材料力学习题答案讲解学习
第二章 轴向拉伸与压缩
2-1 试求图示直杆横截面1-1、2-2、3-3上的轴力，并画出轴
F N (kN)
F N1= -2kN F N2 = 0kN F N3= 2kN
(a (b )
2-2 图示中部对称开槽直杆，试求横截面1-1和2-2上的正应力。
解： 1．轴力
由截面法可求得，杆各横截面上的轴力为 kN 14N -=-=F F 2．应力 4
201014311N 11??-==--A F σMPa 175-=MPa ()4
10201014322N 2
2?-?-==--A F σMPa 350-=MPa
2-3 图示桅杆起重机，起重杆AB 的横截面是外径为mm 20、内径为mm 18的圆环，钢丝绳BC 的横截面面积为2mm 10。试求起重杆AB 和钢丝绳
=2kN
解：
1．轴力
取节点B 为研究对象，受力如图所示，
0=∑x F ： 045cos 30cos N N =++οοF F F AB BC
0=∑y F ： 045sin 30sin N =--οοF F AB
由此解得： 83.2N -=AB F kN ， 04.1N =BC F kN 2．应力
起重杆横截面上的应力为
()
223
N 18204
1083.2-??-=
=πσAB AB AB A F MPa 4.47-=MPa 钢丝绳横截面上的应力为
10
1004.13N ?==BC BC BC
A F σMPa 104=MPa
2-4 图示由铜和钢两种材料组成的等直杆，铜和钢的弹性模量分别为GPa 1001=E 和GPa 2102=E 。若杆的总伸长为
mm 126.0Δ=l ，试求载荷F 和杆横截面上的应力。
解：
1．横截面上的应力 由题意有 ????
??+=+=
?+?=?221
1221121E l E l A E Fl A E Fl l l l σ 由此得到杆横截面上的应力为
33221110210400
10100600126
.0?+?=
+
?=E l E l l σMPa 9.15=MPa 2．载荷
2404
9.15??==π
σA F N 20=kN
学习资料
2-5 图示阶梯形钢杆，材料的弹性模量GPa 200=E ，试求杆横截面上的最大正应力和杆的总伸长。
解：
1．最大正应力
由于杆各横截面上的轴力相同，故杆横截面上的最大正应力发生在BC 段的任一横截面上，即
127.3MPa MPa 204
10402
3
N max =??==πσBC A F
2．杆的总伸长
mm
57.0mm 20800404001020010404 44
4 223322
22=??
? ??+???=???
? ??+=+
=
+=?+?=?ππ
ππBC BC AB AB BC
BC
AB
AB BC BC
AB AB
BC AB d l d l E F d E Fl d E
Fl EA Fl EA Fl l l l
2-6 图示电子秤的传感器为一空心圆筒形结构，圆筒材料的弹性模量GPa 200=E 。在秤某一沿圆筒轴向作用的重物时，测得筒壁
产生的轴向线应变6108.49-?-=ε
解：
圆筒横截面上的轴力为 G F -=N 由胡克定律
EA
G E -==σε
可以得到此重物的重量为
()[]
kN
20 N 2980804
10200108.49 2236=?--??
???=-=-π
εEA
G
第三章 材料的力学性质 拉压杆的强度计算
3-1 图示水压机，若两根立柱材料的许用应力为MPa 80][=σ，试校核立柱的强度。
解：
立柱横截面上的正应力为
][59.74
802
106002MPa MPa 23σπσ<=??==A F
所以立柱满足强度条件。
3-2 图示油缸盖与缸体采用6个螺栓连接。已知油缸内径
mm 350=D ，油压MPa 1=p 。若螺栓材料的许用应力MPa 40][=σ，试求螺栓的内径。
解：
由于内压的作用，油缸盖与缸体将有分开的趋势，依靠六个螺栓将它们固定在一起。 油缸盖受到的压力为
4
2
D p F π?=
由于6个螺栓均匀分布，每个螺栓承受的轴向力为
4
6162
N D p F F π?==
由螺栓的强度条件
2
222N 64
461d pD d D p A F =?
?==ππσ≤][σ 可得螺栓的直径应为 d ≥
mm 6.22mm 3501
=?=D p
σ
3-3 图示铰接结构由杆AB 和AC 组成，杆AC 的长度为杆AB 长度的两倍，横截面面积均为2mm 200=A 。两杆的材料相同，许用应力MPa 160][=σ。试求结构的许用载荷][F 。
解：
由0=∑x F ： 045sin 30sin N N =-οοAB AC F F 可以得到：
AB AB AC F F F N N N 2>=
即AC 杆比AB 杆危险，故
32N 200160][N =?==A F AC σkN
21621
N N ==AC AB F F kN 由0=∑y F ： 030cos 45cos N N =-+F F F AC AB οο 可求得结构的许用载荷为 ][F 7.43=kN
3-4 承受轴力kN 160N =F 作用的等截面直杆，若任一截面上的切应力不超过MPa 80，试求此杆的最小横截面面积。
解：
由切应力强度条件
A
F
22N max ==στ≤][τ
可以得到
A ≥80210160][23
N ??=τF mm 21000=mm 2
3-5试求图示等直杆AB各段内的轴力。
解：
为一次超静定问题。设支座反力分别为
A
F和B F
由截面法求得各段轴力分别为
A
AC
F
F=
N
，F
F
F
A
CD
2
N
-
=，B
DB
F
F=
N
①
静力平衡方程为
=
∑y F：0
2=
-
-
-B
A
F
F
F
F②
变形协调方程为
=
?
+
?
+
?
=
?
DB
CD
AC
l
l
l
l③
物理方程为
EA
a
F
l AC
AC
N
=
?，
EA
a
F
l CD
CD
2
N
=
?，
EA
a
F
l DB
DB
N
=
?④
由①②③④联立解得：F
F
A4
7
=，F
F B
4
5
-
=
故各段的轴力分别为：F
F
AC4
7
N
=，
4
N
F
F CD-
=，F
F DB
4
5
N
-
=。
3-6图示结构的横梁AB可视为刚体，杆1、2和3的横截面面
积均为A，各杆的材料相同，许用应力为]
[σ。试求许用载荷]
[F。
解：
为一次超静定问题。
由对称性可知，
BF
AD
F
F N
N
=，BF
AD
l
l?
=
?。①
静力平衡条件：
=
∑y F：0
N
N
N
=
-
+
+F
F
F
F
BF
CE
AD
②
变形协调条件：
CE
AD
l
l?
=
?
即
EA
l
F
EA
l
F CE
AD
2
N
N
?
