材料力学是固体力学的一个基础分支，是工科重要的技术基础课，只有学好材料力学才能学好与本专业有关的后续课程（例如：机械零件等）。
材料力学与工程的关系：材料力学广泛应用于各个工程领域中，如众所周知的飞机、飞船、火箭、火车、汽车、轮船、水轮机、气轮机、压缩机、挖掘机、拖拉机、车床、铇机、铣机、磨床、杆塔、井架、锅炉、贮罐、房屋、桥梁、水闸、船闸等数以万计的机器和设备、结构物和建筑物，在工程设计中都必须用到材料力学的基本知识。对于某些工程如化学工程，由于客观条件的苛刻，如：高温、高压、低温、低压、易燃、易爆、腐蚀、毒性对于机器和设备的力学设计将提出更高的要求。因此对于各类高等工业大学的学生和实际工程中的工程师们都必须具备扎实的材料力学知识。
第一章绪论
§1.1 材料力学的任务
§1.2 变形固体的基本假设
§1.3 外力及其分类
§1.4 内力、截面法和应力的概念
§1.5 变形与应变
§1.6 杆件变形的基本形式
§1.1 材料力学的任务
材料力学主要研究固体材料的宏观力学性能，构件的应力、变形状
态和破坏准则，以解决杆件或类似杆件的物件的强度、刚度和稳定性等问题，为工程设计选用材料和构件尺寸提供依据。
材料的力学性能：如材料的比例极限、屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率、弹性模量、横向变形因数、硬度、冲击韧性、疲劳极限等各种设计指标。它们都需要用实验测定。
构件的承载能力：强度、刚度、稳定性。
构件：机械或设备，建筑物或结构物的每一组成部分。
强度：构件抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。
所有的机械或结构物在运行或使用中，其构件都将受到一定的力作用，通常称为构件承受一定的载荷，但是对于构件所承受的载荷都有一定的限制，不允许过大，如果过大，构件就会发生断裂或产生塑性变形而使构件不能正常工作，称为失效或破坏，严重者将发生工程事故。如飞机坠毁、轮船沉没、锅炉爆炸、曲轴断裂、桥梁折断、房屋坍塌、水闸被冲垮，轻者毁坏机械设备、停工停产、重者造成工程事故，人身伤亡，甚至带来严重灾难。工程中的事故屡见不鲜，有些触目惊心，惨不忍睹……因此必须研究受载构件抵抗破坏的能力——强度，进行强度计算，以保证构件有足够的强度。
刚度——构件抵抗变形的能力。
当构件受载时，其形状和尺寸都要发生变化，称为变形。工程中要求构件的变形不允许过大，如果过大构件就不能正常工作。如机床的齿轮轴，变形过大就会造成齿轮啮合不良，轴与轴承产生不均匀磨损，降低加工精度，产生噪音；再如吊车大梁变形过大，会使跑车出现爬坡，
引起振动；铁路桥梁变形过大，会引起火车脱轨，翻车……因此必须研究构件抵抗变形的能力——刚度，进行刚度计算，以保证构件有足够的刚度。
稳定性——构件保持原来平衡形态的能力。
如细长的活塞杆或者连杆，当诸如此类的细长杆子受压时，工程中要求它们始终保持直线的平衡形态。可是若受力过大，压力达到某一数值时，压杆将由直线平衡形态变成曲线平衡形态，这种现象称之为压杆的失稳。又如受均匀外压力的薄壁圆筒，当外压力达到某一数值时，它由原来的圆筒形的平衡变成椭圆形的平衡，此为薄圆筒的失稳。失稳往往是突然发生而造成严重的工程事故，如19世纪末，瑞士的孟希太因大桥，20世纪初加拿大的魁北克大桥都由于桥架受压弦杆失稳而突然使大桥坍塌。……因此必须研究构件保持原来形态能力——稳定性，进行稳定性计算，以保持构件有足够的稳定性。
§1.2 变形固体的基本假设
刚体——假定受力时不发生变形的物体。
适用于理论力学研究物体的外部效应——平衡和运动。
变形固体——在外力作用下发生变形的物体。
变形固体的实际组成及其性质是很复杂的，为了分析和简化计算将其抽象为理想模型，作如下基本假设：
1) 连续性假设：认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积。（某些力学量可作为点的坐标的函数）
2) 均匀性假设：认为固体内到处有相同的力学性能。
3) 各向同性假设：认为无论沿任何方向固体的力学性能都是相同的。 各向同性材料：如钢、铜、玻璃等。
各向异性材料：如材料、胶合板，某些人工合成材料、复合材料等。
§1.3 外力及其分类
????
?
??
???
?????????????????
????????????????
????????交变载荷冲击载荷动载荷静载荷变化与否）、集中力（）线分布力（）面分布力（分布力面力）
惯性力（）自重力（体力作用方式支反力载荷外力kN N m /N m /N m /N m /N 23
3 载荷——作用于构件上的主动力 体积力——连续分布在物体内各点的力 面积力——作用于物体表面上的力
面分布力——连续分布于物体表面某一面积上的力 线分布力——沿着物体某一轴线上分布的力
集中力——若作用面积远小于物体整体尺寸或线性分布长度远小于轴线
长度
静载荷——若载荷从零开始缓慢增加到某值后保持不变或变化很小 动载荷——随时间而变化的载荷
冲击载荷——由于物体运动状态瞬时发生突然变化而引起的载荷
交变载荷——随时间而发生周期性变化的载荷
§1.4 内力、截面法和应力的概念
1.内力（附加内力）
物体因受外力而变形，其内部各部分之间相对位置将发生改变而引起的相互作用就是内力。
当物体不受外力作用时，内部各质点之间存在着相互作用力，此为内力。但材料力学中所指的内力是与外力和变形有关的内力。即随着外力的作用而产生，随着外力的增加而增大，当达到一定数值时会引起构件破坏的内力，此力称为附加内力。为简便起见，今后统称为内力。2.截面法
为进行强度、刚度计算必须由已知的外力确定未知的内力，而内力为作用力和反作用力，对整体而言不出现，为此必须采用截面法，将内力暴露。
截面法三步骤：
（1）切：欲求某一截面上的内力，即用一假想平面将物体分为两部分（2）代：两部分之间的相互作用用力代替
（3）平：建立其中任一部分的平衡条件，求未知内力
注：内力为连续分布力，用平衡方程，求其分布内力的合力
上述步骤可以叙述为：一截为二，去一留一，平衡求力
图1-1
例1. 试求图示悬臂梁m m -截面上的内力 解：截面法 （1） 切 （2） 代
（3） 平 平衡条件：
∑=0y
F
0=-F F s
∑=0O
M
0=-Fa M
求得：F F s = Fa M = (剪力、弯矩)
3. 应力
因内力为分布力系，为研究内力在截面上的分布规律，引入内力集度的概念
A
F
p m ??=
m p ——均应力上的平均集度，称为平A ?上的平均集度，称为平均应力
A
F
p p A m A ??
