2003北京航天大学材料力学试题 【一】、选择题,从所给答案中选择一个正确答案(本题共10分,每小题5分) 1、在下列四种工程材料中,_________不可应用各向同性假设。 A.铸铁；B.玻璃；C.松木；D.铸铜。 2、设图示任意平面图形对该平面内的1Z 、2Z 、3Z 轴的惯性矩分别为1I 、2I 、3I ,对点的极惯性矩为p I ,在列关系式中,_________是正确的。(1Z 轴垂直于3Z 轴) A.2I =1I ＋3I ； B.p I =1I ＋2I ； C.p I =1I ＋3I ； D.p I =2I ＋3I 。 题一.2图 【二】、填空题(本题共20分,每小题5分) 1、如题二(1)图a 所示圆轴承受扭距T,在沿轴线成45°处贴有电阻应变片1R 和2R 。将1R 和2R 接到题二(1)图b 所示电桥上,电桥中3R 和4R 是阻值相同的固定电阻。设电阻应变仪上的读数应变为ε,则应变片1R 的应变1ε=________。 题一.1图 2、杆1、2和3的横截面积及长度均相等,其材料的应力应变去向如题二(2)图所示。则______强度最高。 ______刚度最高。______塑性最好。
3、已知各向同性线弹性材料常数为E ,泊松比为μ,材料内某点主应变 1σ>2σ>3σ=0。则此点第三主应变3ε(1ε>2ε>3ε)的大小为______，此点最大切应变m ax γ的大小为______。 4、影响构件疲劳的主要因素包括___________________，___________________，和___________________， 【三】、(15分)画出题三所示梁的剪力图和弯矩图。 题三图 【四】、(20分)图示桁架两杆材料相同,拉压许用应力相等,为[]σ。两杆夹角为α,2杆长为l 。节点B 作用向下的载荷F 。不考虑稳定条件。1.设计两杆的横截面积1A 和2A ；2.将1A 、2A 、α作为可设计量,保持结构其余参数不变,求结构重量最轻时的α值。
11-2. 桥式起重机上悬挂一重量G=50kN 的重物，以匀速度v=1m/s 向前移动（在 图中移动的方向垂直于纸面）。若起重机突然停止移动，重物将象单摆一样向前摆动。若梁为No14工字钢，吊索截面面积A=5×10-4m 2，试问当惯性力为最大值时，梁及吊索内的最大应力增加多少？ 解：（1）起重机突然停止时，吊索以初速v 作圆周运动，此时吊索轴力增量是 kN R v g G ma N n D 28.12 =?==Δ （2）吊索的应力增量是 MPa A N σD d 56.2== ΔΔ （3）梁内最大弯矩的增量是 l N M D ΔΔ4 1 = （4）查表得梁的抗弯截面系数 3610102m W -?= （5）梁内最大正应力的增量是 MPa W M σd 68.15'==ΔΔ 11-4. 轴上装一钢质圆盘，盘上有一圆孔。若轴与盘ω=40 1/s 的匀角速度转动， 试求轴内因这一圆孔引起的最大正应力。
解：（1）假设挖空圆盘和圆孔部分的质量分别是M 和m ，它们的质心距轴线的 距离分别为R 的r ，则有 mr MR = （2）挖空圆盘的惯性力是 kN ωr g V γωmr ωMR Ma F n n 64.10222=?= === 上式中钢的密度取 3/8.76m kN γ= （3）轴内的最大正应力增量是 MPa W l F W M σn d 5.1241max max ===Δ 11-5. 在直径为100mm 的轴上装有转动惯量I=0.5kN ?m ?s2的飞轮，轴的转速为 300r/min 。制动器开始作用后，在20转内将飞轮刹住，试求轴内最大剪应力。设在制动器作用前，轴已与驱动装置脱开，且轴承的磨擦力矩可以不计。 解：（1）飞轮作匀减速转动 2 2 20/25.120 /42.3130 s rad φ ωωεωs rad π n ωt t -=-=∴=== （2）惯性力距是 kNm εI m d 96.1=-= （3）轴在飞轮和制动器之间发生扭转变形 MPa d πT W T τm T t d 10163 max === ∴= 11-6. 钢轴AB 的直径为80mm ，轴上有一直径为80mm 钢质圆杆CD ，CD 垂直 于AB 。若AB 以匀角速度ω=40rad/s 转动。材料的许用应力[σ]=70MPa ，密度为7.8g/cm3。试校核AB 轴及CD 杆的强度。
50 第十一章能量法 第十一章能量方法 第十一章答案 11.1 图示桁架各杆的材料相同，截面面积相等。试求在 F 力作用下，桁架的变形能。 F 2 F F F , 3 F N 1 N 2 N 2 F 2 A 1 2 3 B l 2 2 2 F 2 2 2 F l l 2 2 F (x) 2 N V dx 2EA 2EA 2EA l l 2 2 3F l 4EA . 11.2计算图示各杆的应变能。 M e A 2A A A EI A A EI A F C A C B l/3 2l/3 B l l x1x2 (a) (b) M e/l M e/l (a) V 2 2 3 2 F l F l F l 2EA 4EA 4EA .