=
即
CE
AD
F
F N
N
2
=③
由①②③解得：F
F
F
F
CE
BF
AD5
2
2N
N
N
=
=
=
由AD 、BF 杆强度条件A
F BF AD 5
2==σσ≤][σ，可得该结构的许用载荷为
A F ][25
][σ=
3-7 图示铰接正方形结构，各杆的材料均为铸铁，其许用压应力与许用拉应力的比值为3][][t c =σσ，各杆的横截面面积均为A 。试求该结构的许用载荷][F 。
解：
B 点受力如图(a )所示，由平衡条件可得：2N F F =
由对称性可知，AD 、BD 、AC 、BC 四杆受拉，拉力均为2F
，
由拉杆的强度条件 A
F
2
t =
σ≤][t σ 可得 F ≤A ][2t σ ①
D 点受力如图(b )所示，由平衡条件可得：F F F -=-=N N
2＇
CD 杆受压，压力为F ，由压杆的强度条件
A
F
=c σ≤][3][t c σσ=
可得 F ≤A ][3t σ ② 由①②可得结构的许用载荷为A F ][2][t σ=。
3-8 图示横担结构，小车可在梁AC 上移动。已知小车上作用的载荷kN 15=F ，斜杆AB 为圆截面钢杆，钢的许用应力MPa 170][=σ。若载荷F 通过小车对梁AC 的作用可简化为一集中力，试确定斜杆AB
解：
由几何关系，有388.09
.18.08.0sin 2
2
=+=
α
取AC 杆为研究对象
0=∑C M ： 09.1sin N =-?Fx F AB α
由此可知：当m 9.1=x 时，
kN 66.38kN 388
.015
sin max N N ====αF F F AB AB
由 4
2
max
N max d
F AB AB πσ=≤][σ 可得
d ≥mm 17mm 170
1066.384][43
max N =???=πσπAB F
3-9 图示联接销钉。已知kN 100=F ，销钉的直径mm 30=d ，材料的许用切应力MPa 60][=τ。试校核销钉的剪切强度，若强度不够，应改用多大直径的销钉。
解：
1．校核销钉的剪切强度
2
3
2230101002242???===πππτd F d F MPa 7.70=MPa ][τ> ∴ 销钉的剪切强度不够。
2．设计销钉的直径 由剪切强度条件4
2
2
d F πτ=
≤][τ，可得
d ≥60101002][23
???=
πτπF mm 6.32=mm
3-10 图示凸缘联轴节传递的力偶矩为m N 200e ?=M ，凸缘之间用四个对称分布在mm 800=D 圆周上的螺栓联接，螺栓的内径
mm 10=d ，螺栓材料的许用切应力MPa 60][=τ。试校核螺栓的剪切强度。
n-n
截面0
解：
设每个螺栓承受的剪力为Q F ，则由 e 0
Q 42
M D F =?? 可得
e
Q 2D M F =
螺栓的切应力
80
1010200224
22
3
02e 20e
Q ????====πππτD d M d D M A F MPa 9.15=MPa ][τ< ∴ 螺栓满足剪切强度条件。
3-11 图示矩形截面木拉杆的接头。已知轴向拉力kN 50=F ，截面的宽度mm 250=b ，木材顺纹的许用挤压应力MPa 10][bs =σ，顺纹的许用切应力MPa 1][=τ。试求接头处所需的尺寸l 和a 。
解：
1． 由挤压强度条件
ab
F
=bs σ≤][bs σ 可得
a ≥102501050][3
bs ??=σb F mm 20=mm
2． 由剪切强度条件 bl
F
=
τ≤][τ 可得
l ≥
1
2501050][3
??=τb F mm 200=mm
3-12 图示螺栓接头。已知kN 40=F ，螺栓的许用切应力MPa 130][=τ，许用挤压应力MPa 300][bs =σ。试求螺栓所需的直径d 。
解：
1． 由螺栓的剪切强度条件
42
2d F πτ=≤][τ
可得
d ≥
13010402][23
???=πτπF mm 14=mm
20
bs ?=
d F
σ≤][bs σ 可得
d ≥
300
201040][203
bs ??=σF mm 7.6=mm 综合1、2，螺栓所需的直径为d ≥14mm 。
3-13 图示结构的AB 杆为刚性杆，A 处为铰接，AB 杆由钢杆BE 与铜杆CD 吊起。已知CD 杆的长度为m 1，横截面面积为2mm 500，铜的弹性模量GPa 1001=E ；BE 杆的长度为m 2，横截面面积为2mm 250，钢的弹性模量GPa 2002=E 。试求CD 杆和BE 杆中的应
力以及BE 杆的伸长。
解：为一次超静定问题。 静力平衡条件：
0=∑A M ： 05.120012N N =?-?+?CD BE F F ① 变形协调方程：CD BE l l ?=?2
即：
11N 22N 1
22A E F A E F CD BE ??=?
即： 1500
100250
2001122N N =??==A E A E F F CD BE ②
由①②解得：kN 100N N ==CD BE F F
各杆中的应力： MPa 400MPa 250101003
=?=BE σ
MPa 200MPa 500101003
=?=CD σ
钢杆伸长： mm 4mm 10210
200400
33
2=???=?=?=?BE BE BE BE BE l E l l σε
3-14 由两种材料粘结成的阶梯形杆如图所示，上端固定，下端与地面留有空隙mm 08.0=?。铜杆的21cm 40=A ，GPa 1001=E ，
161C 105.16--?=οα；钢杆的22cm 20=A ，GPa 2002=E ，162C 105.12--?=οα，在两段交界处作用有力F 。试求：
(1) F 为多大时空隙消失；
(2) 当kN 500=F 时，各段内的应力；
(3) 当kN 500=F 且温度再上升C 20ο时，各段内的应力。
解： 1．由1
11
A E l F ?=
?可得 3
2
311110110401010008.0?????=?=l A E F N 32=kN 2．当kN 500=F 时，空隙已消失，并在下端产生支反力，如图所示，
故为一次超静定问题。 (1) 静力平衡方程
∑=0y F ： 021=--F F F
即 32110500?=-F F ①
(2) 变形协调方程：
?=?+?2
2221111A E l
F A E l F
即：
08.01020102001021040101001012
33
22331=?????+?????F F 即： 32221=+F F ②
由①②解得： 3441=F kN ， 1562-=R kN 23
1104010344??=
σMPa 86=MPa
2
3
2102010156??-=σMPa 78-=MPa
3．当kN 500=F 且温度再上升20℃时，仍为一次超静定问题，此时静力平衡方程仍为①式，而变形协调方程为
?=???+???+?+?2211222
21111l t l t A E l F A E l F αα 即
08
.010220105.1210120105.16 10201020010210401010010136364
93
22331=????+????+?????+
?????---F F 即： 321103002?-=+F F ③ 由①③解得： 3.2331=F kN ， 7.2662-=R kN ∴ 3.58MPa 1040103.2332
3
1=??=σMPa 4.133MPa 1020107.2662
3
2-=??-=σMPa
第五章 梁的基础问题
5-1 试用截面法求图示梁中n n -横截面上的剪力和弯矩。
解：
(a ) 将梁从n -n 横截面处截开，横截面的形心为O ，取右半部分为研究对象，设n -n 横截面上的剪力弯距方向如图所示。 0=∑y F ： 068Q =--F ， 14Q =F kN
0=∑O M ：
03618=?+?+M ， 26-=M m kN ?
(b ) 对整个梁
0=∑B M ： 01644=??-?Ay F ， 6=Ay F kN
将梁从n -n 横截面处截开，横截面的形心为O ，取左半部分为研究对象，设n -n 横截面上的剪力弯距方向如图所示。 0=∑y F ： 0246Q =-?-F 2Q -=F kN
0=∑O M ： 012426=-??-?M
4=M m kN ?
