第十章 材料力学动荷载(1)
材料力学13章 动荷载
3.选用弹性模量较低的材料 弹性模量较低的材料，可以增大静位移。但须注意强度问 题。
13-4 循环应力下构件的疲劳强度
1.特征： 1）强度降低：破坏时的名义应力值往 往低于材料在静载作用下的屈服应力； 2）多次循环：构件在交变应力作用下
发生破坏需要经历一定数量的应力 循环； 3）脆性断裂：构件在破坏前没有明显 的塑性变形预兆，即使韧性材料， 也将呈现“突然”的脆性断裂；
4）断口特征：金属材料的疲劳断裂断口上，有明显的光滑区 域与颗粒区域。
一、静荷载与动荷载 实验结果表明，材料在动载荷下的弹性性能基本上与静
载荷下的相同，因此，只要应力不超过比例极限，胡克定律 仍适用于动载荷下的应力、应变的计算、弹性模续也与静载 荷下的数值相同。 二、动载荷类型
根据构件的加速度的性质，动载荷问题可分为三类：
1.一般加速度运动（包括移动加速与转动加速）构件问题。此时不 会引起材料力学性能的改变，该类问题的处理方法是动静法。
水平冲击图示： 重物以一定的速度，沿水平方向冲击弹 性系统。当重物与弹性系统接触后，系统的最大水平位移 如下图所示。
冲击物： 动能改变：Ek=Qv2/2g
势能改变： Ep=0
被冲击物： 应变能改变：
V
1 2
Fd
d
能量方程 动荷因数
1 2
Q2
g
1 2
Qd d
Kd
d s
2
gs
第13章 动荷载
13.1 概述
第十、十一章动载荷 交变应力概述
第十章 动载荷与交变应力
§10-2 动静法的应用
一、动静法
1. 构件作加速运动时，构件内各质点将产生惯性力， 惯性力的大小等于质量与加速度的乘积，方向与加速度的方向
相反。 2. 动静法：在任一瞬时，作用在构件上的荷载,惯性力和
约束力，构成平衡力系。当构件的加速度已知时，可用动静 法求解其动应力。
二、匀加速直线运动构件的动应力
式中， st
P 为静应力。 A
由（3）,（4）式可见，动荷载等于动荷载因数与静荷载 的乘积；动应力等于动荷载因数与静应力的乘积。即用动荷因 数反映动荷载的效应。
6
材 料 力 学 电 子 教 案
第十章 动载荷与交变应力
例 10－4 已知梁为16号工字钢，吊索横截面面积 A＝108
mm2,等加速度a =10 m/s2 ，不计钢索质量。求：1,吊索的动应 力d ; 2,梁的最大动应力d, max 。 解： 1. 求吊索的d 16号工字钢单位长度的 重量为
横截面上的正应力为
FNd rw2 D 2 d A 4
13
材 料 力 学 电 子 教 案
第十一章 动载荷与交变应力
四、匀变速转动时构件的动应力
例 6－3 直径d =100 mm的圆轴，右端有重量 P =0.6 kN, 直径D=400 mm的飞轮，以均匀转速n =1 000 r/min旋转（图a）。
P a FNd P a P (1 ) g g a 令 K d 1 （动荷系数） g
(1) (2) (3)
则
5
FN d Kd P
材 料 力 学 电 子 教 案
第十章 动载荷与交变应力
钢索横截面上的动应力为
FN d P d K d K d st A A
材料力学 动荷载和循环应力
(1 a )W
d
FT A
g A
(1
a g
) st
静载荷情况下的钢索中的应力： st
例1
§ 10.1 概述
讨论 1：
FT a
Mechanic of Materials
引入：动载荷因数kd
W
a kd 1 g
有:
d kd st
FI
(1 a )W
d
FT A
g A
(l 2
a2
b2 )
1,d
= w1,d
kd 1,st
kd
mgba (l2 6EIl
a2
b2)
§10.4 杆件受冲击时的应力和变形
h
1 1' d
l
动荷因数Kd
kd 1
2h 1 1
st
1
2h mgl 3
3EI
静
荷载 弯矩 应力 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度条件
挠度
Fst mg
M max,st M固 mgl
1 2T0 mg st
Mechanic of Materials
§10.4 杆件受冲击时的应力和变形
几种常见的冲击动荷因数
4、重物以水平速度v冲击构件:
EA l
v
st
FN l EA
mgl EA
1 2
mv2
1 2
d
Fd
1 2
(kd
st
)
(kd
mg
)
kd
v2 g st
v2 EA g 2ml
材料力学第10章(动载荷)
Kd 2
二、水平冲击 mg v
d
Fd d ， Pst st
Pst mg 其中： mgl st EA
Fd
st
Pst
mv2 冲击前：动 T1 能 2
冲击后： 应变能Vε 2 Fd d 2
2 F 2 st mv d mg
h
P
h
解：
st
Pl 1.7 102 (mm) EA
2h K d 1 1 st
2 500 1 1 243 2 1.7 10
l
l
d 2 A 4
P 2 103 0.028(MPa) st 4 A 7.1 10 d Kd st
假设： (1)冲击物为刚体； (2)不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）；
(3)冲击过程中被冲击物的变形为线弹性变形过程。(保守计算)
一、自由落体冲击
P
冲击前： T 0
V P(h d )
B
h
A
冲击后：
1 Vε d Fd d 2
A
Δd
能量守恒： T V Vd
B
2h st
l
4 Pl 3 22mm st 3 EI
K d 1 1 2 50 3.35 22
40 C 30
d Kd st
M max Pl 50(MPa) st W W
d Kd st 161 MPa) (
A
Δd
Fd
B
1 P (h d ) Fd d 2 Fd d P st
2 Fd 1 Fd P (h st ) st P 2 P
材料力学习题册1-14概念答案
第一章绪论之迟辟智美创作一、是非判断题1.1 资料力学的研究方法与理论力学的研究方法完全相同.( ×)1.2 内力只作用在杆件截面的形心处. ( × )1.3 杆件某截面上的内力是该截面上应力的代数和.( × )1.4 确定截面内力的截面法，适用于不论等截面或变截面、直杆或曲杆、基本变形或组合变形、横截面或任意截面的普遍情况. ( ∨)1.5 根据各向同性假设，可认为资料的弹性常数在各方向都相同. ( ∨ )1.6 根据均匀性假设，可认为构件的弹性常数在各点处都相同. ( ∨ )1.7 同一截面上正应力σ与切应力τ必相互垂直. ( ∨)1.8 同一截面上各点的正应力σ肯定年夜小相等，方向相同. (×)1.9 同一截面上各点的切应力τ必相互平行.(×)1.10 应变分为正应变ε和切应变γ. ( ∨)1.11 应酿成无量纲量. ( ∨)1.12 若物体各部份均无变形，则物体内各点的应变均为零.( ∨)1.13 若物体内各点的应变均为零，则物体无位移.(×)1.14 平衡状态弹性体的任意部份的内力都与外力坚持平衡. ( ∨ )1.15 题1.15图所示结构中，AD 杆发生的变形为弯曲与压缩的组合变形.( ∨)1.16 题1.16图所示结构中，AB 杆将发生弯曲与压缩的组合变形.(×)二、. 1.2 1.3 剪切的受力特征是，变形特征是.1.4 扭转的受力特征是，变形特征是. 1.5 弯曲的受力特征是，变形特征是. 1.6 组合受力与变形是指. 1.7 构件的承载能力包括，和三个方面. 所谓，是指资料或构件抵当破坏的能力.所谓，是指构件抵当变形的能力.所谓，是指资料或构件坚持其原有平衡形B题5图 题6图 外力的合力作用线通过杆轴线 杆件 应力应变 沿杆轴线伸长或缩短 受一对等值，反向，作用线距离很近的力的作用 沿剪切面发生相对错动外力偶作用面垂直杆轴线 任意二横截面发生绕杆轴线的相对转动 外力作用线垂直杆轴线，外力偶作用面通过杆轴线 梁轴线由直线酿成曲线 包括两种或两种以上基本变形的组合 强度 刚度 稳定性强度 刚度 稳定性式的能力.1.9 根据固体资料的性能作如下三个基本假设，，.认为固体在其整个几何空间内无间隙地布满了组成该物体的物质，这样的假设称为.根据这一假设构件的、和就可以用坐标的连续函数来暗示.填题 1.11图所示结构中，杆1发生变形，杆2发生变形，杆3发生变形. 1.12 下图 (a)、(b)、(c)分别为构件内某点处取出的单位体，变形后情况如虚线所示，则单位体(a)的切应变γ＝；单位体(b)的切应变γ＝；单位体(c)的切应变γ＝.