(b) 2 2 M M e e x x 1 2 l l l /3 2l /3 V dx dx 1 2 0 2EI 0 2EI l /3 2l /3 2 2 2 2 M x x M l e 1 2 e 2 2EIl 3 3 18EI 0 0 .
第十一章能量法51 11.3 传动轴受力情况如图所示。轴的直径为40mm，材料为45钢，E = 210GPa， G = 80GPa。试计算轴的应变能。 0.36kN (b) 1kN 0.8kN ·m 由扭转引起的应变能： 2 80 0.2 V dx 2 0 2 p GI 0.32 200 200 由弯曲引起的应变能： 2 0.2 (531.4x) V 2 dx 0.029 1 2EI V V 1 V 2 0.061J. 11.4 计算图示梁的应变能，并说明是否满足 叠加原理及其原因。 Me=Fl F 2 2 3 l (Fl Fx) F l V dx 0 2 6 EI EI EI x 而 2 2 3 l (Fl ) F l V dx 1 0 2EI 2EI l 2 2 3 l ( Fx) F l V dx 2 0 2EI 6EI . 不满足叠加原理，因为应变能与内力的关系不是线性的。
第十一章静不定结构
目录 第十一章静不定结构 (3) §11.1 静不定结构概述 (3) 一、基本构件 (3) 二、静不定结构 (3) §11.2 用力法解静不定结构 (4) 一、只有一个多余约束的情况 (4) 二、有多个多余约束情况 (5) §11.3 对称及反对称性质的利用 (7) §11.4 连续梁及三弯矩方程 (8)
第十一章 静不定结构 §11.1 静不定结构概述 一、 基本构件 1. 桁架：直杆通过铰节点连接，何载作用在节点上，每一杆件只承受拉伸或压缩。 2. 刚架：直杆通过刚节点连接，每一杆件可以承受拉伸、压缩、弯曲和扭转。 3. 连续梁：连续跨过若干支座的梁。 二、 静不定结构 1. 静不定结构：支座反力不能完全由静力平衡方程求出的结构。分外力静不定结构和内力静不定结构。 2. 几何（运动）不变结构：结构只存在由变形所引起的位移。 3. 多余约束：结构中超过使体系保持几何不变结构的最少约束的约束。 桁架（内力静不定结构） 刚架1（内力静不定结构） 连续梁（外力静不定结构） 维持结构几何不几何可变
多余约束 多余约束用 4. 静不定次数的判断：去掉多余约束使原结构变成静定结构，去掉多余约束的个数为静不定的次数。 多余约束 R R 解除一个活动铰，相当于解除一个约束；解除一连杆，相当于解除一个约束；解除单铰，相当解除两个约束 5. 基本静定系：解除静不定结构的某些约束后得到的静定结构。 6. 静不定结构的基本解法：力法和位移法。 §11.2 用力法解静不定结构 一、只有一个多余约束的情况 如图所示结构，求其约束反力 解：1. 将约束解除得到基本静定系 B 1X F R2F R2
第十一章 能量方法 第十一章答案 11.1 图示桁架各杆的材料相同，截面面积相等。试求在F 力作用下，桁架的变形能。 12 ,N N F F == 32 N F F = 2 2 22222()2222N F F l l F x V dx EA EA EA ε???? ? ?????==+? 2234F l EA =. 11.2计算图示各杆的应变能。 (a)