5-2 试用截面法求图示梁中1-1横截面和2-2横截面上的剪力和弯矩。设1-1横截面和2-2横截面无限接近于载荷作用位置。
解：
(a ) 以整个梁为研究对象，求得支反力： 2
F F F By Ay == 由截面法，分别以1-1横截面的左半部分和2-2横截面的右半部分为研究对象，
求得： 21Q F F =， 41Fl
M =
22Q F F -=，
4
2Fl
M =
(b ) 以整个梁为研究对象，求得支反力： l M F Ay e -=，l
M
F By e =
由截面法，分别以1-1横截面的左半部分和2-2横截面的右半部分为研究对象，
求得： l M F e 1Q -=， 2e 1M
M -=
l M F e 2Q -=， 2
e 2M
M =
5-3 试写出图示梁的内力方程，并画出剪力图和弯矩图。 (a )
解：
1．求支反力
0=∑C M ： 0310126=?--?Ay F ， kN 7=Ay F
0=∑y F ：
010=-+By Ay F F ， kN 3=By F
2．列内力方程
???<<-<<=63 kN 33
0 kN 7)(Q x x x F
?
??≤≤≤≤?-?-=63 3
0 m kN )6(3m kN 127)(x x x x x M
3．作内力图
(b )
M
解：
1．求支反力
0=∑B M ： 02
212=?+-?l
ql ql l F Ay ， 0=Ay F
0=∑y F ：
0=-?-+ql l q F F By Ay ， ql F By 2=
2．列内力方程
23 0 )(Q l x l l
x ql qx x F <<<
???≤≤≤≤---
=23 0 )
23(2)(2l x l l
x x l ql qx x M
3．作内力图
5-4 试画出图示梁的剪力图和弯矩图。
M
(c )
解：
5-5 试用Q F 、M 与q 之间的微分关系判断图示梁的内力图形态，画出内力图，并求出max
Q F 和m ax M 。
(a )
B
M
F Q
解： F Q 图：
AC 段：q 为常数，且0 M 图： CB 段：q 为常数，且0>q ，F Q 图从左到右为向上的斜直线，M 图为向下凹的抛物线。 在C 截面处，F Q 图连续，M 图光滑。 (b ) 2 解： 1．求支反力 0=∑B M ： 02232=-??-?qa a a q a F Ay ， 35qa F Ay = 0=∑ y F ： 02=?-+a q F F By Ay ， 3 qa F By = 2．判断内力图形态并作内力图 F Q 图: AC 段：q 为常数，且0 向上凸的抛物线，在距A 端a 3 5 截面处，M 取极大值。 M 图： CB 段：0=q ，F Q 图为水平直线，且0Q 斜直线。 在C 截面处，F Q 图连续，M 图光滑。 (c ) P=qa 解： 1．求支反力 0=∑B M ：02223=?-??-?a qa a a q a F Ay ， qa F Ay 2= 0=∑y F ： 02=-?-+qa a q F F By Ay ， qa F By = 2．判断内力图形态并作内力图 F Q 图: AC 段：q 为常数，且0 向上凸的抛物线。C 截面处，有集中力F 作用，Q F 图突变， M 图不光滑。 M 图： CD 段：q 为常数，且0 DB 段：0=q ，Q F 图为水平直线，且0Q F 的斜直线。 (d ) 解： 1．求支反力 0=∑B M ： 86-?Ay F 0=∑ y F ： -+By Ay F F 2Q F 图： AD 段，0=q DB 段，0 AC 段，0=q ，且Q F C CD 段，0=q ，且Q F 平行； DB 段，0 5-6 图示起吊一根单位长度重量为q （kN/m ）的等截面钢筋混凝土梁，要想在起吊中使梁内产生的最大正弯矩与最大负弯矩的绝对值相等，应将起吊点A 、B 放在何处（即?=a ）？ 解： 作梁的计算简图如图（b ）所示，作梁的弯矩图，图（c ）所示。 由max max -+=M M ， 即 ()2 482 qa a l ql =- 即 04 2 2=-+l la a 由此求得上述方程的非负解为 l l a 207.02 1 2=-= 5-7 图示简支梁受移动载荷F 的作用。试求梁的弯矩最大时载荷F 的位置。 M 解： 设载荷F 移动到距A 支座为x 位置，梁的弯距图如图（b ）所示梁的最大弯矩发生在载荷F 所在截面，其值为 1、 求支反力 0=∑ B M ：0)(=--x l F l F Ay ，F l x l F Ay -= 2、做M 图，并求M max ()()F l x x l x M -= max 3、求M max 最大时的位置 由 ()()02d d max =-=x l l F x x M 由此求得 2 l x = 即：当移动载荷F 位于梁的中点时梁的最大弯矩M max 达到最大。 5-8 长度mm 250=l 、横截面宽度mm 25=b 、高度mm 8.0=h 的薄钢尺，由于两端外力偶矩的作用而弯成中心角为ο60的圆弧。已知钢的弹性模量GPa 210=E ，试求钢尺横截面上的最大正应力。 解： 根据题意 ρθ=l ， z EI M = ρ1 可以得到 l E E I M z θρ== 故钢尺横截面上的最大正应力为 MPa 9.351 MPa 2 8.0250 310210 2 3max max =?? ?=?== π θσh l E I My z 5-9 图示矩形截面简支梁。试求1-1横截面上a 、b 两点的正应力和切应力。 8kN 解： 1．求1-1横截面上的剪力和弯矩 0=∑B M ： 0182.2=?-?Ay F ， ∴kN 1140 =Ay F 截面上的剪力和弯矩为：kN 11 4011Q =-F ，m kN 1140 11?=-M 2．求1-1横截面上a 、b 两点的应力 4643 mm 101.21mm 1215075?=?=z I MPa 0.6MPa 10 1.214021501011406611=?? ?? ??-??==-z a a I y M σ MPa 0.4MPa 101.21752402 15040751011406 3* 11Q =????? ??-????= = -z z a bI S F τMPa 9.12MPa 10 1.2121501011406 611-=??? ? ??-??== -z b b I y M σ 0=b τ 5-10 为了改善载荷分布，在主梁AB 上安置辅助梁CD 。若主梁和辅助梁的抗弯截面系数分别为1z W 和2z W ，材料相同，试求a 的合理长度。 M CD 解： 1．作主梁AB 和辅助梁CD 的弯矩图 2．求主梁和辅助梁中的最大正应力 主 梁： ()11max max 4z z AB AB W a l F W M -== σ 辅助梁： 2 2max max 4z z CD CD W Fa W M == σ 3．求a 的合理长度 最合理的情况为 max max CD AB σσ= 即： ()44W Fa W a l F =- F 由此求得： l W W W a z z z 2 12 += 5-11 钢油管外径mm 762=D ，壁厚mm 9=t ，油的重度31m kN 3.8/=γ，钢的重度32m kN 67/=γ，钢管的许用正应力MPa 170][=σ l 。 解： 1．油管的内径mm 7442=-=t D d 作油管的受力简图如图所示，其中 kN/m 104 ) 744762(76104 744 3.8 4 ) (4 62 262 2222 1 --?-?? +??? =-+=πππγπγd D d q kN/m 2.5= 2．求允许的最大跨长l () [] 41244 44 m 1074476264 64 -?-= -= π π d D I z 43m 1051.1-?