==→
?→?00
lim
lim
p —— 为矢量。
点处总应力，点的内力集度，称为p C C ??
?--－－切应力正应力
τσp
应力单
位：
MPa
1N/mm 12=
§1.5 变形与应变
变形——物体受力后形状和尺寸的改变
1. 线应变（简称应变）
假设：固体受到约束无刚体位移，只有变形位移，若有刚体位移，应从总位移中扣除。
x
S ??＝
m ε
2N/m 1Pa 1=Pa
10x 1MPa 16=
m ε——应变。
伸长或缩短称为平均线每单位长度线段的平均 x
S
x ??=→?0lim
ε ε——方向的线应变。点沿x M
2. 切应变（角应变）
原来相互正交的棱边的直角夹角的改变量称为切应变（角应变）
??
?
??'''∠-=→N M L ML MN 2lim 0,πγ
γ——变。平面内的切应变或角应点在为xy M
§1.6 杆件变形的基本形式 基本变形
1. 轴向拉伸或压缩
2. 剪切
3. 扭转
4. 弯曲
组合变形：当杆件同时发生两种或两种以上基本变形时称为组合变形。
第二章拉伸、压缩与剪切
§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力 §2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力 §2.4 材料拉伸时的力学性能 §2.5 材料压缩时的力学性能 §2.7 失效、安全因数和强度计算 §2.8
轴向拉伸或压缩时的变形 §2.9 轴向拉伸或压缩的应变能 §2.10 拉伸、压缩超静定问题 §2.11温度应力和装配应力 §2.12 应力集中的概念 §2.13 剪切和挤压的实用计算
M
P
F
§2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例
1．实例
（1）液压传动中的活塞杆
（2）内燃机的连杆
（3）汽缸的联接螺栓
（4）起吊重物用的钢索
（5）千斤顶的螺杆
（6）桁架的杆件
2．概念及简图
当杆件在其两端受到等值、反向、作用线与杆轴重合的一对力（F，F）作用时杆件将沿轴线方向发生伸长
或缩短变形，此类变形称为拉伸或
压缩。
§2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上
的内力和应力
1．内力
（1）截面法
暴露内力。因为外力与轴线重合，故分布内力系的合力作用线必然与轴线重合，若设为
F，N F称为轴力。
N
（2）轴力符号规定：拉为正，压为负。 （3）平衡方程
0=∑x
F
0N =-F F F F =N
2.多力杆的轴力与轴力图
例2.1试作图示杆的轴力图 解：1-1
0=∑x
F
021N =-F
)kN(21N 压力=F
2-2
0=∑x
F 024N2=+-F
)(kN 2N2拉力=F
3-3
0=∑x
F
05N3=-F
)(kN 5N3拉力=F
例2.2试作图示杆的轴力图 解： A -A
0=∑x
F
0234NA =--+F
kN 5NA =F
1-1
0=∑X
F
05N1=-F
)
kN(5N1拉力=F 2-2
0=∑X
F
054N2=-+F
)kN(1N2拉力=F
3-3
0=∑X
F
02N3=-F
) kN(2N3力压=F
3．应力
内力分布规律的研究
??
?
??静力学（平衡方程）物理学（纤维均拉）设几何学（变形）平面假应力分析)3()2()1(
F N =?A A d σ F N =A A A στ=?d
A
F N
=
σ 注：正应力符号规定与轴力相同,拉为正,压为负。 4．轴向拉（压）渐变杆近似计算
)
()
()(x A x F x N =
σ
5．圣维南原理
（静力等效或局部效应）
实验证实：作用于弹性体某一局部区域上的外力系，可以用它的静力等效力系来代替，这种代替，只对原力系作用区域附近有显著影响，而对较远处（距离略大于外力分布区域）其影响即可不计，这就是圣维南原理。
圣维南原理的实用价值：它给简化计算带来方便。
例如：图示杆件由于采用不同连接(铆接、焊接、铰接)而使杆件在连接处，传递力的方式就各不同，而使局部区域内的应力分布也各不相同，而且非常复杂。但是用静力等效力系替代后，若得
到相同的计算简图(如右图示)，则应力计算就可采用相同的公式：
A
F N
=
σ 6．正应力公式应用条件
A
F N
=
σ （1）外力（或其合力）通过横截面形心且沿杆件轴线作用。 （2）适用于弹性及性范围。
（3）适用于角α20≤°横截面连续变化的直杆。
*（4）在外力作用点附近或杆件横截面突然变化处，应力分布不均匀，不能用此公式，稍远一些的横截面上仍然应用。
例1．图示结构中AC 、CD 为刚性杆，①、②两杆的截面直径分别为：d 1=10mm, d 2=20mm,
试求两杆内的应力。
解： ①受力分析及受力图
②由图（b ）：
0=∑D M 10=RC F kN
③由图（c ）：
10'
==RC Rc F F kN
0=∑A M 021012=?-?N F
F N2=20kN
0=∑B M 011'
1=?-?N RC
F F 10'
1==N RC
F F kN ④求应力
12710
101044
2
3211111=???===N N ππσd F A F (N/mm 2
)＝127MPa 7.63422
2
222===
N N d F A F πσ MPa §2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力
1．横截面上的正应力
A
F N
=
σ 2．斜截面上的应力
F F =α
α
αcos A
A =
ασαααααcos cos ====
A
F A F A F p ???
??=?====ασ
αασατα
σασααα2sin 2
sin cos sin cos cos 2a p p 讨论
（1）ασ、ατ均为α的函数，随斜截面的方向而变化。 （2）当0=α°时，σ=σαmax 、0=τα横截面上。
当45=α°时，2σ=
ταmax 、2
σ
=σα 当90=α°时，0=τ=σαα平行于轴线纵截面。
§2.4 材料拉伸时的力学性能
材料在外力作用下表现出变形及破坏的特性。材料的宏观力学性能主要依靠实验方法测定。如材料的比例极限p σ，弹性极限e σ，屈服极限s σ，延伸率δ，断面收缩率ψ，弹性模量E ，横向变形因数（泊松比）μ等。
????
?
???????????
?低温高度常温温度动载静载载荷试验
常温、静载下拉伸试验是确立材料力学性能的最基本试验。 试验设备：万能材料试验机。
标准试件?
?
?