2223244F l F l F l V EA EA EA ε=+=. (b) 22 12/32/3120022e e l l M M x x l l V dx dx EI EI ε???? ? ?????=+?? /32/322221220023318l l e e M M l x x EIl EI ?????? ?=+= ? ? ??????? . 11.3 传动轴受力情况如图所示。轴的直径为40mm ，材料为45钢，E = 210GPa ， G = 80GPa 。试计算轴的应变能。 由扭转引起的应变能： 2 0.2 20 80 0.0322p V dx GI ε==? 由弯曲引起的应变能： 2 0.2 10 (531.4)20.0292x V dx EI ε==? 120.061J V V V εεε=+=. 11.4 计算图示梁的应变能，并说明是否满足叠加原理及其原因。 223 0()26l Fl Fx F l V dx EI EI ε-==? 0.36kN (b) 1kN 200 200 EI Me=Fl F x
而 223 10()22l Fl F l V dx EI EI ε==? 223 20()26l Fx F l V dx EI EI ε-==?. 不满足叠加原理，因为应变能与内力的关系不是线性的。 11.5在外伸梁的自由端作用力偶矩 跨度中点C 的挠度w c 。 （见课本下册p40例12-4） 11.6 图示刚架的各杆的EI 皆相等，试求截面A 、B 的位移和截面C 的转角。 (a) A 点：在A 点加一个向下的单位力。M (x 1)=0, M (x 2)=Fx 2, M (x 3)=Fb
材料力学-第一章
2005年注册岩土工程师考前辅导精讲班 材料力学 第二讲剪切 【内容提要】 本讲主要讲连接件和被连接件的受力分析，区分剪切面与挤压面的区别，剪切和挤压的计算分析，剪力互等定理的意义及剪切虎克定律的应用。 【重点、难点】 本讲的重点是剪切和挤压的受力分析和破坏形式及其实用计算，难点是剪切面和挤压面的区分，挤压面积的计算。 一、实用(假定)计算法的概念 螺栓、销钉、铆钉等工程上常用的连接件及其被连接的构件在连接处的受力与变形一般均较复杂，要精确分析其应力比较困难，同时也不实用，因此，工程上通常采用简化分析方法或称为实用(假定)计算法。具体是： 1．对连接件的受力与应力分布进行简化假定，从而计算出各相关部分的“名义应力”；2．对同样连接件进行破坏实验，由破坏载荷采用同样的计算方法，确定材料的极限应力。 然后，综合根据上述两方面，建立相应的强度条件，作为连接件设计的依据。实践表明，只要简化假定合理，又有充分的试验依据，这种简化分析方法是实用可靠的。 二、剪切与剪切强度条件 当作为连接件的铆钉、螺栓、销钉、键等承受一对大小相等、方向相反、作用线互相平行且相距很近的力作用时，当外力过大；其主要破坏形式之一是沿剪切面发生剪切破坏，如图2-1所示的铆钉连接中的铆钉。因此必须考虑其剪切强度问题。
连接件与其所连接的构件，挤压面上挤压应力。：假定挤压面上的挤压应力均匀分布。于是；挤压应力，与相应的挤压强度条件分别为 式中：Pc为挤压面上总挤压力；Ac为挤压面的面积。当挤压面为半圆柱形曲面时取垂直挤压力方向直径投影面积。如图2—2所示的取Ac=dt。[]为许用挤压应力其值等于挤压极限应力除以安全系数。在实用（假定）计算中的许用剪应力[]、许用挤压应力[ ]，与许用拉应力[]之间关系有：对于钢材 [ ]=（0.75～0.80）[ ] []=（1.70～2.00）[] 四、纯剪切与剪应力互等定理 (一) 纯剪切：若单元体上只有剪应力而无正应力作用，称为纯剪切。如图2-3(a)所示，是单元体受力最基本、最简单的形式之一。 在剪应力作用下．相邻棱边所夹直角的改变量．称为剪应变，用表示，其单位为rad。如图2-3(b)所示。
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
