合而成，已知,试校核胶缝得剪切强度.
1６.某T字形截面外伸梁ＡＢC，在端面Ｃ处用一铰与圆截面杆相连，在及作用下，测得拉杆伸长，试求梁中最大拉应力及最大压应力。已知拉杆横截面积，。
１７．图示矩形截面梁,受均布载荷作用。若沿中性层取水平截面,截出梁得下半部，问在水平截面上得剪应力得分布规律如何？该截面上总得水平剪力有多大？它由什么来平衡.
１8.图示简支梁，由四块尺寸相同得木板胶合而成，试校核其强度。已知，，，，木板得许用应力,胶缝得许用剪应力。
１9．梁得横截面积一定，若分别采用圆形、正方形、矩形,放置如图所示,载荷沿y方向，则截面梁得刚度最好;截面梁得刚度最差。
２０。( 5 )一梁拟用图示两种方式搁置，则两种情况下得最大应力之比为:
(１)截面为矩形,h= 2b；
( 2 )截面为圆形.
2３．图示结构中， ＦB为圆杆,直径d =30ｍm,AE梁为T字形截面，尺寸如图所示,C为形心，.材料得许用拉应力［σt]= 40ＭPa,许用压应力［σc］=60 MPa。试校核结构得强度。
第五章 弯曲应力(下)
工字形截面上剪力的分布
腹板上主要有平行于剪力FS的切应力
梁横截面上的切应力
翼缘除有平行于剪力FS的切 应力外，主要还有平行于翼 缘的切应力 翼缘上切应力与腹板上的切 应力相比很小，可以忽略不 计
FS
上翼缘
腹板
上翼缘
假设腹板上的切应力分布和矩形截面 的切应力相同。即腹板上的切应力平行与 腹板的侧边，并沿腹板厚度均匀分布
当x0+时，截面剪 力Fs趋于最大，其值为
Fs FAy P
Px(l-x)/l
Example-1
校核强度
P(l-x)/l Θ
Px/l
max
M max 6M max 125 l
max
3Fs 25 MPa [ ] 2A
Example-1
M max ( x) RB (l x)
lx x FAy P, FBy P l l
P(l-x)/l Θ
P x(l x) l
可见，当x=l/2时， 截面x=l/2处的弯矩最大，
M max FBy (l x) Pl 2 / 2
Px/l
剪力图 弯矩图
于正方形截面，这个假设也是相 当精确的，下表给出了材料力学 与弹性理论解的误差
材料力学与弹性理论剪力解的误差
FS
h/b
0.0
2/1 0.04
1/1 0.12
1/2 0.57
1/4
d
1.30
梁横截面上的切应力
从梁中取出长为dx微段，截面1，2上 的内力、弯矩分别为FS(x)、M(x)和FS(x)+d FS(x) 、M(x)+d M(x)
max
Fs S z max F s bH 2 h 2 (b t ) I zt 8I z t Fs S z min F s bH 2 bh 2 I zt 8I z t
材料力学+第四版+刘洪文+第五章 弯曲应力
σ = Eε
y
?
M
O
z x
ρ
?
y
应力分布规律： 应力分布规律： 直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力， 直梁纯弯曲时横截面上任意一点的正应力，与它到中性轴 的距离成正比. 的距离成正比. 待解决问题 中性轴的位置 中性层的曲率半径ρ
?