= 由z z z I D ql I D ql I y M 162822 max max max =? == σ≤][σ，得到 l ≤ m 1.32m 107621023.510 1701051.116][163 36 3 =???????=--qD I z σ ∴ 允许的最大跨长为m 1.32。 5-12 图示正方形截面悬臂木梁承受均布载荷作用。已知木材的许用正应力MPa 10][=σ。现需要在梁的C 截面中性轴处钻一直径为d 的圆孔，试问在保证该梁强度的条件下，圆孔的最大直径d 可达多少（不考虑圆孔处应力集中的影响）？ 解： 要保证在C 截面钻孔后的梁的强度条件，即要求C 横截面上的最大正应力不超过材料的许用正应力，故 ()()m kN 10250100022 1 1025010005623??-??-?-?-=--C M m kN 3.4?-= () 433433mm 160340 mm 1216012160160d d I z -=?-?= mm 80mm 2 160 max ==y 由( ) 1604033 3max max max d y M I y M C z C -= = σ≤][σ，可得 d ≤mm ] [4031603max 3σy M C - mm 115mm 10 4080 103.43160363 =????-= 材料力考试题 姓名学号 一、填空题：（每空1分，共计38分） 1、变形固体的变形可分为：弹性变形和塑性变形。 2、构件安全工作的基本要求是：构件必须具有足够的强度、足够刚度 和足够稳定性。 3、杆件变形的基本形式有拉（压）变形、剪切变形、扭转变形 和弯曲变形。 4、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是拉伸变形；汽车行驶时，传动轴的变 形是扭转变形；教室中大梁的变形是弯曲变形；螺旋千斤顶中的螺杆受压杆受压变形。 5、图中σ——ε曲线上，对应p点的应力为比例极限，符号__σp__、对应y 点的应力称为屈服极限，符号_σs__、对应b点的应力称为强化极限符号_σb ___ __。 k 6、内力是外力作用引起的，不同的外力引起不同的内力，轴向拉、压变形时 的内力称为轴力。剪切变形时的内力称为剪力，扭转变形时内力称为扭矩，弯曲变形时的内力称为弯矩。 7、下图所示各杆件中受拉伸的杆件有 AB、BC、CD、AD ；受力压缩杆件有 BE 。 8、胡克定律的两种表达式为EA L N l ?=?和εσE =。E 称为材料的 弹性模量 。它是衡量材料抵抗 变形 能力的一个指标。E 的单位为MPa ，1 MPa=_106_______Pa 。 9、衡量材料强度的两个重要指标是 屈服极限 和 强化极限 。 10、通常工程材料丧失工作能力的情况是：塑性材料发生 屈服 现象， 脆性材料发生 强化 现象。 11、挤压面为平面时，计算挤压面积按 实际面积 计算；挤压面为半圆柱面的 投影 面积计算。 12、在园轴的抬肩或切槽等部位，常增设 圆弧过渡 结构，以减小应力集中。 13、扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度；各横截面绕轴线转动了不同 的角度，相邻截面产生了 转动 ，并相互错动，发生了剪切变形，所以横截面上有 剪 应力。 14、因半径长度不变，故切应力方向必与半径 垂直 由于相邻截面的间距不 变，即园轴没有 伸长或缩短 发生，所以横截面上无 正 应力。 15、长度为l 、直径为d 的圆截面压杆，两端铰支，则柔度λ为 ，若压 杆属大柔度杆，材料弹性模量为E ，则临界应力σ cr 为______________。 二、 判断题：（每空1分，共计8分） 1、正应力是指垂直于杆件横截面的应力。正应力又可分为正值正应力和负值正 应力。 （ √） 2、构件的工作应力可以和其极限应力相等。 （ × ） 3、设计构件时，须在满足安全工作的前提下尽量节省材料的要求。 （ √ ） 4、挤压面的计算面积一定是实际积压的面积。 （ × ） 选择题 1.现有两种说法： ①弹性变形中，σ-ε一定是线性关系 ②弹塑性变形中，σ-ε一定是非线性关系 ；哪种说法正确？ A ：①对②错； B ：①对②对； C ：①错②对； D ：①错②错； 2、进入屈服阶段以后，材料发生 变形。 A ：弹性； B ：非线性； C ：塑性； D ：弹塑性； 3、钢材经过冷作硬化以后， 基本不变。 A ：弹性模量； B ：比例极限； C ：延伸率； D ：断面收缩率； 4、钢材进入屈服阶段后，表面会沿 出现滑移线。 3、设轴向拉伸杆横截面的正应力为σ，则45度斜截面上的正应力和切应力分别 为 。 A ：σ/2、σ； B ：均为σ； C ：σ、σ/2； D ：均为σ/2 4、轴向拉压杆，与其轴线平行的纵向截面上 。 A ：正应力为零、切应力不为零； B ：正应力不为零、切应力为零； C ：正应力、切应力均不为零； D ：正应力和切应力均为零。 答案：1. A ； 2. D ； 3.D ； 4.D ； 判断题 1. 材料的延伸率与试件的尺寸有关 2. 没有明显的屈服极限的塑性材料，可以将产生0.2％应 变时的应力作为屈服极限 3. 构件失效时的极限应力是材料的强度极限 判断题 1、轴向拉压杆件任意斜截面上的内力作用线一定与杆件的轴线重合 2、拉杆内只存在均匀分布的正应力，不存在切应力。 3、杆件在轴向拉压时最大正应力发生在横截面上 4、杆件在轴向拉压时最大切应力发生在与轴线成45度角的斜截面上 选择题 1、杆件的受力和截面如图，下列说法中，正确的是 。 A ：σ1>σ2>σ3； B ：σ2>σ3>σ1 C ：σ3>σ1>σ2 Ｄ：σ2>σ1>σ 3 2、设ｍ－ｍ的面积为Ａ，那么P/Ａ代表 A ：横截面上正应力； B ：斜截面上剪应力； C ：斜截面上正应力； D ：斜截面上应力。 材料力学 任务1 杆件轴向拉伸（或压缩）时的内力计算 选择题：（请在下列选项中选择一个正确答案并填在括号内） 1．在图2-1-1中，符合拉杆定义的图是（）。 A B C 图2-1-1 （A） 2．材料力学中求内力的普遍方法是（） A．几何法B．解析法C．投影法D．截面法 （D） 3．图2-1-2所示各杆件中的AB段，受轴向拉伸或压缩的是（）。 A B C 图2-1-2 （A） 4．图2-1-3所示各杆件中受拉伸的杆件有（）。 图2-1-3 A．BE杆几何法B．BD杆解析法C．AB杆、BC杆、CD杆和AD杆（C） 5．图2-1-4所示AB杆两端受大小为F的力的作用，则杆横截面上的内力大小为（）。 A．F B．F/2 C．0 （A） 6．图2-1-5所示AB杆受大小为F的力的作用，则杆横截面上的内力大小为（）。 A．F/2 B．F C．0 （B） 图2-1-4 图2-1-5 计算题： 1．试求图2-1-6所示杆件上指定截面内力的大小。 a）b） 图2-1-6 参考答案： 解： 图a： (1) 求1-1截面的内力 1）截开沿1-1截面将杆件假想分成两部分。 2）代替取右端为研究对象（可简化计算）画受力图，如下图a所示。 3）平衡根据静力学平衡方程式求内力F N1为： 由∑F x＝0 得－4F－F N1＝0 F N1＝－4F（压力） (2) 求2-2截面的内力同理，取2-2截面右端为研究对象画受力图（如下图a所示）， 可得 F N2＝3F－4F＝－F（压力） 图b： (1) 求1-1截面的内力 截开沿1-1截面将杆件假想分成两部分。 代替取左端为研究对象（可简化计算）画受力图，如下图b所示。 平衡根据静力学平衡方程式求内力F N1为： 由∑F x＝0 得F＋F N1＝0 F N1＝－F（压力） 同理，取2-2截面左端为研究对象画受力图如下图b所示，可得 F N2＝2F－F＝F（拉力） 取3-3截面右端为研究对象画受力图如下图b所示，可得 F N3＝－F（压力） 《材料力学》考试题集 一、单选题 1.