北航《材料力学》在线作业三 一、单选题（共 20 道试题，共 80 分。） 1. 对于不同柔度的塑性材料压杆，其最大临界应力将不超过材料的（） A. 比列极限 B. 弹性极限 C. 屈服极限 D. 强度极限 满分：4 分 2. 在平面图形的几何性质中，（）的值可正、可负、也可为零。 A. 静矩和惯性矩 B. 极惯性矩和惯性矩 C. 惯性矩和惯性积 D. 静矩和惯性积 满分：4 分 3. 图示简支梁，截面C的挠度与（）成反比例关系。 A. 跨度L B. 荷载集度q C. q的作用区域a D. 材料的弹性模量E 满分：4 分 4. 某机器的圆轴用45号钢制成，在使用中发现弯曲刚度不够，改善抗弯刚度的有效措施是（） A. 对轴进行调质热处理 B. 改用优质合金钢
C. 加粗轴径 D. 增加表面光洁度 满分：4 分 5. 如图所示，在平板和受啦螺栓之间垫上一个垫圈，可以提高（）强度。 A. 螺栓的拉伸 B. 螺栓的剪切 C. 螺栓的挤压 D. 平板的挤压 满分：4 分 6. 表示扭转变形程度的量（）。 A. 是扭转角，不是单位扭转角 B. 是单位扭转角，不是扭转角 C. 是扭转角和单位扭转角 D. 不是扭转，也不是单位扭转角 满分：4 分 7. 挠曲线近似微分方程不能用于计算（）的位移。 A. 变截面直梁 B. 等截面曲梁 C. 静不定直梁 D. 薄壁截面等直梁 满分：4 分
8. 在水平压缩冲击问题中，曾得到这样一个结论，杆件体积越大，相应的冲击应力越小，该结 论（） A. 只适用于等截面直杆，不适用于变截面直杆 B. 只适用于变截面直杆，不适用于等截面直杆 C. 既适用于等直杆，也适用于变截面直杆 D. 既不适用于等直杆，也不适用于变截面直杆 满分：4 分 9. 图示刚性槽内嵌入一个铝质立方块，设铝块与钢槽间既无间隙，也无摩擦，则在均布压力p 作用下铝块处于（） A. 单向应力状态，单向应变状态 B. 平面应力状态，平面应变状态 C. 单向应力状态，平面应变状态 D. 平面应力状态，单向应变状态 满分：4 分 10. 非对称薄壁截面梁只发生平面弯曲、不发生扭转的横向力作用条件是（）。 A. 作用面平行于形心主惯性平面 B. 作用面重合于形心主惯性平面 C. 作用面过弯曲中心 D. 作用面过弯曲中心且平行于形心主惯性平面 满分：4 分 11. 在下列关于轴向拉压杆轴力的说法中，（）是错误的。 A. 拉压杆的内力只有轴力
北京航空航天大学2015春《材料力学》在线作业一满分答案
15春北航《材料力学》在线作业一满分答案 一、单选题（共20道试题，共80分。） 1. 图示平面刚架AB段的内力分量（）为零 M 和Q A. B. M 和N c.N和Q d.N 正确答案：A 2.在轴向拉压杆和受扭圆轴的横截面上分别产生（）。 A.线位移、线位移 B.角位移、角位移
C.线位移、角位移
D.角位移、线位移 正确答案：C 3.梁的挠度是（）。 A.横截面上任一点沿梁轴垂直方向的线位移 B.横截面形心沿梁轴垂直方向的线位移 C.横截面形心沿梁轴方向的线位移 D.横截面形心的位移 正确答案：B 4.中性轴是梁的（）的交线。 A.纵向对称面与横截面 B.纵向对称面与中性层 C.横截面与中性层 D.横截面与顶面或底面 正确答案：C 5. 图示单元体（）无线应变。 A.仅沿X方向
仅沿y方向 B. c.沿x,y两个方向 d.沿任意方向 正确答案：C 5.在横截面面积相等的条件下，（）截面杆的抗扭强度最高。 A.正方形 B.矩形 C.实心圆形 D.空心圆形 正确答案：D 6.在冲击应力和变形实用计算的能量法中，因 为不计被冲击物的质量，所以计算结果与实 际情况相比，（） A.冲击应力偏大，冲击变形偏小 B.冲击应力偏小，冲击变形偏大 C.冲击应力和变形均偏大 D.冲击应力和变形均偏小
正确答案：C 7.长度和受载形式均相同的两根悬臂梁，若其抗弯截面刚度EI相同，而截面形状不同， 则两梁的（） A.最大正应力相等，最大挠度不等 B.最大正应力不等，最大挠度相等 C.最大正应力和最大挠度都不等 D.最大正应力和最大挠度都相等 正确答案：B 8.在三向压应力接近相等的情况下，脆性材料和塑性材料的破坏方式（）。 A.分别为脆性断裂、塑性流动 B.分别为塑性流动、脆性断裂 C.都为脆性断裂 D.都为塑性流动 正确答案：D 10. 下列四根圆轴，横截面面积相同，单位长度扭转角