(Stresses in Beams) relationship） 四、静力关系 (Static relationship）
2.强度条件的应用 2.强度条件的应用(Application of strength condition) 强度条件的应用(Application （1） 强度校核
Mmax ≤ [σ] W
Mmax （2）设计截面 W ≥ [σ]
（3）确定许可载荷 Mmax ≤ W[σ] 对于铸铁等脆性材料制成的梁，由于材料的 [σt ] ≠ [σc ] 对于铸铁等脆性材料制成的梁， 且梁横截面的中性轴一般也不是对称轴， 且梁横截面的中性轴一般也不是对称轴，所以梁的 中性轴一般也不是对称轴
三、强度条件（Strength condition) 强度条件（
梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力. 梁内的最大工作应力不超过材料的许用应力. 1.数学表达式 1.数学表达式（Mathematical formula) 数学表达式（
Mmax σmax = ≤ [σ] W
(Stresses in Beams)
Miz = ∫ dMz = ∫ yσdA= M 3） （
A A
dFN= σdA
dMy = z σdA dMz = y σdA
(Stresses in Beams)
将应力表达式代入（ 将应力表达式代入（1）式，得
第五章 弯曲应力1
§5–4 弯曲切应力
一、梁横截面上的切应力
1、矩形截面梁
(1)两个假设 (a)切应力与剪力平行 (b)切应力沿截面宽度均匀分布
(2)分析方法
F1 F2 m n
q(x)
z
m
n
mn
x
dx
h yo
A1
B1
x
z
y
x
A
B
A1
B1
y bm
n
dx
FN1
A
ym
B
FN2
n
z
z
m
n
y
x
A1 dFS’
B1
FN1
A
B FN2
查型钢表中,20a号工字钢,有
Iz
S
* z
max
17.2cm
d=7mm
F
AC
B
5m
FSmax
据此校核梁的切应力强度
*
F S F Smax z ,max
max
I d ( I )d z
Smax z
+
S* z ,max
30 103
24.9MPa [ ] 以上两方面的强度条件都满
D
z
4
1
1
22
a1
Wz3
bh2 6
4a13 6
1.67Wz1
合理放置截面
bh2 WZ 左 6
WZ 右
hb2 6
三、采用等强度梁
梁各横截面上的最大正应力都相等,并均达到材料的许用应力,
则称为等强度梁. 例如，宽度b保持不变而高度可变化的矩形截面简支梁,若设
材料力学练习册5-6详细答案
第五章弯曲应力5-1 直径为d的金属丝，环绕在直径为D的轮缘上。
试求金属丝内的最大正应变与最大正应力。
已知材料的弹性模量为E。
解：5-2 图示直径为d的圆木，现需从中切取一矩形截面梁。
试问：(1) 如欲使所切矩形梁的弯曲强度最高，h和b应分别为何值；(2) 如欲使所切矩形梁的弯曲刚度最高，h和b应分别为何值；解：(1) 欲使梁的弯曲强度最高，只要抗弯截面系数取极大值，为此令(2) 欲使梁的弯曲刚度最高，只要惯性矩取极大值，为此令5-3 图示简支梁，由№18工字钢制成，在外载荷作用下，测得横截面A 底边的纵向正应变ε=3.0×10-4，试计算梁内的最大弯曲正应力。
已知钢的弹性模量E =200GPa ，a =1m 。
解：梁的剪力图及弯矩图如图所示，从弯矩图可见：5-4 No.20a 工字钢梁的支承和受力情况如图所示。
若[]MPa 160=σ，试求许可载荷F 。
5-5 图示结构中，AB 梁和CD 梁的矩形截面宽度均为b 。
如已知AB 梁高为1h ，CD 梁高为2h 。
欲使AB 梁CD 梁的最大弯曲正应力相等，则二梁的跨度1l 和2l 之间应满足什么样的关系？若材料的许用应力为[σ]，此时许用载荷F 为多大？5-6 某吊钩横轴，受到载荷kN 130F =作用，尺寸如图所示。