??====A l A l d
l d l 3.1165.5105或矩型截面：或圆截面：
以低碳钢（含碳量低于0.3%的碳素钢）为例介绍拉伸试验。
一、低碳钢（Q235）拉伸时的力学性能
（1）夹持试件
（2）油压缓慢加载使试件受拉 （3）记录F~ΔL 测试数值
（4）直至拉断，观察力与变形的全过程 （5）绘制F~ΔL 拉伸曲线（自动绘图） （6）清除尺寸影响作σ~ε曲线，根据曲线特征大致分为四个阶段研究材料力学性能。
1．弹性阶段（Ob ） 此阶段的变形为弹性变形
()?
??
?
?
????
??===≤弹性极限非线弹性）非直线段（（线弹性）比例常数弹性模量（胡克定律）时当比例极限—直线段_)(ab ,tan )oa (ob e p p E E E σαεσ
εσσσσ
2．屈服阶段（bc ）
屈服现象：当应力超过b 点后，应
力先是下降后是微小波动，曲线出现接近水平线小锯齿形线段。即应力
不再增加，但应变显著增加，此现象称为屈服。
* 观察测力度盘指针停走或后退。
* 观察试件表面可见大致与轴线成45°方向上有细线，称为滑移线。因为45°方向上剪应力最大。材料内部晶格沿45°方向滑动。
* σs ——屈服极限。（下屈服点） * 屈服阶段主要产生塑性变形。 * 屈服极限为重要的强度指标。 3．强化阶段（ce ）
* 材料抵抗变形的能力又继续增加，即随着试件继续变形，外力也必须增大，此现象称为材料强化。
*σb ——强度极限，发生断裂时的应力
4．局部变形阶段（颈缩）（ef ）
试件局部范围横向尺寸急剧缩小，称为颈缩。 5．延伸率和断面收缩率
试件拉断后，弹性变形消失，而塑性变形保留下来。 延伸率：
%1001?-=δl l
l
δε=??=
P
P %100l
l （塑性应变） l ——原标距
l 1——拉断后标距长度
塑性指标：
δ>5%——塑性材料，钢、铜、铝 δ<5%——脆性材料，铸铁、玻璃、陶瓷 断面收缩率：
ψ%1001
?-=
A
A A A ——试件原截面面积 A 1——拉断后颈缩处断面面积 6．卸载定律及冷作硬化
试件若拉到强化阶段，如d 点卸载，则沿（dd ′）直线变化，短期内再加载，仍然沿（dd ′）直线上升，说明比例极限提高，而延伸率降低，这种现象称为冷作硬化现象。
??
?
??度滚压工艺，提高疲劳强硬层，提高抗疲劳强度如机器零件表面形成冷度喷丸处理，提高表面强筋如起重钢索，建筑用钢冷拔工艺，提高强度工程应用.)
(.)(.c b a 缺陷：由于初加工，冷作硬化，使零件变硬变脆，给机加工带来困难，为便于加工，需退火消除冷硬层。
二、其他塑性材料拉伸时的力学性能 其他塑性材料：中碳钢、高碳钢、合金钢、铝合金、青铜、黄铜。
讨论
①有明显的四个阶段Q345（16Mn ）,Q235钢；
无屈服阶段：黄铜（H62）；无屈服，无颈缩：高碳钢(T10A)
②名义屈服极限σ0.2（对无屈服阶段的材料）通常以产生0.2%的塑性应变所对应的应力值作为名义屈服应力，作为屈服指标。
③对各种碳素钢的比较表明：随着含碳量的增加，屈服极限，强度极限提高，但延伸率降低，说明强度提高，塑性
降低，如合金钢，工具钢等。
④强度又高，塑性又好的材料，始终是材料
科学研究的方向。如南京长江大桥，采用16Mn
钢比采用A3钢节约成本15％，解放牌汽车降低
40％，寿命提高20％。
20MPa大气压的大型尿素合成塔为高压容器
采用18MnMoNb合金钢比采用碳钢节约60％。
三、铸钢拉伸时的力学性能
⑴较低应力下被拉断
⑵无明显直线段，无屈服，无颈缩
⑶延伸率低属脆性材料，δ<5%
⑷弹性模量E随应力的大小而变化。因此
以σ~ε曲线开始部分的割线斜率作为弹性模量，
称为割线弹性模量，近似认为材料服从胡克定律
σ=Eε
⑸σb——强度极限为唯一强度指标
⑹抗压不抗拉，不宜作抗拉件
§2.5 材料压缩时的力学性能
一．低碳钢的压缩
（1）压缩时的E、σs与拉伸时相同，
但得不到σb。
（2）抗拉抗压强度相同。
二．铸铁的压缩
（1）破坏断面与轴线成45°～55°
角，说明铸铁不抗剪。
（2）抗压强度比抗拉强度高4~5
倍
（3）铸铁坚硬、耐磨，易浇铸成
型，有良好的吸
振能力，故宜用作机身，机座，轴承座
及缸体等受压
物件。
§2.7 失效、安全因数和强度计算
一．失效：工程中将构件不能正常工作称为失效。
①脆性断裂①塑性变形
②弹性变形过大②冲断（冲击、撞击）
③疲劳③失稳
④蠕变（高温）④腐蚀（等等）
作出图中AB杆的受力图。 A处固定铰支座 B处可动铰支座 作出图中AB、AC杆及整体的受力图。 B、C光滑面约束 A处铰链约束 DE柔性约束 作图示物系中各物体及整体的受力图。 AB杆：二力杆 E处固定端 C处铰链约束
（1）运动效应：力使物体的机械运动状态发生变化的效应。 （2）变形效应：力使物体的形状发生和尺寸改变的效应。 3、力的三要素：力的大小、方向、作用点。 4、力的表示方法： （1）力是矢量，在图示力时，常用一带箭头的线段来表示力；（注意表明力的方向和力的作用点！） （2）在书写力时，力矢量用加黑的字母或大写字母上打一横线表示，如F、G、F1等等。 5、约束的概念：对物体的运动起限制作用的装置。 6、约束力（约束反力）：约束作用于被约束物体上的力。 约束力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。 约束力的作用点，在约束与被约束物体的接处 7、主动力：使物体产生运动或运动趋势的力。作用于被约束物体上的除约束力以外的其它力。 8、柔性约束：如绳索、链条、胶带等。 (1)约束的特点：只能限制物体原柔索伸长方向的运动。 (2)约束反力的特点：约束反力沿柔索的中心线作用，离开被约束物体。（） 9、光滑接触面：物体放置在光滑的地面或搁置在光滑的槽体内。 （1）约束的特点：两物体的接触表面上的摩擦力忽略不计，视为光滑接触面约束。被约束的物体可以沿接触面滑动，但不能沿接触面的公法线方向压入接触面。 （2）约束反力的特点：光滑接触面的约束反力沿接触面的公法线，通过接触点，指向被约束物体。（） 10、铰链约束：两个带有圆孔的物体，用光滑的圆柱型销钉相连接。 约束反力的特点:是方向未定的一个力；一般用一对正交的力来表示，指向假定。（）11、固定铰支座 （1）约束的构造特点：把中间铰约束中的某一个构件换成支座，并与基础固定在一起，则构成了固定铰支座约束。
1-1试画出以下各题中圆柱或圆盘的受力图。与其它物体接触处的摩擦力均略去。 解： 1-2 试画出以下各题中AB 杆的受力图。 (a) B (b) (c) (d) A (e) A (a) (b) A (c) A (d) A (e) (c) (a)
解： 1-3 试画出以下各题中AB 梁的受力图。 解： (e) B B (a) B (b) (c) F B (a) (c) F (b) (d) (e) F
1-4 试画出以下各题中指定物体的受力图。 (a) 拱ABCD ；(b) 半拱AB 部分；(c) 踏板AB ；(d) 杠杆AB ；(e) 方板ABCD ；(f) 节点B 。 解： (d) D (e) F Bx (a) (b) (c) (d) D (e) W (f) (a) D (b) B (c) B F D F
1-5 试画出以下各题中指定物体的受力图。 (a) 结点A，结点B；(b) 圆柱A和B及整体；(c) 半拱AB，半拱BC及整体；(d) 杠杆AB，切刀CEF及整体；(e) 秤杆AB，秤盘架BCD及整体。 解：(a) (b) (c) (d) AT F BA F (b) (e)
(c) (d) (e) C A A C ’C D D B