北航《材料力学》在线作业二 试卷总分：100 测试时间：-- 试卷得分：100 1. T 形截面铸铁梁，设各个截面的弯矩均为正值，则将其截面按图（ ）所示的方式布置，梁的强度最高。 A. A B. B C. C D. D 满分：4 分 得分：4 2. 三根杆的横截面面积及长度均相等，其材料的应力—应变曲线分别如图所示，其中强度最高、刚度最大、塑性最好的杆分别是（ ）。 A. a,b,c B. b,c,a C. b,a,c D. c,b,a 满分：4 分 得分：4 3. 一拉伸钢杆，弹性模量E=200GPa ，比例极限σp=200MPa ，今测得其轴向应变ε=0.0015，则横截面上的正应力（）。 A. σ=Eε=300MPa B. σ>300MPa C. 200MPa<σ<300MPa D. σ<200MPa 单选题 判断题 一、单选题（共 20 道试题，共 80 分。） 得分：80V n m l k j i n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j i n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j i n m l k j
满分：4 分 得分：4 4. 如图所示，在平板和受啦螺栓之间垫上一个垫圈，可以提高（ ）强度。 A. 螺栓的拉伸 B. 螺栓的剪切 C. 螺栓的挤压 D. 平板的挤压 满分：4 分 得分：4 5. 某机轴的材料为45号钢，工作时发生弯曲和扭转组合变形。对其进行强度计算时，宜采用（ ）强度理论。 A. 第一或第二 B. 第二或第三 C. 第三或第四 D. 第一或第四 满分：4 分 得分：4 6. 在下列关于轴向拉压杆轴力的说法中，（）是错误的。 A. 拉压杆的内力只有轴力 B. 轴力的作用线与杆轴重合 C. 轴力是沿杆轴作用的外力 D. 轴力和杆的横截面和材料无关 满分：4 分 得分：4 7. 若某低碳钢构件危险点的应力状态为近乎三向等值拉伸，进行强度校核时宜采用（）强度理论。 A. 第一 B. 第二 C. 第三 D. 第四 满分：4 分 得分：4 8. 图示简支梁，截面C 的挠度与（ ）成反比例关系。 A. 跨度L n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j i n m l k j n m l k j n m l k j i n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j i n m l k j n m l k j i n m l k j n m l k j n m l k j n m l k j
第十一章 能量方法 11.1 图示桁架各杆的材料相同，截面面积相等。试求在F 力作用下，桁架的变形能。 12,2 N N F F F == 32N F F = 2 222222()2222N F F l l F x V dx EA EA EA ε???? ? ?????==+? 2234F l EA =. 11.2计算图示各杆的应变能。 (a) 2223244F l F l F l V EA EA EA ε=+=. (b) 22 12/32/3120022e e l l M M x x l l V dx dx EI EI ε???? ? ?????=+?? /32/322221220023318l l e e M M l x x EIl EI ?????? ?= += ? ? ??????? .