已知mm 300=l ，mm 110h =，mm 160b =，mm 75d 0=，材料的[]MPa 100=σ，试校核该轴的强度。
5-7 矩形截面梁AB，以固定铰支座A及拉杆CD支承，C点可视为铰支，有关尺寸如图所示。
设拉杆及横梁的[]MPaσ，试求作用于梁B端的许可载荷F。
=1605-8 图示槽形截面铸铁梁，F=10kN，M e=70kN·m，许用拉应力[σt]=35MPa，许用压应力[σc]=120MPa。
试校核梁的强度。
解：先求形心坐标，将图示截面看成一大矩形减去一小矩形惯性矩弯矩图如图所示，C截面的左、右截面为危险截面。
第五章 弯曲应力
★
2 、措施
提高弯曲强度的措施
1）减小M（合理按排梁的受力情况）:支座
★
2 、措施
提高弯曲强度的措施
1）减小M（合理按排梁的受力情况）：布载
★
2 、措施
提高弯曲强度的措施
2） 增大W（合理截面）：矩形
★
2 、措施
提高弯曲强度的措施
2） 增大W（合理截面）：工字形、槽形、矩形、
圆形比较（W/A值）
习题讨论课
2）不同材料
组合截面梁
c
Ac
hc
sc
∑Fx=0
σt=Ety/ρ σc=Ecy/ρ
t
s d A = F
A
N
At
ht
t
st
FN=0
c
中性轴？
At
s dA s
Ac
dA = 0
习题讨论课
2）不同材料
c
Ac
hc
组合截面梁
sc
∑My=0
At
ht
t
st
( E ) zdA = 0
例（书例5-1)
★ 横力弯曲时的正应力
※ 弯曲强度特点
1)危险面往往有几处 2)同一截面危险点往往不只一个
★ 横力弯曲时的正应力
※ 有些材料 s t s c 拉压强度要分别校核
s t max
M s t = W t z max
M s c = W c z max
★
2 、措施
提高弯曲强度的措施
2） 增大W（合理截面）：注意和思考 a) 工艺成
本（如空心截面） b) 考虑材质（如铸铁T形梁等）
★
材料力学-弯曲应力
超静定梁
q
Hale Waihona Puke L/2L/2q
L
M
M
*
5-6 提高梁强度的主要措施
合理设计截面
合理放置截面
增大 WZ
*
5-6 提高梁强度的主要措施
合理放置截面
*
5-6 提高梁强度的主要措施
合理设计截面
*
5-6 提高梁强度的主要措施
合理设计截面
*
充分利用材料特性合理设计截面
脆性材料：
宜上下不对称截面：
T 形，不等边工字型，不等边矩形框等；
中性轴偏向受拉区的一侧
理想的中性轴的位置: 应是最大拉应力和最大压应力同时达到许用应力。
*
讨论：钢筋混凝土楼板，钢筋应该铺设在哪一边？
等强梁的概念与应用
等截面梁WZ为常数，横力弯曲时弯矩M是随截面位置变化的。只有|M|max位置的横截面上应力达到[]。 不合理！
某车间欲安装简易吊车，大梁选用工字钢。已知电葫芦自重
材料的许用应力
起重量
跨度
试选择工字钢的型号。
例题
（4）选择工字钢型号
（5）讨论
（3）根据
计算
（1）计算简图
（2）绘弯矩图
解：
36c工字钢
*
作弯矩图，寻找需要校核的截面
要同时满足
分析：
非对称截面，要寻找中性轴位置
T型截面铸铁梁，截面尺寸如图示。
强度条件
h
max
*
叠合梁问题
悬臂梁由三块木板粘接而成。跨度为1m。胶合面的许可切应力为0.34MPa，木材的〔σ〕= 10 MPa，[τ]=1MPa，求许可载荷
1.画梁的剪力图和弯矩图
材料力学第五章弯曲应力
注：由于本书没有标准答案，这些都是我和同学一起做的答案，其中可能会存在一些错误，仅供参考。
习 题6-1厚度mm h 5.1=的钢带,卷成直径 D=3m 的圆环,若钢带的弹性模量E=210GPa ，试求钢带横截面上的最大正应力。
解: 根据弯曲正应力公式的推导: Dy E yE 2..==ρσ MPa D h E 1053105.110210.39max=⨯⨯⨯==-σ6—2直径为d 的钢丝，弹性模量为E ，现将它弯曲成直径为D 的圆弧。
