材料力学试题答案.docx

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资源描述

1、 2006 2007 学年第 2 学期 材料力学试卷 专业班级 姓 名 学 号 开课系室 工程力学系 考试日期 题 号 一 二 三 四 总分 得 分 阅卷人 A 卷 2 一、选择题(每题 2 分,共 10 分) 1. 图中所示三角形微单元体,已知两个直角截面上的切应力为 0 ,则斜边截面上的正应力 和切应力 分别为 。 A、 00, ; B、 0 ,0 ; C、 00, ; D、 0 ,0 。 2. 构件中危险点的应力状态如图所示,材料为低碳钢,许用应力为 ,正确的强度条件是 。 A、 ; B、 ; C、 , / 2 ; D、 224 。 3. 受扭圆轴 ,当横截面上的扭矩不变而直径减小一半时

2、 ,该横截面上的最大切应力原来的最大切应力是 d 。 A、 2 倍 B、 4 倍 C、 6 倍 D、 8 倍 4. 两根材料相同、抗弯刚度相同的悬臂梁 I、 II 如图示,下列结论中正确的是 c 。 A.I 梁和 II 梁的最大挠度相同 B.II 梁的最大挠度是 I 梁的 2 倍 C.II 梁的最大挠度是 I 梁的 4 倍 D.II 梁的最大挠度是 I 梁的 1/2 倍 2 PPlI2 lI I题 1-4 图 5. 现有两种压杆,一为中长杆,另一为细长杆。在计算压杆临界载荷时,如中长杆误用细长杆公式,而细长杆误用中长杆公式,其后果是 D 。 A、两杆都安全; B、两杆都不安全; C、中长杆不安

3、全,细长杆安全; D、中长杆安全,细长杆不安全。 二、填空(每题 4 分,共 20 分) 1. 用积分法求图示梁的挠曲线方程时,需分 3 段进行积分。 位移边界条件是: ; 光滑连续条件是: 。 045题 1-1 图 题 2-2 图 3 OA B Dqa a aC题 2-1 图 2.图中所示的 T 形截面梁,若已知 A-A 截面上、下表面沿 x 方向的线应变分别为0 .0 0 0 4 0 .0 0 0 2 下上 ,则此截面的中性轴位置 yc与截面高 h之间的关系为 cy 2/3 h。 FAA上下xhyc题 2-2 图 3.材料力学中,对变形固体作了 = 、 、 三个基本假设,并且是在 、 范围

4、内研究的。 4.两块相同的板由四个相同的铆钉铆接,若采用图示两种铆钉排列方式,则两种情况下板的最大拉应力 amax bmax ;挤压应力 abs bbs 。(填写 = 或 ) FF FFab 题 2-4 图 5.某合金材料的拉伸曲线如图所示。已知圆试件的直径 0 10D mm ,标距 0 100l mm ,弹性模量 200E GPa ,材料的名义屈服极限 0.2 600MPa 。则当圆试件的应力到达 0.2 600MPa 时,其对应的弹性应变 e 0.003 , 塑性应变p 0.002 ,相应的拉力为 47KN 。 题 2-5 图 4 三、计算题(共 5 题,共 70 分) 1. ( 14)图

5、示为由五根直径 50d mm 的圆形钢杆组成边长为 1am 的正方形结构,材料为 235Q 钢,比例极限 200p MPa ,屈服应力 235s MPa ,弹性模量200E GPa ,中柔度杆的临界应力公式为 3 0 4 1 .1 2 ( )cr M P a 。试求该结构的许用载荷 F 。 2. ( 12 分)绘制图示梁的剪力图和弯矩图 3. ( 12 分)如图所示矩形截面梁 AB,在中性层点 K 处,沿着与 x 轴成 45 方向上贴有一电阻应变片,在载荷 F 作用下测得此处的应变值为 645 1025.3 。已知200E GPa , 0.3 ,求梁上的载荷 F 的值。 aABCFaDF题 3