11.3 传动轴受力情况如图所示。轴的直径为40mm ，材料为45钢，E = 210GPa ，G = 80GPa 。试计算轴的应变能。 由扭转引起的应变能： 2 0.2 20 800.0322p V dx GI ε==? 由弯曲引起的应变能： 2 0.2 10 (531.4)20.0292x V dx EI ε==? 120.061J V V V εεε=+=. 11.4 计算图示梁的应变能，并说明是否满足叠加原理及其原因。 223 0()26l Fl Fx F l V dx EI EI ε-==? 而 2 23 10()22l Fl F l V dx EI EI ε==? 223 20()26l Fx F l V dx EI EI ε-==?. 不满足叠加原理，因为应变能与内力的关系不是线性的。
实验一 材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的 力学性能 预习要求： 1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容； 2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法； 一、实验目的 1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象，并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和断面收缩率ψ； 2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象； 3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象； 4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象； 5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。 二、实验设备与仪器 1、微控电子万能试验机； 2、扭转试验机； 3、50T 微控电液伺服万能试验机； 4、游标卡尺。 三、试件 试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准（GB6397—86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下： 试 件 标距长度 L 0 横截面积 A 0 圆试件直径 d 0 表示延伸 率的符号 比例/长短 03 .11A 或10d 0 任 意 任 意 δ10 0 65 .5A 或5d 0 任 意 任 意 δ 5 本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件（图一），试验段直径d 0=10mm ，标距l 0=100mm.。
本实验的压缩试件采用国家标准（GB7314-87）中规定的圆柱形试件h /d 0=2, d 0=15mm, h =30mm (图二)。 本实验的扭转试件按国家标准（GB6397-86）制做。 四、实验原理和方法 （一）低碳钢的拉伸试验 实验时，首先将试件安装在试验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量试验段的变形。然后开动试验机，缓慢加载，同时，与试验机相联的微机会自动绘制出载荷—变形曲线（F —?l 曲线，见图三）或应力—应变曲线（σ—ε曲线，见图四）。随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： 1、线性阶段 在拉伸的初始阶段，σ—ε曲线为一直线，说明应力σ与应变ε成正比，即满足胡克定律。线性段的最高点称为材料的比例极限（σp ），线性段的直线斜率即为材料的弹性模量E 。 若在此阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe ）。一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 2、屈服阶段 超过比例极限之后，应力与应变不再成正比，当载荷增加到一定值时，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象称为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs ）。 图二 h d 0 l 0 d 0 图一 ?l F 图三 ε σ σb σs σp B B ’ D E 图四 C
北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：弯扭组合实验学号姓名 实验时间：2010年月日试件编号试验机编号计算机编号应变仪编号百分表编号成绩 实验地点：实6-106 教师年月日一、实验目的 1．用电测法测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角； 2．测定圆轴上贴有应变片截面上的弯矩和扭矩； 3．学习电阻应变花的应用。 二、实验设备和仪器 1、砝码 2、电阻应变仪； 3、游标卡尺。 三、试件形状、尺寸、力学性能、编号； 所用实验试件为空心圆轴试件。D0＝38.00mm，内径d0=36mm，圆管长a=750mm,圆轴长b=750mm。中碳 钢材料屈服极限 s ＝360MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。试件照片如下所示试件示意力如下图所示