试求钢丝中的最大应力与d ／D 的关系。
并分析钢丝绳为何要用许多高强度的细钢丝组成。
解: ρσyE .= Dd E ED d .22max ==σ max σ与Dd成正比,钢丝绳易存放,而引起的最大引力很小.6—3 截面形状及尺寸完全相同的一根钢梁和一根木梁，如果所受的外力也相同，则内力是否相同?横截面上正应力的变化规律是否相同?对应点处的正应力与纵向线应变是否相同? 解: 面上的内力相同，正应力变化规律相同。
处的正应力相同，线应变不同6—4 图示截面各梁在外载作用下发生平面弯曲，试画出横截面上正应力沿高度的分布图.6—5 一矩形截面梁如图所示，已知F=1.5kN 。
试求(1) I —I 截面上A 、B 、C 、D 各点处的正应力; (2) 梁上的最大正应力，并指明其位置。
解：（1）m N F M .3002.0*10*5.12.0*3===MPa M I y M z A 11110*30*1812*10*15*.1233===--σ A B σσ-= 0=C σMPa M D 1.7410*30*1812*10*)5.15(*1233==--σ MPa W Fl z 5.16610*30*186*10*300*10*5.19233max ===--σ 位置在：固定端截面上下边缘处。
6—6 图示矩形截面简支梁，受均布载荷作用。
已知载荷集度q=20kN ／m ，跨长l ＝3，截面高度=h 24cm ，宽度=b 8cm 。
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第五章 弯曲应力习题
一、单项选择题
1、梁纯弯曲时，梁横截面上产生的应力为（ ） A 、正应力 B 、拉应力 C 、压应力 D 、切应力
二、填空题
1、对于圆形截面的梁，其对圆心的极惯性矩I p = ；截面对过圆心的Z 轴的惯性矩I z = ；截面的抗扭截面系数W p = ；截面的抗弯截面系数W z =
2、在梁弯曲变形时
1
Z
M
EI ρ
=
，式中ρ 表示梁中性层的曲率半径，M 表示梁横截面上的 ，I z 表示梁横截面的 ，EI z 称为梁的抗弯 。
3、梁纯弯曲时，梁纯弯曲时，横截面上的正应力沿高度方向呈 分布，横截面上距中性轴愈远的点处应力的绝对值 ,中性轴上的各点应力为 . 4、根据梁弯曲的平面假设，梁上其间存在一层既不伸长也不缩短的纤维，这一层纤维称为 。
该层与梁横截面的交线称为 。
三、计算题
1、由50a 号工字钢制成的简支梁如图所示，q =30kN/m ，a =3m ，50a 号工字钢的抗弯截面系数W z =1860×10-6m 3，大梁材料的许用应力[σ]=160Mpa ，试校核梁的强度。
2、如图所示矩形截面悬臂梁，外载荷F =3kN ，梁长l =300mm ，其高宽比为h /b =3，材料的许用应力[σ]=160Mpa ，试按梁的弯曲强度条件设计该矩形截面梁的尺寸。
图5.3.1
3、如图所示的简支梁，梁横截面为圆形，直径D =25mm ，P =60N ，m =180N •m, a =2m ，圆形截面梁材料的许用应力[σ]=140Mpa ，试校核梁的强度。
4、如图所示悬臂梁，外伸部分长度为l ,截面为b ×4b 的矩形，自由端作用力为P 。
拟用图(a )和图（b ）两种方式搁置，试求图（a ）情形下梁横截面上的最大拉应力(σmax ) 和
图（b ）情形下梁横截面上的最大拉应力（σmax ）。
图中力的单位为（N ），尺寸单位为（mm ）。
(a)
5、如图一单梁吊车，其跨度l =10m ，吊车大梁由45a 号工字钢制成，45a 号工字钢的抗弯截面系数W z =1430×10-6m 3，大梁材料的许用应力[σ]=140Mpa ，电葫芦自重G =15kN ，最大起重量Q=55kN ，试校核大梁的强度。
（大梁自重暂不考虑。
）
图 5.3.3
图 5.3.4
图5.3.5
6、如图一空气泵的操纵杆，右端受力为8.5KN ，截面I -I 为矩形，其高宽比为h / b =3， 材料的许用应力[σ]=50Mpa ，试求该横截面的尺寸。