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 2.一直拉杆如图所示，在P 力作用下 。 (A) 横截面a上的轴力最大(B) 横截面b上的轴力最大 (C) 横截面c上的轴力最大(D) 三个截面上的轴力一样大 3.在杆件的某一截面上，各点的剪应力。 (A)大小一定相等(B)方向一定平行 (C)均作用在同一平面内(D)—定为零 4.在下列杆件中，图所示杆是轴向拉伸杆。 (A) (B) (C) (D) 5.图示拉杆承受轴向拉力P的作用，斜截面m-m的面积为A，则σ=P/A为。 (A)横截面上的正应力(B)斜截面上的剪应力 (C)斜截面上的正应力(D)斜截面上的应力 P 6. 解除外力后，消失的变形和遗留的变形 。 (A)分别称为弹性变形、塑性变形(B)通称为塑性变形 (C)分别称为塑性变形、弹性变形(D)通称为弹性变形 7.一圆截面轴向拉、压杆若其直径增加—倍，则抗拉。 (A)强度和刚度分别是原来的2倍、4倍(B)强度和刚度分别是原来的4倍、2倍 (C)强度和刚度均是原来的2倍(D)强度和刚度均是原来的4倍 8.图中接头处的挤压面积等于。 (A)ab (B)cb (C)lb (D)lc 9.微单元体的受力状态如下图所示，已知上下两面的剪应力为τ则左右侧面上的剪应力为。 (A)τ/2(B)τ(C)2τ(D)0 10.下图是矩形截面，则m—m线以上部分和以下部分对形心轴的两个静矩的。 (A)绝对值相等，正负号相同(B)绝对值相等，正负号不同 (C)绝对值不等，正负号相同(D)绝对值不等，正负号不同 11.平面弯曲变形的特征是。 (A)弯曲时横截面仍保持为平面(B)弯曲载荷均作用在同—平面内； (C)弯曲变形后的轴线是一条平面曲线 (D)弯曲变形后的轴线与载荷作用面同在—个平面内 12.图示悬臂梁的AC段上，各个截面上的。 P 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。 第6章 应力状态分析 一、选择题 1、对于图示各点应力状态，属于单向应力状态的是（A ）。 20 （MPa ） 20 d （A ）a 点；（B ）b 点；（C ）c 点；（D ）d 点 。 2、在平面应力状态下，对于任意两斜截面上的正应力αβσσ=成立的充分必要条件，有下列四种答案，正确答案是（ B ）。 （A ）,0x y xy σστ=≠；（B ）,0x y xy σστ==；（C ）,0x y xy σστ≠=；（D ）x y xy σστ==。 3、已知单元体AB 、BC 面上只作用有切应力τ，现关于AC 面上应力有下列四种答案，正确答案是（ C ）。 （A ）AC AC /2,0ττσ== ； （B ）AC AC /2,/2ττ σ==； （C ）AC AC /2,/2 ττσ==；（D ）AC AC /2,/2ττσ=-=。 4、矩形截面简支梁受力如图（a ）所示，横截面上各点的应力状态如图（b ）所示。关于它们的正确性，现有四种答案，正确答案是（ D ）。 (b) (a) （A）点1、2的应力状态是正确的；（B）点2、3的应力状态是正确的； （C）点3、4的应力状态是正确的；（D）点1、5的应力状态是正确的。 5、对于图示三种应力状态（a）、（b）、（c）之间的关系，有下列四种答案，正确答案是（D ）。 τ (a) (b) (c) （A ）三种应力状态均相同；（B）三种应力状态均不同； （C）（b）和（c）相同；（D）（a ）和（c）相同； 6、关于图示主应力单元体的最大切应力作用面有下列四种答案，正确答案是（B ）。 (A) (B) (D) (C) 解答： max τ发生在 1 σ成45的斜截面上 7、广义胡克定律适用范围，有下列四种答案，正确答案是（C ）。 （A）脆性材料；（B）塑性材料； （C）材料为各向同性，且处于线弹性范围内；（D）任何材料； 8、三个弹性常数之间的关系：/[2(1)] G E v =+适用于（C ）。 （A）任何材料在任何变形阶级；（B）各向同性材料在任何变形阶级； （C）各向同性材料应力在比例极限范围内；（D）任何材料在弹性变形范围内。 材料力考试题及答案 一、填空题：（每空1分，共计38分） 1、变形固体的变形可分为：弹性变形和塑性变形。 2、构件安全工作的基本要求是：构件必须具有足够的强度、足够刚度 和足够稳定性。 3、杆件变形的基本形式有拉（压）变形、剪切变形、扭转变形 和弯曲变形。 4、吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是拉伸变形；汽车行驶时，传动轴的变 形是扭转变形；教室中大梁的变形是弯曲变形；螺旋千斤顶中的螺杆受压杆受压变形。 5、图中σ——ε曲线上，对应p点的应力为比例极限，符号__σp__、对应y 点的应力称为屈服极限，符号_σs__、对应b点的应力称为强化极限符号_σb ___ __。 k 6、内力是外力作用引起的，不同的外力引起不同的内力，轴向拉、压变形时 的内力称为轴力。剪切变形时的内力称为剪力，扭转变形时内力称为扭矩，弯曲变形时的内力称为弯矩。 7、下图所示各杆件中受拉伸的杆件有 AB、BC、CD、AD ；受力压缩杆件有 BE 。 8、胡克定律的两种表达式为EA L N l ?=?和εσE =。E 称为材料的 弹性模量 。它是衡量材料抵抗 变形 能力的一个指标。E 的单位为MPa ，1 MPa=_106_______Pa 。 9、衡量材料强度的两个重要指标是 屈服极限 和 强化极限 。 10、通常工程材料丧失工作能力的情况是：塑性材料发生 屈服 现象， 脆性材料发生 强化 现象。 11、挤压面为平面时，计算挤压面积按 实际面积 计算；挤压面为半圆柱面的 投影 面积计算。 12、在园轴的抬肩或切槽等部位，常增设 圆弧过渡 结构，以减小应力集中。 13、扭转变形时，各纵向线同时倾斜了相同的角度；各横截面绕轴线转动了不同 的角度，相邻截面产生了 转动 ，并相互错动，发生了剪切变形，所以横截面上有 剪 应力。 14、因半径长度不变，故切应力方向必与半径 垂直 由于相邻截面的间距不 变，即园轴没有 伸长或缩短 发生，所以横截面上无 正 应力。 15、长度为l 、直径为d 的圆截面压杆，两端铰支，则柔度λ为 ，若压 杆属大柔度杆，材料弹性模量为E ，则临界应力σ cr 为______________。 二、 判断题：（每空1分，共计8分） 1、正应力是指垂直于杆件横截面的应力。正应力又可分为正值正应力和负值正 应力。 （ √） 2、构件的工作应力可以和其极限应力相等。 （ × ） 3、设计构件时，须在满足安全工作的前提下尽量节省材料的要求。 （ √ ） 4、挤压面的计算面积一定是实际积压的面积。 （ × ） 一填空 1 为保证机械和工程结构的正常工作,其中各构件一般应满足强度、刚度和稳定性三方面要求。 2 截面上任一点处的全应力一般可分解为法线方向和切线方向的分量。前者称为该点的正应力，用表示；后者称为该点的切应力，用表示。 4 低碳钢在屈服阶段呈现应力不变，应变持续增长的现象；冷作硬化将使材料的比例极限提高，而塑性降低。 5 低碳钢在拉伸过程中，依次表现为弹性，屈服，强化，颈缩四个阶段。6材料的破坏形式有两种_____ _、 ___ _。 7 ε和ε 1分别为杆件的轴向应变和横向应变，不管杆件受拉还是受压，ε和ε 1 乘 积必小于零。 8.一硬铝试件，h=200mm，b=20mm。试验段长度l0=70mm。在轴向拉力F P =6kN作用下，测得试验段伸长Δl0=0.15mm。硬铝的弹性模量E为 700MPa 。 9图示结构的剪切面面积= bl；挤压面积= ab。 