三、选择题 ABC ，作用力P 后移至AB ’C ’，但右半段BCDE 的形状不发生变动.试分析哪一种谜底正确.1、AB 、BC 两段都发生位移.2、AB 、BC 两段都发生变形. α＞βα αα α α β (a)(b)(c) 填题1.11图 ’ 连续性 均匀性 各向同性连续性假设 应力 应变 变形拉伸 压缩 弯曲2α α-β 0正确谜底是1.1.2 选题1.2图所示等截面直杆在两端作用有力偶，数值为M，力偶作用面与杆的对称面一致.关于杆中点处截面A —A在杆变形后的位置（对左端，由 A’—A’暗示；对右端，由A”—A”暗示），有四种谜底，试判断哪一种谜底是正确的.正确谜底是C.1.3 等截面直杆其支承和受力如图所示.关于其轴线在变形后的位置（图中虚线所示），有四种谜底，根据弹性体的特点，试分析哪一种是合理的.正确谜底是C .第二章拉伸、压缩与剪切一、是非判断题因为轴力要按平衡条件求出，所以轴力的正负与坐标轴的指向一致. (×)2.2 轴向拉压杆的任意截面上都只有均匀分布的正应力.( × ) 2.3 强度条件是针对杆的危险截面而建立的.( ×)2.4. 位移是变形的量度.( × )2.5 甲、乙两杆几何尺寸相同，轴向拉力相同，资料分歧，2.6 空心圆杆受轴向拉伸时，在弹性范围内，其外径与壁厚的变形关系是外径增年夜且壁厚也同时增年夜. ( × )已知低碳钢的σp ＝200MPa ，E =200GPa ，现测得试件上的应变ε＝0.002，则其应力能用胡克定律计算为：σ＝Eε=200×103×0.002=400MPa. ( × )2.9 图示三种情况下的轴力图是不相同的. ( × )的三个等分点.在杆件变形过程中，此三点的位移相等. ( × )2.11考虑. （ × ）连接件发生的挤压应力与轴向压杆发生的压应力是不相同的.（ ∨ ）二、填空题2.1 轴力的正负规定为.2.2 受轴向拉伸或压缩的直杆，其最年夜正应力位于横截面，计算公式为，最年夜切应力位于450截面，计算公式拉力为正，压力为负 maxmax )(A F N =σmax max max )(A F N 22==στ为.2.3 拉压杆强度条件中的不等号的物理意义是最年夜工作应力σmax不超越许用应力[σ]，强度条件主要解决三个方面的问题是（1）强度校核；（2）截面设计；（3）确定许可载荷.2.4 轴向拉压胡克定理的暗示形式有2种，其应用条件是σmax≤σp.2.5 由于平安系数是一个__年夜于1_____数，因此许用应力总是比极限应力要___小___.2.6 两拉杆中，A1=A2=A；E1＝2E2；υ1＝2υ2；若ε1′＝ε2′（横向应变），则二杆轴力F N1_=__F N2.2.7 低碳钢在拉伸过程中依次暗示为弹性、屈服、强化、局部变形四个阶段，其特征点分别是σp，σe，σs，σb.衡量资料的塑性性质的主要指标是延伸率δ、断面收缩率ψ.2.9 延伸率δ＝（L1－L）/L×100％中L1指的是拉断后试件的标距长度.2.10 塑性资料与脆性资料的判别标准是塑性资料：δ≥5%，脆性资料：δ<5%.图示销钉连接中，2t2>t1，销钉的切应力τ＝2F/πd2，销钉的最年夜挤压应力σbs =F/dt1.螺栓受拉力F 作用，尺寸如图.若螺栓资料的拉伸许用应力为[σ]，许用切应力为[τ]，按拉伸与剪切等强度设计，螺栓杆直径d 与螺栓头高度h 的比值应取d/h =4[τ]/[σ].木榫接头尺寸如图示，受轴向拉力F 作用.接头的剪切面积A =hb ，切应力τ＝F/hb ；挤压面积A bs =cb ，挤压应力σbs =F/cb .两矩形截面木杆通过钢连接器连接(如图示)，在轴向力F 作用下，木杆上下两侧的剪切面积A =2lb ，切应力τ＝F/2lb ；挤压面积A bs =2δb ，挤压应力σbs =F/2δb . 挤压应力作用在构件的外概况，一般不是均匀分布；压杆中的压应力作用在杆的横截面上且均匀分布.2.16图示两钢板钢号相同，通过铆钉连接，钉与板的钢号分歧.对铆接头的强度计算应包括：铆钉的剪切、挤压计算；钢板的挤压和拉伸强度计算. 若将钉的排列由（a ）改为（b ），上述计算中发生改变的是.对（a ）、（b ）两种排列，铆接头能接受较年夜拉力的是（a ）.（建议画板的轴力图分析）三、选择题钢板的拉伸强度计算为提高某种钢制拉（压）杆件的刚度，有以下四种办法：(A) 将杆件资料改为高强度合金钢； (B) 将杆件的概况进行强化处置（如淬火等）；(C) 增年夜杆件的横截面面积； (D) 将杆件横截面改为合理的形状.正确谜底是C甲、乙两杆，几何尺寸相同，轴向拉力F 相同，资料分歧，它们的应力和变形有四种可能：（Al 都相同；(B) l 相同；（C l 分歧；(D) △l 分歧.正确谜底是C长度和横截面面积均相同的两杆，一为钢杆，另一为铝杆，在相同的轴向拉力作用下，两杆的应力与变形有四种情况；（A ）铝杆的应力和钢杆相同，变形年夜于钢杆； (B) 铝杆的应力和钢杆相同，变形小于钢杆；（C ）铝杆的应力和变形均年夜于钢杆； (D) 铝杆的应力和变形均小于钢杆.正确谜底是A∵ E s > E a在弹性范围内尺寸相同的低碳钢和铸铁拉伸试件，在同样载（A；（B（C（D）不能确定.正确谜底是B2.5 等直杆在轴向拉伸或压缩时，横截面上正应力均匀分布是根据何种条件得出的.（A）静力平衡条件；（B）连续条件；（C）小变形假设；（D平面假设及资料均匀连续性假设.正确谜底是D第三章扭转一、是非判断题3.1 单位体上同时存在正应力和切应力时，切应力互等定理不成立. （×）3.2 空心圆轴的外径为D、内径为d，其极惯性矩和扭转截面系数分别为×）∵E ms > E ci3.3 资料分歧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. （ ×）3.4 连接件接受剪切时发生的切应力与杆接受轴向拉伸时在斜截面上发生的切应力是相同的. （ ×）二、填空题3.1 图示微元体，已知右侧截面上存在与z 方向成θ 角的切应力τ，试根据切应力互等定理画出另外五个面上的切应力.3.2 试绘出圆轴横截面和纵截面上的扭转切应力分布图.3.3 坚持扭矩不变，长度不变，圆轴的直径增年夜一倍，则最年夜切应力τmax 是原来的1/ 8倍，单位长度扭转角是原来的1/ 16倍.两根分歧资料制成的圆轴直径和长度均相同，所受扭矩也相同，两者的最年夜切应力_________相等 __，单位长度扭转_分歧___ _______. 3.5 的适用范围是等直圆轴； τmax ≤τp .y对实心轴和空心轴，如果二者的资料、长度及横截面的面积相同，则它们的抗扭能力空心轴年夜于实心轴；抗拉（压）能力相同.3.7 当轴传递的功率一按时，轴的转速愈小，则轴受到的外力偶距愈__年夜__，当外力偶距一按时，传递的功率愈年夜，则轴的转速愈 年夜.3.8两根圆轴，一根为实心轴，直径为D 1，另一根为空心轴，内径为d 2，外径为D 2，.3.9 等截面圆轴上装有四个皮带轮，合理安插应为D 、C 轮位置对换.3.10 图中T3.1145º螺旋面断裂；图（c ），发生非常年夜的扭角后沿横截面断开；图（d ），概况呈现纵向裂纹.据此判断试件的资840134.-=α料为，图（b ）：灰铸铁；图（c ）：低碳钢，图（d ）：木材.若将一支粉笔扭断，其断口形式应同图（b ）.三、选择题3.1 图示圆轴，已知GI p ，当m 为何值时，自由真个扭转角为零. （B ）A. 30 N ·m ；B. 20 N ·m ；C. 15 N ·m ；D. 10 N ·m .3.2 三根圆轴受扭，已知资料、直径、扭矩均相同，而长度分别为L ；2L ；4L ，则单位扭转角θ必为 D .A.第一根最年夜；B.第三根最年夜；C.第二根为第一和第三之和的一半； D.相同.3.3 实心圆轴和空心圆轴，它们的横截面面积均相同，受相同扭转作用，则其最年夜切应力 是 C .AD. 无法比力.α= d /D 的空心圆轴，扭转时横截面上的最年夜切应力为τ，则内圆周处的切应力为 B .实空）（）（t t W W >A. τ；B. ατ；C. （1－α3）τ；D. （1－α4）τ；3.5 满足平衡条件，但切应力超越比例极限时，下列说法正确的是D.A B C D切应力互等定理：成立不成立不成立成立剪切虎克定律：成立不成立成立不成立3.6 在圆轴扭转横截面的应力分析中，资料力学研究横截面变形几何关系时作出的假设是C.A．