2-2 杆AC 、BC 在C 处铰接，另一端均与墙面铰接，如图所示，F 1和F 2作用在销钉C 上， F 1=445 N ，F 2=535 N ，不计杆重，试求两杆所受的力。 解：(1) 取节点C 为研究对象，画受力图，注意AC 、BC 都为二力杆， (2) 列平衡方程： 1 214 0 sin 60053 0 cos6005207 164 o y AC o x BC AC AC BC F F F F F F F F F N F N =?+-==?--=∴==∑∑ AC 与BC 两杆均受拉。 2-3 水平力F 作用在刚架的B 点，如图所示。如不计刚架重量，试求支座A 和D 处的约束 力。 解：(1) 取整体ABCD 为研究对象，受力分析如图，画封闭的力三角形： (2) F 1 F F D F F A F D
成绩 材料力学试题A 教研室工程力学开卷闭卷适用专业班级08机自1、2、3、4班提前期末 班级___________________________ 姓名________________ 学号_____________________ 一、单选题（每小题2分，共10小题，20分） 1、工程构件要正常安全的工作，必须满足一定的条件。下列除（）项，其他各项是必须满足的条件。 A、强度条件 B、刚度条件 C、稳定性条件 D、硬度条件 2、内力和应力的关系是（） A、内力大于应力 B、内力等于应力的代数和 C、内力是矢量，应力是标量 D、应力是分布内力的集度 3、根据圆轴扭转时的平面假设，可以认为圆轴扭转时横截面（）。 A、形状尺寸不变，直径线仍为直线。 B、形状尺寸改变，直径线仍为直线。 C、形状尺寸不变，直径线不保持直线。 D、形状尺寸改变，直径线不保持直线。 4、建立平面弯曲正应力公式My*,需要考虑的关系有（）。 A、平衡关系，物理关系，变形几何关系； B、变形几何关系，物理关系，静力关系; C、变形几何关系，平衡关系，静力关系； D、平衡关系，物理关系，静力关系; 5、利用积分法求梁的变形，不需要用到下面那类条件（）来确定积分常数。 A、平衡条件。 B、边界条件。 C、连续性条件。 D、 光滑性条件。 6、图示交变应力的循环特征r、平均应力m、应力 幅度a分别为（）。 A -10、20、10； B 30、10、20； 1 丄 C 3、20、10； D 3、10、20。 考生注意：舞弊万莫做，那样要退学，自爱当守诺，最怕错上错，若真不及格，努力下次过试题共 3页 第1页 （屁力单伸为MP2
材料力学课程设计 班级： 作者： 题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核 指导老师： 2007.11.05
班级 姓名 一、 课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。 二、 课程设计的任务和要求 要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 三、 设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F = 2t F 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4, 3l =1.2r,已知数据如下表：
材料力学基本知识 复习要点 1. 材料力学的任务 材料力学的主要任务就是在满足刚度、强度和稳定性的基础上，以最经济的代价，为构件确定合理的截面形状和尺寸，选择合适的材料，为合理设计构件提供必要的理论基础和计算方法。 2. 变形固体及其基本假设 连续性假设：认为组成物体的物质密实地充满物体所在的空间，毫无空隙。 均匀性假设：认为物体内各处的力学性能完全相同。 各向同性假设：认为组成物体的材料沿各方向的力学性质完全相同。 小变形假设：认为构件在荷载作用下的变形与构件原始尺寸相比非常小。 3. 外力与内力的概念 外力：施加在结构上的外部荷载及支座反力。 内力：在外力作用下，构件内部各质点间相互作用力的改变量，即附加相互作用力。内力成对出现，等值、反向，分别作用在构件的两部分上。 4. 应力、正应力与切应力 应力：截面上任一点内力的集度。 正应力：垂直于截面的应力分量。 切应力：和截面相切的应力分量。 5. 截面法 分二留一，内力代替。可概括为四个字：截、弃、代、平。即：欲求某点处内力，假想用截面把构件截开为两部分，保留其中一部分，舍弃另一部分，用内力代替弃去部分对保留部分的作用力，并进行受力平衡分析，求出内力。 6. 变形与线应变切应变 变形：变形固体形状的改变。 线应变：单位长度的伸缩量。 练习题 一. 单选题 1、工程构件要正常安全的工作，必须满足一定的条件。下列除（）项，
其他各项是必须满足的条件。 A、强度条件 B、刚度条件 C、稳定性条件 D、硬度条件 2、物体受力作用而发生变形，当外力去掉后又能恢复原来形状和尺寸的性质称 为（） A．弹性B．塑性C．刚性D．稳定性 3、结构的超静定次数等于（）。 A．未知力的数目B．未知力数目与独立平衡方程数目的差数 C．支座反力的数目D．支座反力数目与独立平衡方程数目的差数 4、各向同性假设认为，材料内部各点的（）是相同的。 A.力学性质 B.外力 C.变形 D.位移 5、根据小变形条件，可以认为（） A.构件不变形 B.结构不变形 C.构件仅发生弹性变形 D.构件变形远小于其原始尺寸 6、构件的强度、刚度和稳定性（） A.只与材料的力学性质有关 B.只与构件的形状尺寸有关 C.与二者都有关 D. 与二者都无关7、 在下列各工程材料中，（）不可应用各向同性假设。 A.铸铁 B.玻璃 C.松木 D.铸铜 二. 填空题 1. 变形固体的变形可分为和。 2. 构件安全工作的基本要求是：构件必须具有、和足够 的稳定性。（同：材料在使用过程中提出三方面的性能要求，即、、。） 3. 材料力学中杆件变形的基本形式有 。 4. 材料力学中，对变形固体做了 四个基本假设。 、、和、、、
10-1 试计算图示各梁指定截面（标有细线者）的剪力与弯矩。 解：(a) (1) 取A +截面左段研究，其受力如图； 由平衡关系求内力 0SA A F F M ++== (2) 求C 截面内力； 取C 截面左段研究，其受力如图； 由平衡关系求内力 2 SC C Fl F F M == (3) 求B -截面内力 截开B -截面，研究左段，其受力如图； 由平衡关系求内力 SB B F F M Fl == q B (d) (b) (a) SA+ M A+ SC M C A SB M B
(b) (1) 求A 、B 处约束反力 e A B M R R l == (2) 求A +截面内力； 取A +截面左段研究，其受力如图； e SA A A e M F R M M l ++=-=- = (3) 求C 截面内力； 取C 截面左段研究，其受力如图； 22 e e SC A A e A M M l F R M M R l +=-=- =-?= (4) 求B 截面内力； 取B 截面右段研究，其受力如图； 0e SB B B M F R M l =-=- = (c) (1) 求A 、B 处约束反力 e M A+ M C B R B M B
A B Fb Fa R R a b a b = =++ (2) 求A +截面内力； 取A +截面左段研究，其受力如图； 0SA A A Fb F R M a b ++== =+ (3) 求C -截面内力； 取C -截面左段研究，其受力如图； SC A C A Fb Fab F R M R a a b a b --== =?=++ (4) 求C +截面内力； 取C +截面右段研究，其受力如图； SC B C B Fa Fab F R M R b a b a b ++=-=- =?=++ (5) 求B -截面内力； 取B -截面右段研究，其受力如图； 0SB B B Fa F R M a b --=-=- =+ (d) (1) 求A +截面内力 取A +截面右段研究，其受力如图； A R SA+ M A+ R A SC- M C- B R B M C+ B R B M q B M