6、-1 图 aq aq a2a a aq题 3-2 图 5 4. ( 16 分)圆杆 AB 受力如图所示,已知直径 40d mm ,1 12F kN , 2 0.8F kN ,屈服应力 240s MPa ,安全系数 2n 。求:( 1)绘制危险点处微单元体的应力状态;( 2)利用第三强度理论进行强度校核。 7 0 05 0 0F1F2BxyzAF2yzC题 3-4 图 5. ( 16分)图示 ABC为刚性梁,未受载荷作用 时处于水平位置。在系统温度升高 15C 后,为了保持 ABC 梁的水平位置,在 C 端作用一载荷 F,求此时载 荷 F 的大小?已知 AD杆是铜杆,其弹性模量、线膨胀系数、横截

7、面面积分别为 100CE GPa ,616 10 /C C , 24CA cm ; BE 杆是钢杆,其弹性模量、线膨胀系数、横截面面积分别为 200SE GPa , 612 10 /S C , 26SA cm 。 题 3-3 图 2 0 0 3 0 04 03 0FK45A Bx6 3 0 04 0 04 0 0 4 0 0FBECAD铜 杆钢 杆题 3-5 图 2006 2007 学年第 1 学期 材料力学期末考试试卷 A 答案及评分标准 一、选择题(每题 2 分,共 10 分) 1、 D; 2、 B; 3、 D; 4、 C; 5、 D。 二、填空(每题 4 分,共 20 分) 1、 3 段

8、;位移边界条件 0,0,0 DAA ww ;光滑连续条件 CDCBCC ww , , CDCBCC , ,BCBABB ww , 。 2、 hyc 323、连续性假设;均匀性假设;各向同性假设;线弹性;小变形。 4、 ; = 。 5、 0.003; 0.002; 47.12kN。 三、计算题(共 5 题,共 70 分) 1、( 14 分)图示为由五根直径 50d mm 的圆形钢杆组成边长 为 1am 的正方形结构,材料为 235Q 钢,比例极限 200p MPa ,屈服应力 235s MPa ,弹性模量 200E GPa ,中柔度杆的临界应力公式为 3 0 4 1 .1 2 ( )cr M P

9、 a 。试求该结构的许用载荷 F 。 解: ( 1)求 AB、 BD 和 AD 杆的内力(共 4 分) aABCFaDF题 3-1 图 7 绘制节点 A 和 B 的受力图如图所示。 ( 2 分) FFB AFD AA4 5 FABBCFBDAB 杆和 AD 杆为受压杆, BD 杆受拉。其内力分别为: 2FFF ADAB , FFBD ( 2 分) ( 2)根据杆 AB 和 AD 的压杆稳定确定许可载荷(共 7 分) 圆杆 4504 mmdi ,杆 AB 和 AD 的柔度均为 8050 41 0 0 0 mmia 。 ( 2 分) 99200 10200 322 M pa M P aEpp ,

10、p ,属中柔度杆 ( 2分) 3 0 4 1 .1 2 ( )cr M P a M P a4.2148012.1304 ( 1分) kNmmmmNAF crcr 76.4 2 0)50(4/4.2 1 4 22 ( 1分) 76.4202 F , kNF 595276.420 ( 1分) ( 3)根据杆 BD 的拉伸强度确定许可载荷(共 2 分) FFBD kNmmNmmAF s 2.461/2354 )50( 22 ( 2分) ( 4)确定结构的许可载荷(共 1 分) 比较两种计算的结果可知,结构的许可载荷为 kNF 2.461 2、 ( 12 分)绘制图示梁的剪力图和弯矩图。 解: ( 1

11、)求支座约束反力。(共 2 分) aq aq a2a a aq题 3-2 图 aqaqa 2a a aqF1F2图 3-2( a) 8 外伸梁的受力图如图 3-2( a)所示,列写静力平衡方程: qaFF 221 , aqaqaqaaF 3212 222 解之得: qaF 411,2 74F qa( 2)绘制剪力图(共 5 分) q a0 . 7 5 q aq aFs( 3)绘制弯矩图(共 5 分) q a20 .5 q a21 .2 5 q a20 .2 5 q a2M3、 ( 12 分)如图所示矩形截面梁 AB,在中性层点 K 处,沿着与 x 轴成 45 方向上贴有一电阻应变片,在载荷 F