资料均匀性假设； B．应力与应酿成线性关系假设；C．平面假设.3.7 图示受扭圆轴，若直径d不变；长度l不变，所受外力偶矩M不变，仅将资料由钢酿成铝，则轴的最年夜切应力（E），轴的强度（B），轴的扭转角（C），轴的刚度（B）.A．提高 B．降低 C．增年夜 D．减小 E．不变第四章弯曲内力一、是非判断题4.1 杆件整体平衡时局部纷歧定平衡. （×）4.2 不论梁上作用的载荷如何，其上的内力都按同一规律变动. （×）4.3 任意横截面上的剪力在数值上即是其右侧梁段上所有荷载的代数和，向上的荷载在该截面发生正剪力，向下的荷载在该截面发生负剪力. （×）4.4 若梁在某一段内无载荷作用，则该段内的弯矩图肯定是一直线段. （∨）简支梁及其载荷如图所示，假想沿截面 m－m将梁截分为二，若取梁的左段为研究对象，则该截面上的剪力和弯矩与q、M无关；若取梁的右段为研究对象，则该截面上的剪力和弯矩与F无关.（×）二、填空题4.1 外伸梁ABC接受一可移动的载荷如图所示.设F、l均为已知，为减小梁的最年夜弯矩值则外伸段的合理长度∵Fa = F(l - a) / 4a=l/5.4.2 图示三个简支梁接受的总载荷相同，但载荷的分布情况分歧.在这些梁中，最年夜剪力F Qmax=F/2；发生在三个梁的支座截面处；最年夜弯矩M max=F l/4；发生在(a)梁的C 截面处.三、选择题4.1 梁受力如图，在B 截面处D .A. F s 图有突变，M 图连续光滑； B . F s 图有折角（或尖角），M 图连续光滑；C . F s 图有折角，M 图有尖角；D . F s 图有突变，M 图有尖角.4.2 图示梁，剪力即是零截面位置的x 之值为D .A. 5a /6；B. 5a /6；C. 6a /7；D. 7a /6.在图示四种情况中，截面上弯矩 M 为正，剪力F s 为负的是(B).在图示梁中，集中力F 作用在固定于截面B 的倒 L 刚臂上.梁上最年夜弯矩 M max 与 C 截面上弯矩M C 之间的关系是B .题图 BFCAqxqa BaC3a 题图qAF sMF sMF sF s M(A)(B) (C) (D)4.5 在上题图中，如果使力 F 直接作用在梁的C 截面上，则梁上maxM与max s F 为C .A ．前者不变，后者改变B ．两者都改变C ．前者改变，后者不变D ．两者都不变附录I 平面图形的几何性质一、是非判断题 I.1静矩即是零的轴为对称轴.（× ）I.2 在正交坐标系中，设平面图形对y 轴和z 轴的惯性矩分别为I y 和I z ，则图形对坐标原点的极惯性矩为I p = I y 2+ I z 2. （ × ）I.3 若一对正交坐标轴中，其中有一轴为图形的对称轴，则图形对这对轴的惯性积一定为零.∵M C =F D a = 2 a F/ 3 M max = F D 2a = 4 a F/32F /3F /3（∨）二、填空题I.1 任意横截面对形心轴的静矩即是___0________.I.2 在一组相互平行的轴中，图形对__形心_____轴的惯性矩最小.三、选择题I.1 矩形截面，C 为形心，阴影面积对z C其余部份面积对z C 轴的静矩为(S z )B ，(S z )间的关系正确的是D .A. (S z )A >(S z )B ；B. (S z )A <(S z )B ；C.(S z )A =(S z )B ；D. (S z )A =－(S z )B .I.2 图示截面对形心轴z C 的W Zc A. bH 2/6-bh 2/6；B. （bH 2/6）〔1-（h /H ）3〕；C. （bh 2/6）〔1-（H /h ）3〕；D. （bh 2/6）〔1-（H /h ）4〕.I.3 已知平面图形的形心为C ，面积为 A ，对z 轴的 惯性矩为I z ，则图形对在z 1轴的惯性矩正确的是D .选题图C选题图yA. I z+b2A；B. I z+(a+b)2A；C. I z+(a2-b2) A；D. I z+( b2-a2) A.第五章弯曲应力一、是非判断题5.1 平面弯曲变形的特征是，梁在弯曲变形后的轴线与载荷作用面同在一个平面内. （∨）5.2 在等截面梁中，正应力绝对值的最年夜值│σ│max必呈现在弯矩值│M│ma最年x夜的截面上.（∨）静定对称截面梁，无论何种约束形式，其弯曲正应力均与资料的性质无关. （∨）二、填空题5.1 直径为d 的钢丝绕在直径为D 的圆筒上，若钢丝仍处于弹性范围内，此时钢丝的最年夜弯曲正应力σmax ＝；为了减小弯曲正应力，应减小___钢丝___的直径或增年夜 圆筒的直径.5.2 圆截面梁，坚持弯矩不变，若直径增加一倍，则其最年夜正应力是原来的1/8倍.5.3 横力弯曲时，梁横截面上的最年夜正应力发生在截面的上下边缘处，梁横截面上的最年夜切应力发生在中性轴处.矩形截面的最年夜切应力是平均切应力的3/2倍.5.4 矩形截面梁，若高度增年夜一倍（宽度不变），其抗弯能力为原来的4倍；若宽度增年夜一倍（高度不变），其抗弯能力为原来的2倍；若截面面积增年夜一倍（高宽比不变），其抗弯能力为原来的倍.5.5 从弯曲正应力强度的角度考虑，梁的合理截面应使其资料分布远离中性轴.5.6 两梁的几何尺寸和资料相同，按正应力强度条件，（B ）AB（a ）dD Ed dD E +=⨯+12222(b)第六章 弯曲变形一、是非判断题6.1正弯矩发生正转角，负弯矩发生负转角. ( ×)6.2 弯矩最年夜的截面转角最年夜，弯矩为零的截面上转角为零. ( × )6.3 弯矩突变的处所转角也有突变. ( × )6.4 弯矩为零处，挠曲线曲率必为零. ( ∨ )6.5 梁的最年夜挠度必发生于最年夜弯矩处. ( × )二、填空题6.1 梁的转角和挠度之间的关系是 .6.2 梁的挠曲线近似微分方程的应用条件是 等直梁、线弹性范围内和小变形.6.3 画出挠曲线的年夜致形状的根据是 约束和弯矩图.判断挠曲线的凹凸性与拐点位置的根据是 弯矩的正负；正负弯矩的分界处.6.4 用积分法求梁的变形时，梁的位移鸿沟条件及连续性条)()(,x w x =θ件起确定积分常数的作用.6.5 梁在纯弯时的挠曲线是圆弧曲线，但用积分法求得的挠曲线却是抛物线，其原因是用积分法求挠曲线时，用的是挠曲线近似方程.6.6 两悬臂梁，其横截面和资料均相同，在梁的自由端作用有年夜小相等的集中力，但一梁的长度为另一梁的2倍，则长梁自由真个挠度是短梁的8倍，转角又是短梁的4倍.6.7 应用叠加原理的条件是线弹性范围内和小变形.6.8 试根据填题6.8图所示载荷及支座情况，写出由积分法求解时，积分常数的数目及确定积分常数的条件.积分常数6个；支承条件w A = 0，θA = 0，w B = 0.连续条件是w CL = w CR ，w BL = w BR，θBL = θBR.6.9试根据填题6.9图用积分法求图示挠曲线方程时，需应用的支承条件是w A = 0，w B = 0，w D = 0；连续条件是w CL = w CR ，w BL = w BR，θBL = θBR.填题图填题图一、是非判断题7.1纯剪应力状态是二向应力状态. （∨）7.2 一点的应力状态是指物体内一点沿某个方向的应力情况.（×）轴向拉（压）杆内各点均为单向应力状态. （∨）7.4单位体最年夜正应力面上的切应力恒即是零. （∨）7.5 单位体最年夜切应力面上的正应力恒即是零. （×）7.6 等圆截面杆受扭转时，杆内任一点处沿任意方向只有切应力，无正应力. （×）7.7 单位体切应力为零的截面上，正应力必有最年夜值或最小值. （×）7.8 主方向是主应力所在截面的法线方向. （∨）7.9 单位体最年夜和最小切应力所在截面上的正应力，总是年夜小相等，正负号相反.（×）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. （×） 二、填空题7.1 一点的应力状态是指过一点所有截面上的应力集合，一点的应力状态可以用单位体和应力圆暗示，研究一点应力状态的目的是解释构件的破坏现象；建立复杂应力状态的强度条件.7.2 主应力是指主平面上的正应力；主平面是指τ=0的平面三对相互垂直的平面上τ= 0的单位体.7.3 对任意单位体的应力，那时是单向应力状态；当时是二向应力状态；那时是三向应力状态；那时是纯剪切应力状态.7.4 在二个主应力相等的情况下，平面应力状态下的应力圆退化为一个点圆；在纯剪切情况下，平面应力状态下的应力圆的圆心位于原点；在单向应力状态情况下，平面应力状态下的应力圆与τ轴相切.7.5 应力单位体与应力圆的对应关系是：点面对应；转向相同；转角二倍.