10 有两根圆轴，一根是实心轴，一根是空心轴。它们的长度、横截面面积、材料、所受转矩m均相同。若用φ实和φ空分别表示实心轴和空心轴的扭转角，则φ实（大于）φ空。（填入“大于”、“小于”、“等于”、或“无法比较”） 11. 当受扭圆轴的直径减少一半，而其它条件都不变时，圆轴横截面上的最大剪应力将增大 8 倍。 12 若平面图形对某一轴的静矩为零，则该轴必通过图形的。 13 一截面矩形（高为h，底边宽为b），若z轴与底边重合，该截面对z轴的惯性矩为I z= 。 14 若一处圆形截面的极惯性矩I p =11.6 cm 4 ，则该截面的形心主惯性矩I z = 15 已知一根梁的弯矩方程为M x =-2x 2+3x +3，则梁的剪力方程为 。 16 等截面简支梁受均布荷载作用。当梁的长度、高度、宽度和荷载均缩小为原来的1/10时，梁横截面上的最大正应力为原来的 100 %，最大剪应力为原来的 100 %，最大挠度为原来的 10 %。 18. 用积分法求图示梁的挠曲线方程时，需应用的边 界条件是 ， 连续条件是 19设火车轮缘与钢轨接触点处的主应力为–800MPa 、– 强度理论，其相当应力为 300MPa 。 20 横截面面积为A 的等直杆两端受轴向拉力F 的作用，最大正应力σmax = ， 发生在 截面上，该截面上的剪应力τ= ；最大剪应力τmax = ，发生在 截面上，该截面上的正应力σ= ；任 意两个相互垂直的斜截面上的正应力之和都等于 。 24 影响压杆临界力大小的因素有 杆长 、 支承 、 截面形状及尺寸 、 材料 。 25非细长杆如果误用了欧拉公式计算临界力，其结果比实际 大，危险 ；横截面上的正应力有可能 超过比例极限 。 26 将圆截面压杆改成面积相等的圆环截面压杆，其它条件不变，其柔度将 降低 ，临界应力将 增大 。 二 选择题 1. 图示钢杆在安装后尚有间隙e ，若在截面B 处受荷载F 作用，杆件AB 段的伸长和BC 段的缩短分别用Δl AB 和Δl BC 表示，则在 计算杆内 材料力学习题 第2章 2-1 试求出图示各杆Ⅰ—Ⅰ截面上的内力。 2-2图示矩形截面杆，横截面上正应力沿截面高度线性分布，截面顶边各点 处的正应力均为 MPa 100 max = σ ，底边各点处的正应力均为零。杆件横截面 上存在何种内力分量，并确定其大小（C点为截面形心）。 2-3 试指出图示各单元体表示哪种应力状态。 2-4 已知应力状态如图所示（应力单位为MPa），试用解析法计算图中指定截面的应力。 2-5 试作应力圆来确定习题2-4图中指定截面的应力。 2-6已知应力状态如图所示（应力单位为MPa ），试用解析法求：（1）主应力及主方向；（2）主切应力及主切平面；（3）最大切应力。 2-7 已知应力状态如习题2-6图所示，试作应力圆来确定：（1）主应力及主方向； （2）主切应力及主切平面；（3）最大切应力。 2-8已知构件内某点处的应力状态为两种应力状态的叠加结果，试求叠加后所得 应力状态的主应力、主切应力。 2-9图示双向拉应力状态， σ σσ==y x 。试证明任一斜截面上的正应力均等 于σ，而切应力为零。 2-10 已知K 点处为二向应力状态，过K 点两个截面上的应力如图所示（应力单位为MPa ）。试分别用解析法与图解法确定该点的主应力。 2-11 一点处的应力状态在两种坐标系中的表示方法分别如图 a)和b)所示。 试确定未知的应力分量 y y x xy ' ''σττ、、的大小与方向。 2-12 图示受力板件，试证明尖角A 处各截面的正应力与切应力均为零。 2-13 已知应力状态如图所示（单位为MPa ），试求其主应力及第一、第二、第三不变量321I I I 、、。 2-14 已知应力状态如图所示（单位为MPa ），试画三向应力圆，并求主应力、最大正应力与最大切应力。 第3章 3-1 已知某点的位移分量u = A ， v = Bx +Cy +Dz ， w = Ex 2+Fy 2+Gz 2+Ixy +Jyz +Kzx 。A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、I 、J 、K 均为常数，求该点处的应变分量。 3-2 已知某点处于平面应变状态，试证明2 222,,Bxy y Ax y Bx Axy xy y x +===γεε（其中， B A 、为任意常数）可作为该点的三个应变分量。 3-3 平面应力状态的点O 处x ε=6×10-4 mm/m ，y ε=4×10 -4 mm/m ， xy γ=0；求:1)平面内以y x ' '、方向的线应变；2)以x '与 y '为两垂直线元的切应变；3）该平面内的最大切应变及其与x 轴 的夹角。 3-4 平面应力状态一点处的 x ε= 0，y ε= 0，xy γ=-1×10 -8 rad 。 试求:1）平面内以y x ' ' 、方向的线应 变；2)以x '与 y '为两垂直线元的切应 变；3）该平面内的最大切应变及其与 x 轴的夹角。 3-5 用图解法解习题3-3。 3-6 用图解法解习题3-4。 m/m ， y ε=2×10-8 m/m ， xy γ=1×10-8 3-7 某点处的 x ε=8×10-8 rad ；分别用图解法和解析法求该点xy 面内的：1）与x 轴夹角为45°方向的线应变和以45°方向为始边的直角的切应变；2）最大线应变的方向和线应变的值。 3-8 设在平面内一点周围任何方向上的线应变都相同，证明以此点为顶点的任意直角的切应变均为零。 3-9 试导出在xy 平面上的正方形微元面，在纯剪状态下切应变 xy γ与对角线方向 材料力学题目及答案Revised on November 25, 2020 习题3-1图 (a) 习题3-2图 (a) 习题3-3图 习题3-4图 第3章 弹性杆件横截面上的正应力分析 3－1 桁架结构受力如图示，其上所有杆的横截面均为20mm ×50mm 的矩形。试求杆CE 和杆DE 横截面上的正应力。 解：图（a ）中，5 4 cos =θ （1） 截面法受力图（a ） 0=∑D M ，03)515(4=?+-?CE F （2） F CE = 15 kN 0=∑x F ，40cos =θDE F （3） （1）代入（3），得F DE = 50 kN ∴ 1505.002.010153 =??==A F CE CE σMPa 50==A F DE DE σMPa 3－2 图示直杆在上半部两侧面受有平行于杆轴线的均匀分布载荷，其集度p = 10kN/m ，在自由端D 处 作用有集中呼F P = 20 kN 。已知杆的横截面面积A = ×10-4m 2，l = 4m 。试求： 1．A 、B 、E 截面上的正应力； 2．杆内横截面上的最大正应力，并指明其作用位置。 解：由已知，用截面法求得 F N A = 40 kN F N B = 20 kN F N E = 30 kN （1）200100.2104043 N =??==-A F A A σMPa 100N ==A F B B σMPa 150N ==A F E E σMPa （2）200max ==A σσMPa （A 截面） 3－3 图示铜芯与铝壳组成的复合材料杆，轴向拉伸载荷F P 通过两端的刚性板加在杆上。试： 1．写出杆横截面上的正应力与F P 、d 、D 、E c 、E a 的关系式； 2．若已知d = 25mm ，D = 60mm ；铜和铝的单性模量分别为E c = 105GPa 和E a = 70GPa ，F P = 171 kN 。试求铜芯与铝壳横截面上的正应力。 解：1．变形谐调： a a Na c c Nc A E F A E F = （1） P Na Nc F F F =+ （2） ∴ ? ??? ?????-+==-?+?