12、 作用下测得此处的应变值为 645 1025.3 。已知 200E GPa ,0.3 ,求梁上的载荷 F 的值。 解: ( 1)计算 A、 B 支座约束反力(共 2 分) FFA 53 , FFB 52 ,则 AC 段的剪力为 FFS 53 ( 2)围绕 K 点取微单元体并绘制单元体应力状态(共 4 分) 在 K 处取用横截面及其垂直截面截取单元体如图 3-3( a)所示,其中 32SFA 。( 2K图 3-3( a) 题 3-3 图 2 0 0 3 0 04 03 0FK45A Bx9 分) 则 45 135, 。( 2 分) ( 3)利用广义胡克定律计算切应力 (共 4 分) 64 5 4

13、 5 1 3 511( ) 3 . 2 5 1 0EE ( 2 分) 因此, 0.5MPa 。 ( 1 分) 于是 40302 35.0 SFMPa 400SFN ( 1 分) ( 4)求解力 F 的大小(共 2 分) 因为 FFS 53, 所以 NF 667 。 4、 ( 16 分)圆杆 AB 受力如图所示,已知直径 40d mm , 1 12F kN , 2 0.8F kN ,屈服应力 240s MPa ,安全系数 2n 。求:( 1)绘制危险点处微单元体的应力状态;( 2)利用第三强度理论进行强度校核。 解: ( 1)外力分析并确定组合变形形式(共 4 分) 将 2F 向截面 C 形心简

14、化,得横向力 2F 和外力偶矩 NmdFM 16222 ( 1 分) 将 1F 向截面 B 形心简化,得横向力 1F 和外力偶矩 NmdFM 240211 ( 1 分) 梁 AB 处于弯拉扭组合变形,简化后的受力图如图 3-4( a)所示。( 2 分) ( 2)内力分析,确定危险截面,绘制危险点单元体并确定应力状态(共 8 分) 轴力 图( 1 分) 扭矩图( 1 分) kN12Nm16F1F2M1M2A C B图 3-4( a) 7 0 05 0 0F1F2BxyzAF2yzC题 3-4 10 弯矩图( 1 分) 危险截面位于固定端,危险点位于固定端截面上边缘。( 1 分) 轴向拉力产生的拉

15、应力 21256mmA , MPaAF 55.911 ( 1 分) 最大弯曲拉应力 36280mmWz , M P aW Nmz 91.1016402 ( 1分) 最大扭转切应力 312560mmWt , MPaWNmz 27.116 ( 1 分) 因此,绘制危险点处单元体应力状态如图 3-4( b)所示。( 1 分) 其中, M P a5.1 1 121 MPa27.1 ( 3) 利用第三强度理论进行强度校核(共 4 分) M P ar 5.1 1 127.145.1 1 14 22223 ( 2 分) M p anS 1 2 022 4 0 , 3 r ,满足强度要求。( 2 分) 5、

16、( 16 分)图示 ABC 为刚性梁,未受载荷作用时处于水平位置。在系统温度升高 15C 后,为了保持 ABC 梁的水平位置,在 C 端作用一载荷 F,求此时载 荷 F 的大小?已知 AD 杆是铜杆,其弹性模量、线膨胀系数、横截面面积分别为100CE GPa , 616 10 /C C , 24CA cm ; BE 杆是钢杆,其弹性模量、线膨胀系数、横截面面积分别为200SE GPa , 612 10 /S C , 26SA cm 。 解: ( 1)列写静力平衡方程(共 6 分) 以刚性横梁为研究对象进行受力分析,两杆均受压力作用,受力图如图 3-5( a)所示。( 2 分) 静力平衡方程: Nm240Nm640 FCNSNA CB图 3-5( a) FSTlCTlCNlSNl图 3-5( b) 图 3-4( b) 3 0 04 0 04 0 0 4 0 0FBECAD铜 杆钢 杆题 3-5

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