三个主应力中有二个不为0三个主应力都不为0单位体各正面上只有切应力7.6 对图示受力构件，试画出暗示A 点应力状态的单位体.C .A. 15 MPaB. 65 MPaC. 40 MPaD. 25 MPa图示各单位体中（d ）为单向应力状态， （a ）为纯剪应力状态.(a) (b) (c) (d)7.3 单位体斜截面上的正应力与切应力的关系中A . A. 正应力最小的面上切应力必为零； B. 最年夜切应力面上的正应力必为零； C. 正应力最年夜的面上切应力也最年夜； D. 最年夜切应力面上的正应力却最小.第八章组合变形一、是非判断题8.1 资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. （∨）8.2 砖、石等脆性资料的试样在压缩时沿横截面断裂.（×）8.3 在近乎等值的三向拉应力作用下，钢等塑性资料只可能发生断裂. （∨）8.4 分歧的强度理论适用于分歧的资料和分歧的应力状态.（∨）8.5 矩形截面杆接受拉弯组合变形时，因其危险点的应力状态是单向应力，所以不用根据强度理论建立相应的强度条件. ( ∨ )8.6 圆形截面杆接受拉弯组合变形时，其上任一点的应力状态都是单向拉伸应力状态.( ×)8.7拉（压）弯组合变形的杆件，横截面上有正应力，其中性轴过形心. （×）8.8设计受弯扭组合变形的圆轴时，应采纳分别按弯曲正应力强度条件及扭转切应力强度条件进行轴径设计计算，然后取二者中较年夜的计算结果值为设计轴的直径.（×）8.9 弯扭组合圆轴的危险点为二向应力状态.（∨）8.10立柱接受纵向压力作用时，横截面上只有压应力.偏心压缩呢？(×）二、填空题8.1铸铁制的水管在冬季常有冻裂现象，这是因为σ1>0且远远年夜于σ2,σ3；σbt 较小.8.2 将沸水倒入厚玻璃杯中，如果发生破坏，则必是先从外侧开裂，这是因为外侧有较年夜拉应力发生且σbt 较小.8.3 弯扭组合构件杆件资料应为8.4塑性资料制的圆截面折杆及其受力如图所示，杆的横截面面积为A ，抗弯截面模量为W ，则图(a)的危险点在A (b)的危险点在AB 段内任意截面的后边缘点，对应的强度条件为；试分别画出两图危险点的应力状态.所有受（ × ）[]σ≤+Z W Fa Fl 22)()([]σ≤Z[]σ≤ F(b)(a)C上下在临界载荷作用下，压杆既可以在直线状态坚持平衡，也可引起压杆失稳的主要原因是外界的干扰力. （×）所有两端受集中轴向力作用的压杆都可以采纳欧拉公式计算其临界压力. （ × ）两根压杆，只要其资料和柔度都相同，则他们的临界力和临界应力也相同. （ × ）临界压力是压杆丧失稳定平衡时的最小压力值.（ ∨ ）用同一资料制成的压杆，其柔度（长细比）愈年夜，就愈容易失稳.（ ∨ ）9.8 只有在压杆横截面上的工作应力不超越资料比例极限的前提下，才华用欧拉公式计算其临界压力. （ × ）9.9 满足强度条件的压杆纷歧定满足稳定性条件；满足稳定性条件的压杆也纷歧定满足强度条件.（ ∨ ）低碳钢经过冷作硬化能提高其屈服极限，因而用同样的方法也可以提高用低碳钢制成的细长压杆的临界压力. （ ×）二、填空题 压杆的柔度λ综合地反映了压杆的对临界应力的影响. 柔度越年夜的压杆，其临界应力越小，越容易失稳.长度(l )，约束(μ)，横截面的形状和年夜小（i ）有应力集中时22)(l EI F cr μπ=影响细长压杆临界力年夜小的主要因素有E ，I ，μ，l . 如果以柔度λ的年夜小对压杆进行分类，则当λ≥λ1的杆称为年夜柔度杆，当λ2 <λ<λ1的杆称为中柔度杆，当λ≤λ2的杆称为短粗杆.年夜柔度杆的临界应力用欧拉公式计算，中柔度杆的临界应力用经验公式计算，短粗杆的临界应力用强度公式计算.两端为球铰支承的压杆，其横截面形状分别如图所示，试画出压杆失稳时横截面绕其转动的轴. 两根细长压杆的资料、长度、横截面面积、杆端约束均相同，一杆的截面形状为正方（矩）形，另一杆的为圆形，则先丧失稳定的是圆截面的杆. 三、选择题9.1 图示a ，b ，c,d 四桁架的几何尺寸、圆杆的横截面直径、资料、加力点及加力方向均相同.关于四行架所能接受的最年夜外力F Pmax 有如下四种结论，则正确谜底是A .(a)(c)(e)22λπσE cr =λσb a cr -=)(cr σσσ=I min 的轴34144126412222244πππππ=⨯⨯⨯⨯==d d a a d a I I R S / RS I I >∴（A（B（C（D9.2同样资料、同样截面尺寸和长度的两根管状细长压杆两端由球铰链支承，接受轴向压缩载荷，其中，管a内无内压作用，管b内有内压作用.关于二者横截面上的真实应力σ（a）与σ（b）、临界应力σcr（a）与σcr（b）之间的关系，有如下结论.则正确结论是.（A）σ（a）>σ（b）,σcr（a）=σcr（b）;（B）σ（a）=σ（b）,σcr（a）<σcr（b）（C）σ（a）<σ（b）,σcr（a）<σcr（b）; （D）σ（a）<σ（b）,σcr（a）=σcr（b）9.3 提高钢制细长压杆承载能力有如下方法.试判断哪一种是最正确的.（A）减小杆长，减小长度系数，使压杆沿横截面两形心主轴方向的长细比相等；（B）增加横截面面积，减小杆长；（C）增加惯性矩，减小杆长；（D）采纳高强度钢.A正确谜底是A .9.4 圆截面细长压杆的资料及支领情况坚持不变，将其横向及轴向尺寸同时增年夜1倍，压杆的A .（A ）临界应力不变，临界力增年夜；（B ）临界应力增年夜，临界力不变；（C ）临界应力和临界力都增年夜； （D ）临界应力和临界力都不变.第十章 动载荷一、是非题只要应力不超越比例极限，冲击时的应力和应变仍满足虎克定律. (∨)凡是运动的构件都存在动载荷问题. (×) 能量法是种分析冲击问题的精确方法. (× ) 不论是否满足强度条件，只要能增加杆件的静位移，就能提高其抵当冲击的能力.(×) 二、填空题10.1 图示各梁的资料和尺寸相同，但支承分歧，受相同的冲击载荷，则梁内最年夜冲击应力由年夜到小的排列顺序是(a)、(c)、(b).应在弹性范围内22λπσE cr =dlil ⋅=⋅=μμλ4夜一倍时，梁内的最年夜动应力增年夜倍？当H 增年夜一倍时，梁内的最年夜动应力增年夜倍？当L 增年夜一倍时，梁内的最年夜动应力增年夜倍？当b 增年夜一倍时，梁内的最年夜动应力增年夜倍？11.1 构件在交变应力下的疲劳破坏与静应力下的失效实质是相同的. （ ×）11.2 通常将资料的耐久极限与条件疲劳极限统称为资料的疲劳极限. （ ∨）11.3 资料的疲劳极限与强度极限相同. （ × ）11.4 资料的疲劳极限与构件的疲劳极限相同. （ ×）(a)(b)(c)P121-lHEPb b Pl Pl HEb WPl EI Pl H H K st stst d d 32343223343===∆==max max max σσσ 1）P 增年夜一倍时： 2）H 增年夜一倍时：3）l 增年夜一倍时：4）b 增年夜一倍时： maxmax'd d σσ21=。
材料力学课件PPT
力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所 表现出的力学性能
一
试
件
和
实
常
验
温
条
、
件
静
载
材料拉伸时的力学性质
材料拉伸时的力学性质
二 低 碳 钢 的 拉 伸
材料拉伸时的力学性质
二 低碳钢的拉伸（含碳量0.3%以下）
e
b
f 2、屈服阶段bc（失去抵抗变 形的能力）
b
e P
a c s
s — 屈服极限
（二）关于塑性流动的强度理论
1．第三强度理论（最大剪应力理论） 这一理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要
因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要构件危险 点处的最大剪应力达到材料在单向拉伸屈服时的极限剪应力就 会发生塑性流动破坏。