一、低碳钢试件的拉伸图分为、、、四个阶段。(10分) 二、三角架受力如图所示。已知F=20kN,拉杆BC采用Q235圆钢，［σ钢］=140MPa,压杆AB采用横截面为正方形的松木，[σ木]=10MPa，试用强度条件选择拉杆BC的直径d和压杆AB的横截面边长a。 n＝180 r/min，材料的许用切 四、试绘制图示外伸梁的剪力图和弯矩图，q、a均为已知。（15分） 2 五、图示为一外伸梁，l=2m，荷载F=8kN，材料的许用应力[σ]=150MPa，试校核该梁的正应力强度。(15分)
六、单元体应力如图所示，试计算主应力，并求第四强度理论的相当应力。(10分) e =200mm 。
八、图示圆杆直径d =100mm ，材料为Q235钢，E =200GPa ，λp =100，试求压杆的临界力F cr 。(10分) 《材料力学》试卷（1）答案及评分标准 一、 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩断裂阶段。 评分标准：各2.5分。 二、 d =15mm; a =34mm ． 评分标准：轴力5分， d 结果5分，a 结果5分。 三、 τ=87.５ＭＰa, 强度足够． 评分标准：T 3分，公式4分，结果3分。 四、 评分标准：受力图、支座反力5分，剪力图5分，弯矩图5分。 五、σmax =155.8MPa ＞［σ］=100 MPa ，但没超过许用应力的5%，安全． 评分标准：弯矩5分，截面几何参数 3分，正应力公式5分，结果2分。 六、（1）σ１＝１４１.42 MPa ，σ＝０，σ３＝１４１.42 MPa ；（2）σr4=245 MPa 。 评分标准：主应力5分，相当应力5分。 七、σmax =０.64 MPa ，σmin =-6.04 MPa 。 F cr d 3m 1..5qa F S 图 M 图 F S 图 —— + M 图 qa 2 qa 2／2
教学号：答辩成绩： 设计成绩： 材料力学课程设计 设计计算说明书 设计题目：车床主轴设计 题号: 7—8—Ⅰ—12 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间：
目录 一、材料力学课程设计的目的 --------------------------------------------------3 二、材料力学课程设计的任务和要求 --------------------------------------------------3 三、设计题目 --------------------------------------------------3 四、对主轴静定情况校核 --------------------------------------------------5 1.根据第三强度理论校核 ---- ----------------------------------------7 2.根据刚度进行校核 ---------------------------------------------8 3.疲劳强度校核 ------------------------------------------- 12 五、对主轴超静定情况校核 -------------------------------------------------13 1.根据第三强度理论校核 ---------------------------------------------15 2.根据刚度进行校核 ---------------------------------------------16 3.疲劳强度校核 ----------------------------------------------19 六、循环计算程序 ---------------------------------------------------19 七、课程设计总结 ----------------------------------------------------26
工程力学材料力学部分习题答案
b2.9 题图2.9所示中段开槽的杆件，两端受轴向载荷P 的作用，试计算截面1-1和2-2上的应力。已知：P = 140kN ，b = 200mm ，b 0 = 100mm ，t = 4mm 。 题图2.9 解：(1) 计算杆的轴力 kN 14021===P N N (2) 计算横截面的面积 21m m 8004200=?=?=t b A 202mm 4004)100200()(=?-=?-=t b b A (3) 计算正应力 MPa 1758001000140111=?== A N σ MPa 350400 1000 140222=?== A N σ (注：本题的目的是说明在一段轴力相同的杆件内，横截面面积小的截面为该段 的危险截面) 2.10 横截面面积A=2cm 2的杆受轴向拉伸，力P=10kN ，求其法线与轴向成30°的及45°斜截面上的应力ασ及ατ，并问m ax τ发生在哪一个截面？ 解：(1) 计算杆的轴力 kN 10==P N (2) 计算横截面上的正应力 MPa 50100 2100010=??==A N σ (3) 计算斜截面上的应力 MPa 5.37235030cos 2 230 =??? ? ???==ο ο σσ
MPa 6.212 3250)302 sin(2 30=?= ?= οο σ τ MPa 25225045cos 2 245 =??? ? ???==οο σσ MPa 2512 50 )452 sin(2 45=?= ?= οο σ τ (4) m ax τ发生的截面 ∵ 0)2cos(==ασα τα d d 取得极值 ∴ 0)2cos(=α 因此：2 2π α= ， ο454 == π α 故：m ax τ发生在其法线与轴向成45°的截面上。 （注：本题的结果告诉我们，如果拉压杆处横截面的正应力，就可以计算该处任意方向截面的正应力和剪应力。对于拉压杆而言，最大剪应力发生在其法线与轴向成45°的截面上，最大正应力发生在横截面上，横截面上剪应力为零） 2.17 题图2.17所示阶梯直杆AC ，P =10kN ，l 1=l 2=400mm ，A 1=2A 2=100mm 2，E =200GPa 。试计算杆AC 的轴向变形Δl 。 题图2.17 解：(1) 计算直杆各段的轴力及画轴力图 kN 101==P N （拉） kN 102-=-=P N （压）
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材料力学4 一、选择题（每小题2分，共计10分。） １、应力和内力有何不同。（） a、应力等于内力。 b、应力等于内力的代数和。 c、应力是矢量。 d、应力是内力的集度。 2、实心圆轴受扭，当其直径增加一倍时，则最大剪应力是原来的 （）
a 、21倍。 b 、41倍。 c 、81倍。 d 、 16 1倍。 3、关于剪力、弯矩的正负号与坐标的选择有无关系有以下四种说法，那种方法正确。（ ） a 、它们都与坐标系的选择无关。 b 、它们都与坐标系的选择有关。 c 、剪力正负号与坐标系的选择无关；而弯矩则有关。 d 、剪力正负号与坐标系的选择有关；而弯矩则无关。 4、弯曲正应力公式的应用条件是：（ ） a 、适用所有弯曲问题。 b 、纯弯曲、等截面直梁。 c 、平面弯曲、弹性范围。 d 、平面弯曲、剪应力为零。 5、在压杆稳定问题中，临届力什么时候可以用P cr =π2EI /(μl )2计算。（ ） a 、很长的杆。 b 、很细的杆。 c 、弹性模量小的杆。 d 、柔度大于一定数值的杆。