图中尺寸单位为mm 。
7、悬臂梁受均布载荷作用如图所示，已知梁的跨度=1m l ，均布载荷集度=6kN/m q ；梁由10号槽钢制成，截面有关尺寸如图所示，横截面的惯性矩4
4
z =25.610mm I 。
试求此梁的最大拉应力和最大压应力。
8、矿车车轴受力如图所示，已知a = 0.6m ，F =5kN ，材料的许用应力[]=80MPa σ，试选择车轴直径。
9、一吊车梁受力如图，跨度l 为8m ，梁由20a 工字钢制成，抗弯截面系数W z =237cm 3, 材料许用应力为 [σ]=200Mpa ，求该梁可能承载的最大起重量。
图5.3.6
图 5.3.7
图 5.3.8
10、一矩形截面木梁受力如图所示，已知=10kN P ，=1m a ；木材的许用应力
[]=10MPa σ。
设梁横截面的高宽比为h/b =1.5，试选择梁的截面尺寸。
11、一吊车梁受力如图，若起重量F 为20kN ，跨度l 为8m ，梁由20a 工字钢制成，抗弯截面系数W z =237cm 3, 材料许用应力为 [σ]=200Mpa ，校核梁的强度。
12、一矩形截面木梁受力如图所示，已知=10kN F ，=1.2m a ；木材的许用应力
[]=10MPa σ。
设梁横截面的高宽比为h/b =2，试选择梁的截面尺寸。
第五章弯曲应力习题答案
一、单项选择题
1、A
二、填空题
1、
4
433
d d d d 32
64
16
32
2、弯矩 惯性矩 刚度
3、线性 愈大 零
4、中性层 中性轴
三、 计算题
1、 解：
max M 270kN m =⋅
[]3max -6z 827010σ1860101.4510pa
=145Mpa <σ160Mpa
M W ⨯==
⨯=⨯=
故梁的强度足够。
2、 解：
max M 900N m =⋅
[]3max 3
z
90010σσ160Mpa 96
M b W ⨯==≤= 15.5mm 46.5mm b h ≥≥
3、 解：
故梁的强度足够。
4、
解：
()(Mpa)8b 3Pl (4b)b 6Pl W M σ3
2Z a max =⨯==
()
(Mpa)2b 3Pl b 4b 6Pl W M σ3
2Z b
max =⨯==
5、
解：M=1/2（G + Q ）×l /2 = 1/2（55+15）×10/2 ×106 =175×106 （N mm ⋅）
[]6
6917510122.4Mpa <140Mpa 14301010
Z M W σσ-⨯====⨯⨯ 故大梁的强度足够。
[]max 33
Z 3max Z M 160N m W 0.11562.5mm M 16010σ102.4Mpa <σ140Mpa
W 1562.5
d =⋅==⨯====270kN.m
Fl=900N.m
160N.m
140N.m
20N.m
6、 解： M=8.5×103×（720-80）=5440×103（N mm ⋅）
()
[]32
6544010503Z M Mpa W b b σσ⨯⨯==≤=⨯ 解得： b≥41.7mm; h=125.1 mm 7、 解：（1）求最大弯矩 梁在固定端横截面上的弯矩最大，其值为2
max
2600013000N m 2
2
ql M
⨯=
=
=⋅
（2）求最大应力
因危险截面上的弯矩为负，故截面上边缘受最大拉应力，
6max max 18
6max max 28
30000.015217810Pa 178MPa
25.61030000.032838510Pa 385MPa
25.610t z c z
M y I M y I σσ--=⋅=⨯=⨯=⨯=
⋅=
⨯=⨯=⨯
8、 解：
36max 3
max
max 6
max 510600310N mm 0.1[]310[]8072.5mm
Z Z
Z M Fa W d M W M W d σσσ==⨯⨯=⨯⋅==
≤⨯≥=
≥。