这一理论能较好的解释塑性材料出现的塑性流动现象。 在工程中被广泛使用。但此理论忽略了中间生应力 2的影响， 且对三向均匀受拉时，塑性材料也会发生脆性断裂破坏的事 实无法解释。
许吊起的最大荷载P。
CL2TU8
解： N AB
A [ ]
0.0242 4
40 106
18.086 103 N 18.086 kN
P = 30.024 kN
6.5圆轴扭转时的强度计算
圆轴扭转时的强度计算
▪ 最大剪应力：圆截面边缘各点处
max
Tr
Ip
max
Wp T
Wp
Ip r
—
抗扭截面模量
3、强化阶段ce（恢复抵抗变形
的能力）
o
b — 强度极限
4、局部径缩阶段ef
明显的四个阶段
1、弹性阶段ob
材料力学教程11动荷载
0
n
30
10
3
角加速度: 1 0
角加速度与角速度方向相反, 按动静y法在飞轮上加惯性力:
Md
2
I
0.53
3
mt
x
Td
0.5
3
A
B
0 md
max
T Wt
2.67MPa
§12.4 杆件受冲击时的应力和变形
冲击 : 加载的速度在非常短的时间内发生改变,
构件受到很大的作用力，这种现象称为冲击。
243EIh 2Pl3
A
CD B
2l 9
h
Kd 1
1
243EIh 2Pl3
A A
CD B
C
P D
B
( D )st
M W
2Pl 9W
( D )d kd st
2 Pl
1
9
(1
1
243EIh 2Pl3
)
2Pl 9W
A
B
(C )st
23Pl 3 1296EI
1l
(C )d kd C
4
例已知:重为G的重物以水平速度v冲击到圆形截面AB梁的 C点,EI. 求：σd max
(锻锤与锻件的接触撞击，重锤打桩,高速转动的飞 轮突 然刹车等)
求解冲击问题的简化算法—能量法
冲击应力估算中的基本假定： ①不计冲击物的变形； ②冲击物与构件接触后无回弹； ③构件的质量与冲击物相比很小,可忽略不计 ④材料服从虎克定律； ⑤冲击过程中,声、热等能量损耗很小,可略去不计
承受各种变形的弹性杆件都可以看作是一个弹簧。 例如：
d
d
Q
st
st
P Q 或
材料力学一
第三节 杆件变形的基本形式
杆的基本变形可分为： 轴向拉伸或压缩 : 直杆受到一对大小相等、方向相反、
作用线与轴线重合的外力作用时，杆件的变形主要是
轴线方向的伸长或缩短，这种变形称为轴向拉伸或压
缩.
F
F
F
F
剪切:杆件受到一对大小相等、方向相反、作用线相 互平行且相距很近的外力作用时，杆件的变形主要是 两部分沿外力作用方向发生料的机械性能测定（力和变形的关系，
强度指标等〕
2、验证理论和假设
3、实测：对复杂的结构、载荷难以估计的以
及检验设计要求，需要借助于试验来完成。
材料力学是固体力学的一个有机组成部分，是研
究变形固体的第一门课程，在基本概念、基本理 论和基本方法等方面为结构力学、弹性力学等奠 定了基础；同时也是机械设计、结构设计等课程 的先导课程，是工程技术人员必备的基础知识，
在材料力学中则对变形固体作如下假设：
1.连续性假设。假设物质毫无空隙地充满了整个固体。可
把某些力学量用坐标的连续函数来表示。
2.均匀性假设。假设固体内各处的力学性能完全相同。将
物体性能看作各组成部分性能的统计平均量，物体的任一部分 的力学性能都与整体的力学性能相同。
3.各向同性假设。假设固体在各个方向的力学性能完全相
同-----各向同性材料，如铸钢、铸铁、玻璃、塑料等， 还有些材料在不同的方向具有不同的力学性能，称为各向异性
材料，如木材， 还有正交各向异性材料，如胶合板等。
4.小变形假设。如果固体的变形较之其尺寸小得多，这种
变形称为小变形。研究物体的静力平衡时，可略去这种小变形， 按原始尺寸计算，在分析物体的变形规律时，不能忽略。
材料力学
第一章 绪论 第二章 杆件的内力分析 第三章 杆件横截面上的应力应变分析 第四章 杆件的变形计算 第五章 应力状态和应变状态分析 第六章 材料力学性能及实验应力分析基础 第七章 压杆稳定 第八章 杆类构件静力学设计 *第九章 能量方法初步 第十章 简单静不定问题 *第十一章 动荷载 第十二章 交变应力 附录Ⅰ 平面图形几何性质
材料力学(动载荷)
UD
Q
2 C
2 D
d
将式（a）和式（d）代入式（14-6）T=UD 得：
Q
H
D
Q
2 C
2 D
化简后得：
2 D
2C D
2HC
0
e
由式（e）可解得： D C 1
1
2H
C
K DC
式中： KD 1
1 2H 14 7
C
称为冲击时的动荷系数。
KD 1
1 2H 14 7
1 2
PD
D
b
构件在动荷载作用下，材料应服从虎克定律
PD Q C （常数） D C
即：
PD
D C
Q
c
式（c）中：PD ——动荷载；Q ——静荷载； D ——动位移；C ——静位移。
UD
1 2
PD
D
b
将式（c）代入式（b）后得：
UD
Q
2 C
2 D
d
T QH D a
（1）计算杆内最大应力； （2）计算杆件的伸长。
解：（1）计算杆内最大应力
例1图
a. 离 A 端为 x 处取一微段， 该微段的惯性力为：
dPD
x
dm
an
W gl
dx
l
x
2
取脱离体图（见图），x 处的内力为：
N
D
x
0x
dPD
x
0x
W gl
l
x
2dx
ND
x
W2
gl
lx
x2 2
脱离体图
b. 绘内力图。确定内力最大的截面，并计算最大应力。
图14-1
材料力学常用的基本公式
1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速）2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截面轴力F N，横截面面积A，拉应力为正）4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从x轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正）5.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样直径d1）6.纵向线应变和横向线应变7.泊松比8.胡克定律9.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式?10.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式11.轴向拉压杆的强度计算公式12.许用应力，脆性材料，塑性材料13.延伸率14.截面收缩率15.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ）16.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式17.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆（b）空心圆18.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到圆心距离r）19.圆截面周边各点处最大切应力计算公式20.扭转截面系数，（a）实心圆（b）空心圆21.薄壁圆管（壁厚δ≤R0 /10 ，R0为圆管的平均半径）扭转切应力计算公式22.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式23.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不同（如阶梯轴）时或24.等直圆轴强度条件25.塑性材料；脆性材料26.扭转圆轴的刚度条件? 或27.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式,28.平面应力状态下斜截面应力的一般公式,29.平面应力状态的三个主应力,,30.主平面方位的计算公式31.面内最大切应力32.受扭圆轴表面某点的三个主应力，，33.三向应力状态最大与最小正应力,34.三向应力状态最大切应力35.广义胡克定律36.四种强度理论的相当应力37.一种常见的应力状态的强度条件，38.组合图形的形心坐标计算公式，39.任意截面图形对一点的极惯性矩与以该点为原点的任意两正交坐标轴的惯性矩之和的关系式40.