二、简答题（每题4分，共计8分） 1、切应力τ正应力σ分别表示什么？ 2、试叙述求解静不定梁的变形比较法。 三、两钢杆如图所示，已知截面积A 1=1cm 2, A 2=2cm 2；材料的弹性模量 E=210GPa,线膨胀系数α＝12.5×10-61/o C 。当温度升40o C 时，试求两杆内的最大应力。（18分） ·m ，m B ＝7.20kN ·m ，m C ＝4.21kN ·m ，许 [θ]＝1o /m,剪切模量G ＝80Gpa 。确定该轴的直径。（16分） 五、绘制图示静定梁的弯矩图和剪力图。（12分） m m m
材料力学试题答案
A卷 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
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 上的切应力为0 τ，则斜边截面 的正应力σ和切应力τ分别为 。 A 、0 ,στ ττ==； B 、0,0 σττ==； C 、0 ,στ ττ=-=； D 、0 ,0 στ τ=-=。 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[]σ，正确的强度条件是 。 A 、[]σσ≤； B 、[]στσ+≤； C 、[],[][]/2σσττσ≤≤=； D 224[]στσ+≤。 3. 受扭圆轴,当横截面上的扭矩不变而直径减小一半时,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 0τ0 ττ σ 45 45 题 στ 题
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 2P P l I 2l II 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 ： ；
材料力学课程设计--曲柄轴的强度设计及变形计算
(导师好，课程设计是我这两天赶工的，质量不怎么好，你帮我改改，其中1.2，4.2，4.3没有完成，不知道怎么写，您帮我看看想一下，3.1的第三强度公式我感觉有点不会，您也帮着看一下。。。幸好有您这个导师，嘻嘻，感谢呀。。。祝勇哥圣诞元旦双节快乐，新春快乐假期美好。。———学生：东禹 材料力学课程设计 题目：曲柄轴的强度设计及变形计算 单位：理学院
班级：力学 11-1 姓名：宫东禹 指导教师：宋志勇 目录 一、绪论 二、力学模型与内力分析 三、强度分析。 四、变形计算与刚度分析。 五、总结。
一、绪论 1.1、课程设计目的意义： 材料力学课程设计是材料力学课程的重要实践性环节。 通过结合工程实际，自行设计结构形式，并对杆件结构进行内力、应力变形位移计算等，校核杆件结构的强度和刚度、稳定性，并对结构进行改进。进一步巩固和加深材料力学课程中的基本理论知识，初步掌握对材料力学中分析、计算的步骤和方法，培养和提高独立分析问题和运用所学理论知识解决实际问题的能力、通过自由设计结构、锻炼创新思维能力。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识的综合运用，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下几方面： 1、对之前学过的相关力学知识的全面复习，使学生的力学知识系统化、完整化； 2、综合运用力学理论知识解决工程中的实际问题。 3、本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以 达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。 4、由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以为学生后续的毕业设计打下基础，进行提前锻炼。 5、初步了解和掌握工程实践中的分析思想和计算方法。 1.2、结构的工程应用背景简介： （简单的介绍你所设计的结构在工程的使用，比如哪些领域，有何作
4-1 试求题4-1图所示各梁支座的约束力。设力的单位为kN，力偶矩的单位为kN m，长度单位为m，分布载荷集度为kN/m。(提示：计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。 解： (b)：(1) 整体受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy，列出平衡方程； 约束力的方向如图所示。 (c)：(1) 研究AB杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy，列出平衡方程； 约束力的方向如图所示。 (e)：(1) 研究CABD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy，列出平衡方程； 约束力的方向如图所示。 4-5 AB梁一端砌在墙内，在自由端装有滑轮用以匀速吊起重物D，设重物的重量为G，又AB长为b，斜绳与铅垂线成角，求固定端的约束力。 解：(1) 研究AB杆(带滑轮)，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程； 约束力的方向如图所示。 4-7 练钢炉的送料机由跑车A和可移动的桥B组成。跑车可沿桥上的轨道运动，两轮间距离为2 m，跑车与操作架、平臂OC以及料斗C相连，料斗每次装载物料重W=15 kN，平臂长OC=5 m。设跑车A，操作架D和所有附件总重为P。作用于操作架的轴线，问P至少应多大才能使料斗在满载时跑车不致翻倒？ 解：(1) 研究跑车与操作架、平臂OC以及料斗C，受力分析，画出受力图(平面平行力系)； (2) 选F点为矩心，列出平衡方程； (3) 不翻倒的条件； 4-13 活动梯子置于光滑水平面上，并在铅垂面内，梯子两部分AC和AB各重为Q，重心在A点，彼此用铰链A和绳子DE连接。一人重为P立于F处，试求绳子DE的拉力和B、C两点的约束力。 解：(1)：研究整体，受力分析，画出受力图(平面平行力系)； (2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程； (3) 研究AB，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (4) 选A点为矩心，列出平衡方程； 4-15 在齿条送料机构中杠杆AB=500 mm，AC=100 mm，齿条受到水平阻力FQ的作用。已知Q=5000 N，各零件自重不计，试求移动齿条时在点B的作用力F是多少？ 解：(1) 研究齿条和插瓜(二力杆)，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选x轴为投影轴，列出平衡方程； (3) 研究杠杆AB，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (4) 选C点为矩心，列出平衡方程； 4-16 由AC和CD构成的复合梁通过铰链C连接，它的支承和受力如题4-16图所示。已知均布载荷集度q=10 kN/m，力偶M=40 kN m，a=2 m，不计梁重，试求支座A、B、D的约束力和铰链C所受的力。 解：(1) 研究CD杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)； (2) 选坐标系Cxy，列出平衡方程；