=+==4)(π4π)(4π4π22a 2 c P a a Na a 22a 2c P a a c c P c c Nc c d D E d E F E A F d D E d E F E A E A E F E A F c σσ 2． 5.83)025.006.0(π1070025.0π1010510171101054229293 9c =-???+???????= σMPa 6.5510570 5.83c a c a =? ==E E σσMPa 3－4 图示由铝板钢板组成的复合材料柱，纵向截荷F P 通过刚性平板沿着柱的中心线施加在其上。试： 1．导出复合材料柱横截面上正应力与F P 、b 0、b 1、h 和E a 、E s 之间的关系式； 2．已知F P = 385kN ；E a = 70GPa ，E s = 200GPa ；b 0 = 30mm ，b 1 = 20mm ，h = 50mm 。求铝板与钢板横截面上的最大正应力。 解：变形谐调： a a Na s s Ns A E F A E F = （1） 第一章 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素 与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度 位错增值和运动 晶粒、晶界、第二相等 外界影响位错运动的因素 主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构） 单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。 派拉力： 位错交互作用力 （a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）2．晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。 屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素 加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。 4．第二相（弥散强化，沉淀强化） 不可变形第二相 材料力学题库及答案 材料力学题库及答案 【篇一：很经典的几套材料力学试题及答案】 若真不及格，努力下次过。 命题负责人：教研室主任： 【篇二：大学期末考试材料力学试题及答案】 1、拉杆伸长后，横向会缩短，这是因为杆有横向应力的存在。() 2、圆截面杆件受扭时，横截面上的最大切应力发生在横截面离圆心最远处。() 3、两梁的跨度、承受载荷及支承相同，但材料和横截面面积不同，因而两梁的剪力图和弯矩图不一定相同。() 4、交变应力是指构件内的应力，它随时间作周期性变化，而作用在构件上的载荷可能是动载荷，也可能是静载荷。() 5、弹性体的应变能与加载次序无关，只与载荷的最终值有关。（） 6、单元体上最大切应力作用面上必无正应力。() 7、平行移轴公式表示图形对任意两个相互平行轴的惯性矩和惯性积之间的关系。（）8、动载荷作用下，构件内的动应力与材料的弹性模量有关。() 9、构件由突加载荷所引起的应力，是由相应的静载荷所引起应力的两倍。() 10、包围一个点一定有一个单元体，该单元体各个面上只有正应力而无切应力。() 二、选择题（每个2分，本题满分16分） f 1．应用拉压正应力公式??n的条件是（）。 aa、应力小于比例极限；b、外力的合力沿杆轴线；c、应力小于弹性极限；d、应力小于屈服极限。 (a)(b) 2．梁拟用图示两种方式搁置，则两种情况下的最大弯曲正应力之比?m（）。axmax 为 a、1/4； b、1/16； c、1/64；d (a) (b) 3、关于弹性体受力后某一方向的应力与应变关系有如下论述：正确的是 a、有应力一定有应变，有应变不一定有应力； b、有应力不一定有应变，有应变不一定有应力； c、有应力不一定有应变，有应变一定有应力； d、有应力一定有应变，有应变一定有应力。 4、火车运动时，其轮轴横截面边缘上危险点的应力有四种说法，正确的是。a：脉动循环应力：b：非对称的循环应力；c：不变的弯曲应力；d：对称循环应力 5、如图所示的铸铁制悬臂梁受集中力f作用，其合理的截面形状应为图（b） 6、对钢制圆轴作扭转校核时，发现强度和刚度均比规定的要求低了20%，若安全因数不变，改用屈服极限提高了30%的钢材，则圆轴的（c ）a、强度、刚度均足够；b、强度不够，刚度足够；c、强度足够，刚度不够；d、强度、刚度均不够。 7、图示拉杆的外表面上有一斜线，当拉杆变形时，斜线将d。a：平动；b：转动c：不动；d：平动加转动 8、按照第三强度理论，比较图中两个应力状态的相的是（a ）。（图中应力单位为mpa）a、两者相同；b、（a）大；b、c、（b）大； d、无法判断一、判断： 学年第二学期材料力学试题(A卷) 题号一二三四五六总分得分 一、选择题（20分） 1、图示刚性梁AB由杆1和杆2支承，已知两杆的材料相同，长度不等，横截面积分别为A1和A2，若载荷P使刚梁平行下移，则其横截面面积（）。 A、A1〈A2 题一、1图 B、A1〉A2 C、A1=A2 D、A1、A2为任意 2、建立圆轴的扭转应力公式τρ=Mρρ/Iρ时需考虑下列因素中的哪几个？答：（） （1）扭矩M T与剪应力τρ的关系M T=∫AτρρdA （2）变形的几何关系（即变形协调条件） （3）剪切虎克定律 （4）极惯性矩的关系式I T=∫Aρ2dA A、（1） B、（1）（2） C、（1）（2）（3） D、全部 3、二向应力状态如图所示，其最大主应力σ1=（ ） A 、σ B 、2σ C 、3σ D 、4σ 4、高度等于宽度两倍(h=2b)的矩形截面梁，承受垂直方向的载荷，若仅将竖放截面改为平放截面，其它条件都不变，则梁的强度（ ） A 、提高到原来的2倍 B 、提高到原来的4倍 C 、降低到原来的1/2倍 D 、降低到原来的1/4倍 5. 已知图示二梁的抗弯截面刚度EI 相同，若二者自由端的挠度相等，则P 1/P 2=（ ） A 、2 B 、4 C 、8 D 、16 题一、3图 题一、5图 题一、4 二、作图示梁的剪力图、弯矩图。（１５分） 三、如图所示直径为d 的圆截面轴，其两端承受扭转力偶矩m 的作用。设由实验测的轴表面上与轴线成450方向的正应变，试求力偶矩m 之值、材料的弹性常数E 、μ均为已知。（15分） 四、电动机功率为9kW ，转速为715r/min ，皮带轮直径D =250mm ，主 轴外伸部分长度为l =120mm ，主轴直径d =40mm ，〔σ〕=60MPa ，用第三强度理论校核轴的强度。（15分） 五、重量为Q 的重物自由下落在图示刚架C 点，设刚架的抗弯刚度为 三题图 四题图 二 题 图 姓名____________ 学号 ----------------------------------------------------------- 第三章扭转 一、是非判断题 1.圆杆受扭时，杆内各点处于纯剪切状态。（×） 2.杆件受扭时，横截面上的最大切应力发生在距截面形心最远处。（×） 3.薄壁圆管和空心圆管的扭转切应力公式完全一样。（×） 4.圆杆扭转变形实质上是剪切变形。（×） 5.非圆截面杆不能应用圆截面杆扭转切应力公式，是因为非圆截面杆扭转时“平截面假设”不能成立。（√） 6.材料相同的圆杆，他们的剪切强度条件和扭转强度条件中，许用应力的意义相同，数值相等。（×） 7.切应力互等定理仅适用于纯剪切情况。（×） 8.受扭杆件的扭矩，仅与杆件受到的转矩（外力偶矩）有关，而与杆件的材料及其横截面的大小、形状无关。（√） 9.受扭圆轴在横截面上和包含轴的纵向截面上均无正应力。（√） 10.受扭圆轴的最大切应力只出现在横截面上。（×） 11.