截面图形对轴z和轴y的惯性半径? ,41.平行移轴公式（形心轴z c与平行轴z1的距离为a，图形面积为A）42.纯弯曲梁的正应力计算公式43.横力弯曲最大正应力计算公式44.矩形、圆形、空心圆形的弯曲截面系数? ，，45.几种常见截面的最大弯曲切应力计算公式（为中性轴一侧的横截面对中性轴z的静矩，b为横截面在中性轴处的宽度）46.矩形截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处47.工字形截面梁腹板上的弯曲切应力近似公式48.轧制工字钢梁最大弯曲切应力计算公式49.圆形截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处50.圆环形薄壁截面梁最大弯曲切应力发生在中性轴处51.弯曲正应力强度条件52.几种常见截面梁的弯曲切应力强度条件53.弯曲梁危险点上既有正应力σ又有切应力τ作用时的强度条件或，54.梁的挠曲线近似微分方程55.梁的转角方程56.梁的挠曲线方程?57.轴向荷载与横向均布荷载联合作用时杆件截面底部边缘和顶部边缘处的正应力计算公式58.偏心拉伸（压缩）59.弯扭组合变形时圆截面杆按第三和第四强度理论建立的强度条件表达式，60.圆截面杆横截面上有两个弯矩和同时作用时，合成弯矩为61.圆截面杆横截面上有两个弯矩和同时作用时强度计算公式62.63.弯拉扭或弯压扭组合作用时强度计算公式64.剪切实用计算的强度条件65.挤压实用计算的强度条件66.等截面细长压杆在四种杆端约束情况下的临界力计算公式67.压杆的约束条件：（a）两端铰支μ=l（b）一端固定、一端自由μ=2（c）一端固定、一端铰支μ=0.7（d）两端固定μ=0.568.压杆的长细比或柔度计算公式，69.细长压杆临界应力的欧拉公式70.欧拉公式的适用范围71.压杆稳定性计算的安全系数法72.压杆稳定性计算的折减系数法73.关系需查表求得3 截面的几何参数4 应力和应变5 应力状态分析6 内力和内力图7 强度计算8 刚度校核9 压杆稳定性校核10 动荷载11 能量法和简单超静定问题材料力学公式汇总一、应力与强度条件 1、 拉压 []σσ≤=maxmax AN2、 剪切 []ττ≤=AQmax 挤压 []挤压挤压挤压σσ≤=AP3、 圆轴扭转 []ττ≤=W tTmaxmax t max t max max σσ≤=y I z t max c max max y I Mzc =σ[]cnax σ≤③[]ττ≤⋅=bI S Q z *max z max max 5、斜弯曲[]σσ≤+=maxyyz z max W M W M6、拉（压）弯组合 []σσ≤+=maxmax zW M A N[]t max t zmax t σσ≤+=y I M A N z[]c max c z z max c σσ≤-=A N y I M 注意：“5”与“6”两式仅供参考 7、圆轴弯扭组合：①第三强度理论 []στσσ≤+=+=z2n2w 2n2wr34W M M②第四强度理论[]στσσ≤+=+=z2n2w 2n2wr475.03W M M二、变形及刚度条件１、 拉压 ∑⎰===∆LEAxx N EALN EANL L d )(ii２、 扭转 ()⎰=∑==Φpp i i p GI dx x T GI L T GI TLπφ0180⋅=Φ=p GI T L （m / ）３、 弯曲(1)积分法:)()(''x M x EIy =C x x M x EI x EIy +==⎰d )()()('θD Cx x x x M x EIy ++=⎰⎰d ]d )([)((2)叠加法:()21,P P f …=()()21P f P f ++…， ()21,P P θ=()()++21P P θθ…(3)基本变形表(注意：以下各公式均指绝对值，使用时要根据具体情况赋予正负号)PAB MAB A BqL LLEI ML B =θ EI PL B 22=θ EIqL B 63=θEI ML f B 22=EI PL f B 33= EIqL f B 84=EIML B3=θ,EI MLA 6=θEIPL A B 162==θθEIqL A B 243==θθEIML f c 162=EIPL f c 483=EIqL f c 3844=(4)弹性变形能(注：以下只给出弯曲构件的变形能,并忽略剪力影响,其他变形与此相似,不予写出)EIL M U 22==ii i EI L M 22∑=()⎰EIdx x M 22 (5)卡氏第二定理(注：只给出线性弹性弯曲梁的公式)=∂∂=∆ii P U()()⎰∂∂∑dx P x M EI x M i 三、应力状态与强度理论１、 二向应力状态斜截面应力ατασσσσσα2sin 2cos 22xy yx yx --++=ατασστα2cos 2sin 2xy yx +-=２、 二向应力状态极值正应力及所在截面方位角22min max )2(2xyy x y x τσσσσσσ+-±+=yx xyσστα--=22tg 0３、 二向应力状态的极值剪应力22max )2(xyyx τσστ+-=注：极值正应力所在截面与极值剪应力所在截面夹角为450 ４、 三向应力状态的主应力：321σσσ≥≥LL最大剪应力：231max σστ-=5、二向应力状态的广义胡克定律（1）、表达形式之一（用应力表示应变）)(1y x x Eμσσε-= )(1x y y Eμσσε-= )(y x z Eσσμε+-= Gxy xy τγ= （2）、表达形式之二（用应变表示应力）)(12y x x E μεεμσ+-= )(12x y y Eμεεμσ+-= 0=z σ xy xy G γτ=6、三向应力状态的广义胡克定律()[]z y x x Eσσμσε+-=1()z y x ,, Gxy xy τγ= ()zx yz xy ,,7、强度理论（1）[]111σσσ≤=r ()3212σσμσσ+-=r []σ≤ []bb n σσ=（2）[]σσσσ≤-=313r ()()()[]213232221421σσσσσσσ-+-+-=r []σ≤ []s sn σσ=8、平面应力状态下的应变分析 （1）αγαεεεεεα2sin 22cos 22⎪⎪⎭⎫⎝⎛---++=xyyx y x+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-αεεγα2sin 22yx αγ2cos 2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-xy （2）22min max 222⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-±+=xy y x y x γεεεεεεyx xyεεγα-=02tg 四、压杆稳定1、临界压力与临界应力公式（若把直杆分为三类）①细长受压杆 p λλ≥ ()2min 2cr L EI P μπ= 22cr λπσE= ②中长受压杆 s p λλλ≥≥ λσb a -=cr③短粗受压杆s λλ≤ “cr σ”=s σ 或 b σ2、关于柔度的几个公式iLμλ=p2p σπλE=ba s s σλ-=五、动载荷（只给出冲击问题的有关公式） 能量方程 U V T ∆=∆+∆冲击系数 std 211∆++=hK （自由落体冲击）st20d ∆=g v K （水平冲击）六、截面几何性质1、 惯性矩（以下只给出公式，不注明截面的形状）⎰=dA I P 2ρ=324d π()44132απ-D Dd =α ⎰==6442d dA y I z π ()44164απ-D 123bh123hb 323maxd y I W z z π==()43132απ-D62bh 62hb2、惯性矩平移轴公式A a I I 2zc z +=。
材料力学2--动荷载、交变应力
r < 0 ：拉压循环 ； r > 0 ：拉拉循环 或压压循环。
(2)应力幅 (3)平均应力 m
max min
1 m ( max min ) 2
12.1 概述
一、静载荷与动载荷：
Байду номын сангаас
载荷不随时间变化（或变化极其平稳缓慢）且使构件各部件加 速度保持为零（或可忽略不计），此类载荷为静载荷。