1、测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角； 圆轴试件的一端固定，另一端通过一拐臂承受集中荷载P ，圆轴处于弯扭组合变形状态，某一截面上下表面微体的应力状态及应变片的位置如图二和图三所示。 在圆轴某一横截面A －B 的上下两点贴三轴应变花（如图一），使应变花的各应变片方向分别沿0°和±45°。 根据平面应变状态应变分析公式： 图一 应变花示意图 图二 圆轴上表面微体的应力状态 图三 圆轴下表面微体的应力状态 Y X a=750 应变片 b=750 100 P=80N
αγαεεεεεα2sin 2 2cos 2 2 xy y x y x - -+ += （1） 可得到关于εx 、εy 、γxy 的三个线性方程组，解得： 45 45045450 εεγεεεεεε-=-+==--xy y x （2） 由平面应变状态的主应变及其方位角公式： 2 2 21222??? ? ??+???? ? ?-±+=xy y x y x γεεεεεε （3）0min max 2()2()xy xy x y tg γγαεεεε=- =- --或y x xy tg εεγα--=02 （4） 将式（2）分别代入式（3）和式（4），即可得到主应变及其方位角的表达式。 对于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律： ()()122 2212 111μεεμ σμεεμσ+-=+-= E E （5） 由式（2）~（5），可得一点的主应力及其方位角的表达式为： ()()() ()() 00 45 45045 4502 450 2 45 04545212212212-------= -+-+±-+=εεεεεαεε εεμμεεσσtg E E （6） 0ε、0 45ε和0 45-ε的测量可用1/4桥多点测量法同时测出（见图四）。 . 2、圆轴某一截面弯矩M 的测量： 轴向应力σx 仅由弯矩M 引起，故有： 图四 R i R i
材料力学答案第十一章
材料力学答案第十一章
第十一章 能量方法 第十一章答案 11.1 图示桁架各杆的材料相同，截面面积相等。试求在F 力作用下，桁架的变形能。 12,2N N F F F == 32 N F F = 2 22222()2222N F F l l F x V dx EA EA EA ε???? ?????==+? 2234F l EA =. 11.2计算图示各杆的应变能。 (a) 2223244F l F l F l V EA EA EA ε=+=. (b) 22 12/32/3120022e e l l M M x x l l V dx dx EI EI ε???? ? ?????=+??
/32/322221220023318l l e e M M l x x EIl EI ?????? ?=+= ? ? ??????? . 11.3 传动轴受力情况如图所示。轴的直径为40mm ，材料为45钢，E = 210GPa ，G = 80GPa 。试计算轴的应变能。 由扭转引起的应变能： 2 0.2 20 800.0322p V dx GI ε==? 由弯曲引起的应变能： 2 0.2 10 (531.4)20.0292x V dx EI ε==? 120.061J V V V εεε=+=. 11.4 计算图示梁的应变能，并说明是否满足叠加原理及其原因。 2 23 0()26l Fl Fx F l V dx EI EI ε-==? 而 223 10()22l Fl F l V dx EI EI ε==? 223 20()26l Fx F l V dx EI EI ε-==?. 不满足叠加原理，因为应变能与内力的关系不是线性的。 1k 2 2 EI Me=Fl F l x
实验时间：2010年月 实验地点： 一、实验目的 1．用电测法测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角； 2．测定圆轴上贴有应变片截面上的弯矩和扭矩； 3．学习电阻应变花的应用。 二、实验设备和仪器 1、砝码 2、电阻应变仪； 3、游标卡尺。 三、试件形状、尺寸、力学性能、编号； 所用实验试件为空心圆轴试件。D0＝38.00mm，内径d0=36mm，圆管长a=750mm,圆轴长b=750mm。中碳 ＝360MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。试件照片如下所示 钢材料屈服极限 s 试件示意力如下图所示