材料力学-模拟试题 平行于截面 B 、垂直于截面 C 、可以与截面任意夹角 D 、与截面无关 半，贝y C 点的转角为（ 0.125 e 0.5 e 2e 4.危险截面是（）所在的截面。 线位移 B 、转角C 、线应变 D 、角应变 （T S 表示 B b 表示 C P 表示D 、^ 0.2 表示 应力在比例极限内 应力在屈服极限内 外力合力作用线必须沿着杆的轴线 杆件必须为矩形截面杆 9. 下列截面中，弯曲中心与其形心重合者是（） A Z 字形型钢 B 、槽钢 C 、T 字形型钢 D 、等边角钢 10. 如图所示简支梁，已知 C 点转角为e 。在其它条件不变的情况下，若将杆长增加一倍, 则C 点的转角为（） C 8 e D 、16 e 、单项选择题 1. 截面上的全应力的方向（ ） 2. 脆性材料的延伸率（ 小于5% B 、小于等于 5% C 、大于5% D 、大于等于 5% 3. 如图所示简支梁，已知 C 点转角为e 。在其它条件不变的情况下，若将荷载 F 减小 A 、最大面积 B 、最小面积 C 、最大应力 D 、最大内力 5. 图示单元体应力状态, x 方向的线应变 ￡ x 可表示为（） 6. 1( y ) 1( x ) CT x 描述构件上一截面变形前后的夹角叫（ 7. 塑性材料的名义屈服应力使用（ 8. 拉（压）杆应力公式 F % 的应用条件是（） C C
、填空题 1.用主应力表示的第四强度理论的相当应力是 2.已知自由落体冲击问题的动荷系数K d I对应静载荷问题的最大位移为^ jmax，则冲击问题 的最大位移可以表示为 3.图示木榫联接。横截面为正方形I边长为a I联接处长度为的名 义切应力等于2t o则木榫联接处受剪切面 O 4.主平面上的切应力等于O 5.功的互等定理的O 6.自由落体冲击问题的动荷系数为2t K 空其中 7.交变应力循环特征值r等于 8.变截面梁的主要优点是 hrrSnnrt h表示 。等强度梁的条件是 9. 一受拉弯组合变形的圆截面钢轴，若用第三强度理论设计的直径 为 d3，用第四强度理论设计的直径为d4 I则d3_d4 o 10.若材料服从胡克定律，且物体的变形满足小变形，则该物体的变形能与载荷之间呈现 关 系。 三、计算题 1.水轮机主轴输出功率P = 37500 kW 转速n = 150 r/min，叶轮和主轴共重W= 300 kN , 轴向推力F = 5000 kN I主轴内外径分别为d =350 mm, D = 750 mm , [ ] = 100 MPa , 按第四强度理论校核主轴的强度。（12分） 2.图示托架I F = 20 kN I CD杆为刚杆I AB为圆管I外径D = 料为Q235 钢I 弹性模量E = 200 GPa , a =304MPa b=1.118MPa 杆的规定稳定安全因数[n st ] = 2。试校核此托架是否安全。 径d = 40 mm I =105，入S=61.4 I 材 AB 3.图示桁架各杆抗拉压刚度EA相等，试求各杆的内力。 Z 受力已知C 4.图示皮带轮传动轴尺寸 （12 分）A 5.图示外径D= 100 mm内径d 此时钢管两端不受力。已知s= 306 MPa I p= 200 MPa ‘ 失稳。（10分）管 6.求图示简支梁的剪力图和弯矩监 W 轴的直径 试 D kN A B 4kN 400 1.5 ivipa，按 （8 分 d o I安装后钢管两端固定I K-1I弹性模量E = 210 GPa 温度升高多少度时钢管将 10 F
材料力学课程设计设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
1．课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。 1．使所学的材料力学知识系统化、完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2．综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等）使相关学科的知识有机地联系起来。 3．使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后继课程的教学打下基础。 2．课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 3．课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ-1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 3）根据强度条件设计等直轴的直径； 4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算） 5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明： a) 坐标的选取均按下图6—1所示； b) 齿轮上的力F与节圆相切； c) 数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率， P为直径为D1的皮带轮传递的功率。 1
静力学部分 第一章基本概念受力图
2-1 解：由解析法， 23cos 80RX F X P P N θ==+=∑ 12sin 140RY F Y P P N θ==+=∑ 故： 22161.2R RX RY F F F N =+= 1(,)arccos 2944RY R R F F P F '∠==
2-2 解：即求此力系的合力，沿OB 建立x 坐标，由解析法，有 123cos45cos453RX F X P P P KN ==++=∑ 13sin 45sin 450 RY F Y P P ==-=∑ 故： 223R RX RY F F F KN =+= 方向沿OB 。 2-3 解：所有杆件均为二力杆件，受力沿直杆轴线。 （a ） 由平衡方程有： 0X =∑ sin 300 AC AB F F -= 0Y =∑ cos300 AC F W -= 0.577AB F W =（拉力） 1.155AC F W =（压力） （b ） 由平衡方程有：
0X =∑ cos 700 AC AB F F -= 0Y =∑ sin 700 AB F W -= 1.064AB F W =（拉力） 0.364AC F W =（压力） （c ） 由平衡方程有： 0X =∑ cos 60cos300 AC AB F F -= 0Y =∑ sin 30sin 600 AB AC F F W +-= 0.5AB F W = (拉力) 0.866AC F W =（压力） （d ） 由平衡方程有： 0X =∑ sin 30sin 300 AB AC F F -= 0Y =∑ cos30cos300 AB AC F F W +-= 0.577AB F W = (拉力) 0.577AC F W = (拉力)
专科《材料力学》 一、（共75题,共150分） 1. 轴向拉伸（或压缩）杆件的应力公式在什么条件下不适用( )。（2分） A.杆件不是等截面直杆。 B.杆件（或杆段）各横截面上的内力不仅有轴力，还有弯矩。 C.杆件（或杆段）各横截面上的轴力不相同。 D.作用于杆件的每一个外力，其作用线不全与杆件轴线相重合。 标准答案：B 2. 梁AB因强度不足，用与其材料相同、截面相同的短梁CD加固，如图所示，梁AB在D 处受到 的支座反力为( )。（2分） A.５Ｐ/４ B.Ｐ C.３Ｐ/４ D.Ｐ/２ 标准答案：D 3. 在图所示结构中，如果将作用于构件AC上的力偶m搬移到构件BC上，则A、B、C三处反力的 大小( )。题3图（2分） A.都不变； 、B处反力不变，C处反力改变； C.都改变； 、B处反力改变，C处反力不变。 标准答案：C 4. 选择拉伸曲线中三个强度指标的正确名称为( )。（2分） A.①强度极限，②弹性极限，③屈服极限 B.①屈服极限，②强度极限，③比例极限 C.①屈服极限，②比例极限，③强度极限 D.①强度极限，②屈服极限，③比例极限 标准答案：D 5. 两根钢制拉杆受力如图，若杆长L２＝２Ｌ１，横截面面积A２＝２Ａ1，则两杆的伸长ΔＬ和纵向 线应变ε之间的关系应为( )。（2分） A. B. C. D. 标准答案：B