载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯 性力），此类载荷为动载荷。 二、动响应：
构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力、应变、位移 等），称为动响应。
速度不能确定，要采用“能量法”求解； 3.交变应力： 应力随时间作周期性变化，疲劳问题。
12.2 构件有加速度时动应力计算
采用
动静法
在构件运动的某一时刻，将惯性力加在构件上， 使原来作用在构件上的外力和惯性力假想地组成 平衡力系，然后按静荷作用下的问题来处理。
一、直线运动构件的动应力
例： 图示梁、钢索结构。起吊重物以等加速度a提升。 试求钢索横截面的动应力和梁的最大动应力。 解：(1) 钢索的轴力： a
实验表明：在静载荷下服从虎克定律的材料，只要应力不超 过比例极限 ,在动载荷下虎克定律仍成立且E静=E动。
三、动荷系数：
动响应 动荷因数K d 静响应
d Kd st
四、动应力分类： 1.简单动应力： 加速度可以确定，采用“动静法”求解。 2.冲击载荷： 速度在极短暂的时间内有急剧改变。此时，加
2h Δd Δst (1 1 ) Δst
2h 引用记号 K d (1 1 ) Δst
组合变形的强度计算
o
z
Mz y0 M yz0 0
Iz
Iy
y0 cos z0 sin 0
F
Iz
Iy
y
当 y0 0, z0 0时，此方程成立，
说明中性轴通过截面的形心。
设中性轴与 y轴的夹角为，即
tan z0 I y sin I y tan
y0
Iz cos
Iz
tan I y tan
Iz
中性轴的位置确定后，离中性轴最远的点有最大的拉压应力。
①外力分解：Fy F cos， Fz F sin
②内力分析：（找危险截面）
b
z
F y M y Fz x Fx sin
固定端截面为危险截面：Mz Fyl Fl cos
M y Fzl Fl sin
z
z
Fz F sin
b
Fz z
y
x
h
z
A
z
F
y
yx
Fy y Fy F cos
F y
l
§8-1 概述 §8-2 两相互垂直平面内的弯曲 §8-3 拉伸（压缩）与弯曲 §8-4 扭转与弯曲
§8-1 概述
组合变形：由两种或两种以上基本变形组合形成的变形。 工程实例：
●组合变形的分析方法
叠加原理 当材料处于线弹性阶段时，杆件上的各种荷载所 引起的内力和基本变形互不影响，即各种内力、应力 和变形、应变是彼此独立的。
●组合变形的中性轴的确定
横截面上正应力为零的点连成的直线
z
z
Fz z
b
y
xh
z
A
z
F
A( y, z)
y
yx
Fy y
材料力学期末试题_选择题[1]
![材料力学期末试题_选择题[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/824ee66c783e0912a2162a6a.png)
一、绪论1．各向同性假设认为，材料沿各个方向具有相同的 A 。
(A)力学性质； (B)外力； (C)变形； (D)位移。
2．均匀性假设认为，材料内部各点的 C 是相同的。
(A)应力； (B)应变； (C)位移； (C)力学性质。
3．构件在外力作用下 B 的能力称为稳定性。
（A）不发生断裂；（B）保持原有平衡状态；（C）不产生变形；（D）保持静止。
4．杆件的刚度是指 D 。
（A）杆件的软硬程度；（B）件的承载能力；（C）杆件对弯曲变形的抵抗能力；（D）杆件对弹性变形的抵抗能力。
二、拉压1．低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于 D 的数值，（A）比例极限；（B）许用应力；（C）强度极限；（D）屈服极限。
2．对于低碳钢，当单向拉伸应力不大于 C 时，虎克定律σ=Eε成立。
(A) 屈服极限σs；(B)弹性极限σe；(C)比例极限σp；(D)强度极限σb。
3．没有明显屈服平台的塑性材料，其破坏应力取材料的 B 。
（A）比例极限σp；（B）名义屈服极限σ0.2；（C）强度极限σb；（D）根据需要确定。
4．低碳钢的应力~应变曲线如图所示，其上 C 点的纵坐标值为该钢的强度极限σb(A)e ； (B)f ； (C)g ； (D)h 。
5、三种材料的应力—应变曲线分别如图所示。
其中强度最高、刚度最大、塑性最好的材料分别是 。
(A)a 、b 、c ； (B)b 、c 、a ； (C)b 、a 、c ； (D)c 、b 、a 。
5．材料的塑性指标有 C 。
(A)σs 和δ； (B)σs 和ψ； (C)δ和ψ； (D)σs ,δ和ψ。
6．确定安全系数时不应考虑 D 。
(A)材料的素质；(B)工作应力的计算精度；(C)构件的工作条件；(D)载荷的大小。
7．低碳钢的许用力［σ］= C 。
(A)σp/n ； (B)σe/n ； (C)σs/n ； (D)σb/n 。
8．系统的温度升高时，下列结构中的____A______不会产生温度应力。
材料力学试题1
一、判断（6分）【 】1．若将受扭圆轴的横截面面积增加一倍，则轴内的最大切应力是原来的81。
【 】2．EA 称为杆件的弯曲刚度。
【 】3．卡式第二定理仅适用于线弹性体。
【 】4．平面图形的静矩和惯性积都可正可负，也可为零。
【 】5．在一般的空间应力状态下，有9个独立的应力分量。
【 】6．等直非圆杆在自由扭转时，其横截面上只有切应力而没有正应力。
【 】7．塑性材料冷作硬化后，其屈服极限提高而塑性降低。
【 】8．同一截面对于不同坐标轴的惯性矩或惯性积一般是不同的，但静矩则相同。
【 】9．任何物体都是变形固体，在外力作用下都将发生变形。
当物体的变形很小时，可视其为刚体。
【 】10．偏心拉压杆件中性轴的位置，取决于梁截面的几何尺寸和荷载作用点的位置，而与荷载的大小无关。
【 】11．在平面图形中，使静矩为零的轴必为该图形的对称轴。
【 】12．梁的最大挠度处横截面的转角一定等于零。
【 】13．卡式第一定理不仅适用于线弹性体，也适用于非线性弹性体。
【 】14．受轴向拉、压的等直杆，若其总伸长为零，则杆内各处的应变必为零。
【 】15．受扭转的圆轴，最大切应力只出现在横截面上。
【 】16．若在结构对称的梁上作用有反对称的荷载，则该梁具有对称的剪力图和反对称的弯矩图。
【】17．余能、余功虽具有功和能的量纲，但没有具体的物理概念。
【】18．截面的主惯性矩是截面对通过该点所有轴的惯性矩中的最大值和最小值。
【】19．低碳钢试样拉伸至屈服时，应力不增加，塑性变形很快增加，因而材料失效。
【 】20．EA 称为杆件的扭转刚度。
【 】21．在压杆中，临界应力的值随着柔度值的增大而增大。
【 】22．平面图形对通过其形心的所有轴的静矩都为零。
【 】23．由低碳钢制成的梁，一般选择以中性轴为对称轴的横截面。
【 】24．对于矩形截面梁，立放比扁放合理。
【 】25．对于一个应力单元体而言，在最大正应力的作用平面上切应力必为零。
【 】26．偏心拉压杆件中性轴的位置，取决于梁截面的几何尺寸和荷载作用点的位置，而与荷载的大小无关。
长沙理工大学材料力学练习册答案1-5章
材料力学 分析与思考题集第一章 绪论和基本概念一、选择题1.关于确定截面内力的截面法的适用范围，有下列四种说法：【D.适用于不论等截面或变截面、直杆或曲杆、基本变形或组合变形、横截面或任意截面的普通情况。
2.关于下列结论的正确性：【C 1.同一截面上正应力τσ与剪应力必须相互垂直3.同一截面上各点的剪应力必相互平行。
】3.下列结论中那个是正确的：【B.若物体各点均无位移，则该物体必定无变形】4.根据各向同性假设，可认为构件的下列量中的某一种量在各方向都相同：【B 材料的弹性常数】5.根据均匀性假设，可认为构件的下列量中的某个量在各点处都相同：【C 材料的弹性常数】6.关于下列结论：【C 1.应变分为线应变ε和切应变γ 2.应变为无量纲量 3.若物体的各部分均无变形，则物体内各点的应变均为零】7.单元体受力后，变形如图虚线所示，则切应变γ为【B 2α】二、填空题1.根据材料的主要性能作如下三个基本假设 连续性假设 ， 均匀性假设 和 各向同性假设 。
2.构件的承载能力包括强度、刚度和稳定性三个方面。
3.图示结构中，杆1发生轴向拉伸变形，杆2发生轴向压缩变形，杆3发生弯曲变形。