1、测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角； 圆轴试件的一端固定，另一端通过一拐臂承受集中荷载P ，圆轴处于弯扭组合变形状态，某一截面上下表面微体的应力状态及应变片的位置如图二和图三所示。 在圆轴某一横截面A －B 的上下两点贴三轴应变花（如图一），使应变花的各应变片方向分别沿0°和±45°。 根据平面应变状态应变分析公式： 图一 应变花示意图 图二 圆轴上表面微体的应力状态 图三 圆轴下表面微体的应力状态
αγαεεεεεα2sin 2 2cos 2 2 xy y x y x - -+ += （1） 可得到关于εx 、εy 、γ xy 的三个线性方程组，解得： 45 45045450 εεγεεεεεε-=-+==--xy y x （2） 由平面应变状态的主应变及其方位角公式： 2 221222??? ? ??+???? ? ?-±+=xy y x y x γεεεεεε （3）0min max 2()2()xy xy x y tg γγαεεεε=- =- --或y x xy tg εεγα--=02 （4） 将式（2）分别代入式（3）和式（4），即可得到主应变及其方位角的表达式。 对于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律： ()()122 2212 111μεεμσμεεμσ+-= +-= E E （5） 由式（2）~（5），可得一点的主应力及其方位角的表达式为： ()()()()() 00 45 45045 4502 450 2 45 04545212212212-------= -+-+±-+=εεεεεαεε εεμ μεεσσtg E E （6） 0ε、0 45ε和0 45-ε的测量可用1/4桥多点测量法同时测出（见图四） 。 . 2、圆轴某一截面弯矩M 的测量： 轴向应力σx 仅由弯矩M 引起，故有： 图四 R i R i
实验一电测法基本原理及贴片实验 预习要求： 预习材力(Ⅱ)‘应力分析的实验方法’一章中有关电测法的内容。 一、实验目的 1、了解电测法的基本原理； 2、了解应变片的基本构造和特点； 3、学习应变片的贴片方法； 二、实验设备与仪器 1、贴片工具； 2、数字万用表； 3、应变片； 4、硬铝拉伸试样； 5、电阻应变仪； 6、万能试验机。 三、电测法基本原理和应变片的粘贴及检验方法 1）电测法基本原理： 电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。 图一电阻应变片的结构示图 试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变
形，这时，敏感栅的电阻由初始值R 变为R+ΔR 。在一定范围内，敏感栅的电阻变化率ΔR/R 与正应变ε成正比，即： R k R ε ?= (1) 上式中，比例常数k 为应变片的灵敏系数。故只要测出敏感栅的电阻变化率，即可确定相应的应变。 构件的应变值一般都很小，相应的应变片的电阻变化率也很小，需要用专门的仪器进行测量，测量应变片的电阻变化率的仪器称为电阻应变仪，其基本测量电路为一惠斯通电桥。 图二 电阻应变仪的基本测量电路 电桥B 、D 端的输出电压为： 14231234()() BD R R R R U U R R R R -?= ++ (2) 当每一电阻分别改变1234,,,R R R R ????时，B 、D 端的输出电压变为： 1144223311223344()()()()()() R R R R R R R R U U R R R R R R R R +?+?-+?+??= +?++?+?++? (3) 略去高阶小量，上式可写为： 312 1 2 42 121 2 3 4 ( )() BD R R R R R R U U R R R R R R ?????=- -+ + (4) 在测试时，一般四个电阻的初始值相等，则上式变为： 312 4 1 23 4 ()4BD R R R R U U R R R R ?????= -- + (5) 将式(1)代入上式，得到：
材料力学各章重点 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ζ=Eε成立。 (A) 屈服极限ζs；(B)弹性极限ζe；(C)比例极限ζp；(D)强度极限ζb。 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ζp ；（B ）名义屈服极限ζ0.2； （C ）强度极限ζb ；（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)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)ζs 和δ； (B)ζs 和ψ； (C)δ和ψ； (D)ζs ,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［ζ］= C 。 (A)ζp/n ； (B)ζe/n ； (C)ζs/n ； (D)ζb/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。 9、图示两端固定阶梯形钢杆，当温度升高时 D 。 A B C D 3题图