6. 图所示受扭圆轴，正确的扭矩图为图( )。（2分） A. 标准答案：C 7. 梁在集中力作用的截面处，它的内力图为( )。（2分） 图有突变，M 图光滑连续图有突变，M 图有转折 图有突变，Q 图光滑连续图有突变，Q 图有转折 标准答案：B 8. 梁的剪力图和弯矩图如图所示，则梁上的荷载为( )。 （2分） 段无荷载，B 截面有集中力 段有集中力，BC 段有均布力 段有均布力，B 截面有集中力偶 段有均布力，A 截面有集中力偶标准答案：D 9. 变截面梁AB如图所示。梁AB在A处受到的支座反力为( )。 （2分） A.５Ｐ/４ B.Ｐ C.３Ｐ/４ D.Ｐ/２ 标准答案：B 10. 材料相同的两矩形截面梁如图示，其中(B)梁是用两根高为 ,宽为b的矩形截面梁叠合而成，且相互间磨擦不计，则下面结论中正确的是( )。 （2分）A.强度和刚度均不相同 B.强度和刚度均相同 C.强度相同，刚度不同 D.强度不同，刚度相同 标准答案：A 11. 图示梁的正确挠曲线大致形状为( )。（2分） A. 标准答案：B
目录 一、 关于材料力学课程设计 (2) 二、 设计题目 (2) 三、 设计内容 (3) 3.1 柴油机曲轴的受力分析 (3) 3.2 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D (6) 3.3 设计h 和b,校核曲柄臂强度 (6) 3. 4 校核主轴颈H —H 截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。键 槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工 (6) 3.5 用能量法计算A —A 截面的转角y θ，x θ (7) 3.6对计算过程的几点必要说明 (9) 3.7 改进方案 (10) 四、 计算机程序设计 (10) 4.1程序框图 (10) 4.2计算机程序 (11) 4.3输出结果 (12) 五、 设计体会 (12) 六、 参考书目 (12) 一、 关于材料力学课程设计 1.材料力学课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体，既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既把以前所学的知识(高等数学、工程图学、理论力
学、算法语言、计算机和材料力学等)综合运用，又为后继课程(机械设计、专业课等)打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项: (1)使学生的材料力学知识系统化、完整化; (2)在系统全面复习的基础上.运用材料力学知识解决工程中的实际问题; (3)由于选题力求结合专业实际.因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结 合起来; (4)综合运用了以前所学的多门课程的知识(高数、制图、理力、算法语言、计算 机等等)使相关学科的知识有机地联系起来; (5)初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法; (6)为后继课程的教学打下基础 2.材料力学课程设计的任务和要求 参加设计者要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法.独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题.画出受力分析计算简图和内力图.列出理论依据和导出计算公式.独立编制计算程序.通过计算机给出计算结果.并完成设计计算说明书. 3.材料力学课程设计的一般过程 材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似.从分析设计方案开始到进行必要的计算并对结构的合理性进行分析.最后得出结论.材料力学设计过程可大致分为以下几个阶段: (1)设计准备阶段:认真阅读材料力学课程设计指导书.明确设计要求.结合设计题目复习材料力学课程设计的有关理论知识.制定设计步骤、方法以及时间分配方案等; (2)从外力变形分析入手,分析及算内力、应力及变形,绘制各种内力图及位移、转角曲线; (3)建立强度和刚度条件.并进行相应的设计计算及必要的公式推导; (4)编制计算机程序并调试; (5)上机计算,记录计算结果; (6)整理数据,按照要求制作出设计计算说明书; (7)分析讨论设计及计算的合理性和优缺点,以及相应的改进意见和措施; 二、设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁（QT450—5），弹性常数为E 、μ，许用应力[σ],G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且2t r F F = 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b ≤4，3l =1.2r ，有关数据如下表：
11-6 图示悬臂梁，横截面为矩形，承受载荷F 1与F 2作用，且F 1=2F 2=5 kN ，试计算梁内的 最大弯曲正应力，及该应力所在截面上K 点处的弯曲正应力。 解：(1) 画梁的弯矩图 (2) 最大弯矩（位于固定端）： max 7.5 M kN = (3) 计算应力： 最大应力： K 点的应力： 11-7 图示梁，由No22槽钢制成，弯矩M =80 N.m ，并位于纵向对称面（即x-y 平面）内。 试求梁内的最大弯曲拉应力与最大弯曲压应力。 解：(1) 查表得截面的几何性质： 4020.3 79 176 z y mm b mm I cm === (2) 最大弯曲拉应力（发生在下边缘点处） ()30max 8 80(7920.3)10 2.67 17610x M b y MPa I σ -+-?-?-?===? 6max max max 22 7.510176 408066 Z M M MPa bh W σ?====?6max max 33 7.51030 132 ******** K Z M y M y MPa bh I σ????====? x M 1 z M M z
(3) 最大弯曲压应力（发生在上边缘点处） 30max 8 8020.3100.92 17610 x M y MPa I σ ---???===? 11-8 图示简支梁，由No28工字钢制成，在集度为q 的均布载荷作用下，测得横截面C 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 =200 Gpa ，a =1 m 。 解：(1) 求支反力 31 44 A B R qa R qa = = (2) 画内力图 (3) 由胡克定律求得截面C 下边缘点的拉应力为： 49max 3.010******* C E MPa σε+-=?=???= 也可以表达为： 2 max 4C C z z qa M W W σ+== (4) 梁内的最大弯曲正应力： 2 max max max 993267.5 8 C z z qa M MPa W W σσ+ = === q x x F S M