4.图示为构件内A 点处取出的单元体，构件受力后单元体的位置为虚线表示，则称dx du /为A 点沿x 方向的线应变，dy dv /为【A 点沿y 方向的线应变】，)(21a a +为【A 在xy 平面内的角应变】。
5.认为固体在其整个几何空间内无间隙地充满了物质，这样的假设称为连续性假设。
根据这一假设，构件的应力、应变和位移就可以用坐标的连续性函数来表示。
6.在拉（压）杆斜截面上某点处分布内力集度称为应力(或全应力），它沿着截面法线方向的分量称为正应力，而沿截面切线方向的分量称为切应力。
第二章 杆件的内力分析一、选择题1.单位宽度的薄壁圆环受力如图所示，p 为径向压强，其n-n 截面上的内力N F 有四个答案：【B 2/pD 】2.梁的内力符号与坐标系的关系是：【B 剪力、弯矩符号与坐标系无关】3.梁的受载情况对于中央截面为反对称（如图）。
《材料力学基础》10动载荷
水平方向冲击 。
求：杆在危险点处的 d 。
B
C
v
A
52
解：
B
冲击过程中小球动能减少为
C
v
T 1 mv2 1 P v2
2
2g
位能 没有改变
A
V=0
d
B
C
G
Pd
A
53
杆的应变能可用冲击力
B
Pd 所作的功表示。
C
v
Ud
1 2
Pd
d
d 是被击点处的冲击挠度
A
d
Pd a3 3EI
d
B
C
G
Pd
A
Pd
3EI a3
mn 截面上的轴力 FN(x) 等于 P
F N ( x) 0l
g
2
(
R0
)
A(
)d
d
l n
x
m
R1 R0
x dP
n FN(x)
转轴
27
最大的惯性力发生在叶根截
面上
F
N
max
2 A0[l2
g3
3 4
R0 l]
在叶根截面上的拉应力为
顶部
m 叶根
F N max 2 (1 R0)(1 5 R0)
A0 3g R1 4 R1
o
D
D 2 2
因为环是等截面的，所以相同长度的任一段质量相等。
19
加在环上的惯性力必然是沿轴线 均匀分布的线分布力。
其上的惯性力集度为
qd
(1
A )( D 2) g2
A 2 2g
D
qd
o
20
qd
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(Dynamic Loading)
第十章 动载荷(Dynamic loading)
§10-1 概述 (Instruction)
§10-2 动静法的应用 (The application for method of dynamic equilibrium) §10-3 构件受冲击时的应力和变形 （Stress and deformation by impact loading)
提起重50kN 的物体,试校核钢丝绳的强度.
FNd lq(1+a/g)
G(1+a/g)
解：（1）受力分析如图
FNd
(G
ql)(1
a) g
（2）动应力
d
FNd A
1 (G ql)(1 A
a) g
1 2.9 104
(50
103
25.5
60)(1
2) 9.8
214MPa [ ] 300MPa
是动静法 （Method of kineto static）.
惯性力（Inertia force）: 大小等于质点的质量m与加速度a
的乘积,方向与 a 的方向相反,即 F= -ma
(Dynamic Loading)
一、直线运动构件的动应力（Dynamic stress of the body in the straight-line motion）
d
FNd A
rx(1
a) g
动荷因数
Kd
1
a g
强度条件 dmax Kd stmax [ ]
(Dynamic Loading)
例题3 起重机钢丝绳长60m,名义直径28cm,有效横截面面积A=2.
9cm2 ,单位长重量q=25. 5N/m , [] =300MPa, 以a=2m/s2的加速度
(Dynamic Loading)
FNst P rAgx
FNd
(1
a )(P g
rAgx)
m
st
m
FNd KdFNst
rAg
x
绳索中的动应力为
d
FNd A
Kd
FNst A
Kd st
P
st为静荷载下绳索中的静应力
强度条件为 d Kd st [ ]
FNd
O r
(Dynamic Loading)
解：
O
因圆环很薄,可认为圆环上各 点的向心加速度相同,等于圆环中 线上各点的向心加速度.
r
an
D2
2
因为环是等截面的,所以相同长度 的任一段质量相等.
其上的惯性力集度为
qd
(1
A r )( D 2 )
2
Ar 2D
2
qd
O
r
(Dynamic Loading)
三、动荷因数 （Dynamic factor）
动荷因数Kd =
动响应 静响应
四、动荷载的分类 （Classification of dynamic load）
1.惯性力（Inertia force） 3.振动问题（Vibration problem）
2.冲击荷载（Impact load） 4.交变应力（Alternate stress）
例题1 一起重机绳索以加速度 a 提升 一重为 P 的物体,设绳索的横截面面积为
A,绳索单位体积的质量r,求距绳索下端为
x 处的 m-m 截面上的应力.
mm
a
x
P
(Dynamic Loading)
mm
a
x
rAg
a
rAa
a
Pa g
P
P
P
绳索的重力集度为 rAg
物体的惯性力为 P a g
绳索每单位长度的惯性力rAa
mm
r Ag r Aa
x
P Pa g
(Dynamic Loading)
△d表示动变形
△st表示静变形
当材料中的应力不超过比 例极限时荷载与变形成正比
FNst
m
m
rAg
x
FNd
rAg rAa
d K d st
P
P Pa g
结论:只要将静载下的应力,变形,乘以动荷系数Kd即得动载 下的应力与变形.
2019/9/21
(Dynamic Loading)
§10-1 概述（Instruction）
一、基本概念 （Basic concepts）
1、静荷载（Static load） 荷载由零缓慢增长至最终值,然后保持不变.构件内各质点加
速度很小,可略去不计.
2、动荷载 （Dynamic load） 荷载作用过程中随时间快速变化,或其本身不稳定（包括大
小、方向）,构件内各质点加速度较大.
(Dynamic Loading)
二、动响应 （Dynamic response）
构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力、应变、位
移等）,称为动响应（dynamic response）.
实验表明 在静载荷下服从胡克定律的材料,只要应力不超过
比例极限,在动载荷下胡克定律仍成立且E静=E动.
(Dynamic Loading)
§10-2 动静法的应用 （The application for method of dynamic equilibrium）
达朗伯原理（D’Alembert’s Principle）: 达朗伯原理认为处
于不平衡状态的物体,存在惯性力,惯性力的方向与加速度方向相 反,惯性力的数值等于加速度与质量的乘积.只要在物体上加上惯 性力,就可以把动力学问题在形式上作为静力学问题来处理,这就
(Dynamic Loading)
例题2 起重机丝绳的有效横截面面积为A, [] =300MPa, 物体单 位体积的质量r, 以加速度a上升,试校核钢丝绳的强度.
解:（1）受力分析如图
x
a
l
a
mn
FNd
qst
x
qG
惯性力 qG rAa
FNd
(qst
qG
)x
rAgx(1
a) g
（2）动应力
(Dynamic Loading) 二、转动构件的动应力
（Dynamic stress of the rotating member） 例题4 一平均直径为D的薄圆环,绕通过其圆心且垂于环平面的
轴作等速转动.已知环的角速度为 ,环的横截面面积为A,材料的 单位体积质量为r.求圆环横截面上的正应力.
qd
(1
A r )( D 2 )
2
Ar 2D
2
Fd
π 0
qd
(
D 2
d
)
sin
Ar 2D2
π
sind
4
0
FNd
Ar 2D2
2
y
d
Fd
O
qd
(
D 2
d
)
qd
FNd
FNd
Fd 2
Ar 2D2
4
d