受扭圆轴内最大拉应力的值和最大切应力的值相等。（√） 12.因木材沿纤维方向的抗剪能力差，故若受扭木质圆杆的轴线与木材纤维方向平行，当扭距达到某一极限值时，圆杆将沿轴线方向出现裂纹。（×） 二、选择题 1.内、外径之比为α的空心圆轴，扭转时轴内的最大切应力为τ，这时横截面上内边缘的切应力为 （ B ） A τ； B ατ； C 零； D （1- 4α）τ 2.实心圆轴扭转时，不发生屈服的极限扭矩为T ，若将其横截面面积增加一倍，则极限扭矩为（ C ） 0 B 20T 0 D 40T 3.两根受扭圆轴的直径和长度均相同，但材料C 不同，在扭矩相同的情况下，它们的最大切应力τ、τ和扭转角ψ、ψ之间的关系为（ B ） A 1τ=τ2, φ1=φ2 B 1τ=τ2, φ1≠φ2 C 1τ≠τ2, φ1=φ2 D 1τ≠τ2, φ1≠φ2 4.阶梯圆轴的最大切应力发生在（ D ） A 扭矩最大的截面； B 直径最小的截面； C 单位长度扭转角最大的截面； D 不能确定。 5.空心圆轴的外径为D ，内径为d, α=d ／D,其抗扭截面系数为 （ D ） A ()3 1 16p D W πα=- B ()3 2 1 16p D W πα=- C ()3 3 1 16p D W πα=- D ()3 4 1 16p D W πα=- 6.对于受扭的圆轴，关于如下结论： ①最大剪应力只出现在横截面上； ②在横截面上和包含杆件的纵向截面上均无正应力； ③圆轴内最大拉应力的值和最大剪应力的值相等。 材料力学 一、填空题： 1.受力后几何形状和尺寸均保持不变的物体称为。 2.构件抵抗的能力称为强度。 3.圆轴扭转时，横截面上各点的切应力与其到圆心的距离成比。 4.梁上作用着均布载荷，该段梁上的弯矩图为。 5.偏心压缩为的组合变形。 6.柔索的约束反力沿离开物体。 7.构件保持的能力称为稳定性。 8.力对轴之矩在情况下为零。 9.梁的中性层与横截面的交线称为。 10.图所示点的应力状态，其最大切应力是。 11.物体在外力作用下产生两种效应分别是。 12.外力解除后可消失的变形，称为。 13.力偶对任意点之矩都。 14.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则杆中最大正应力 为。 15.梁上作用集中力处，其剪力图在该位置有。 16.光滑接触面约束的约束力沿指向物体。 17.外力解除后不能消失的变形，称为。 18.平面任意力系平衡方程的三矩式，只有满足三个矩心的条件时，才能成为力系平衡的 充要条件。 19.图所示，梁最大拉应力的位置在点处。 20.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是。 21.物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态，称为。 22.在截面突变的位置存在集中现象。 23.梁上作用集中力偶位置处，其弯矩图在该位置有。 24.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是。 25.临界应力的欧拉公式只适用于杆。 26.只受两个力作用而处于平衡状态的构件，称为。 27.作用力与反作用力的关系是。 28.平面任意力系向一点简化的结果的三种情形是。 29.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则截面C的位移为 。 30.若一段梁上作用着均布载荷，则这段梁上的剪力图为。 二、计算题： 1.梁结构尺寸、受力如图所示，不计梁重，已知q=10kN/m，M=10kN·m，求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示，C为截面形心。已知I z=60125000mm4，y C=157.5mm，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。 3.传动轴如图所示。已知F r=2KN，F t=5KN，M=1KN·m，l=600mm，齿轮直径D=400mm，轴的[σ]=100MPa。 试求：①力偶M的大小；②作AB轴各基本变形的力图。③用第三强度理论设计轴AB的直径d。 材料力学习题一 一、计算题 1．（12分）图示水平放置圆截面直角钢杆（2 ABC π = ∠），直径mm 100d =，m l 2=， m N k 1q =，[]MPa 160=σ，试校核该杆的强度。 2．（12分）悬臂梁受力如图，试作出其剪力图与弯矩图。 3．（10分）图示三角架受力P 作用，杆的截面积为A ，弹性模量为E ，试求杆的内力和A 点的铅垂位移Ay δ。 4．（15分）图示结构中CD 为刚性杆，C ，D 处为铰接，AB 与DE 梁的EI 相同，试求E 端约束反力。 5. (15分) 作用于图示矩形截面悬臂木梁上的载荷为：在水平平面内P 1=800N ，在垂直平面内P 2=1650N 。木材的许用应力[σ]=10MPa 。若矩形截面h/b=2，试确定其尺寸。 三．填空题 （23分） 1．（4分）设单元体的主应力为321σσσ、、，则单元体只有体积改变而无形状改变的条件是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；单元体只有形状改变而无体积改变的条件是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 2．（6分）杆件的基本变形一般有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿四种；而应变只有＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿两种。 3．（6分）影响实际构件持久极限的因素通常有＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿，它们分别用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿来加以修正。 4.（5分）平面弯曲的定义为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_。 5.（2分）低碳钢圆截面试件受扭时，沿 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 截面破 坏；铸铁圆截面试件受扭时，沿 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 面破坏。 四、选择题（共2题，9分） 2．（5分）图示四根压杆的材料与横截面均相同，试判断哪一根最容易失稳。答案：（ ） 工程力学B 第二部分：材料力学 扭转 1、钢制圆轴材料的剪切弹性模量G=80Gpa，[]=50Mpa,m o 1 ] [= '?,圆轴直径d=100mm;求(1) 做出扭矩图;(2)校核强度;(3)校核刚度;(4)计算A,B两截面的相对扭转角. 解： 3 max max 3 610 30.57[]50 (0.1) 16 t T MPa MPa W ττ π ? ===<= ? ] 030 max00 max 94 180610180 0.44[]1 8010(0.1) 32 m m p T GI ?? π ππ ? '' =?=?=<= ??? 30 94 (364)210180 0.0130.73 8010(0.1) 32 AB p Tl rad GI φ ππ +-?? ===?= ??? ∑ 2、图示阶梯状实心圆轴，AB段直径d1=120mm，BC段直径d2=100mm 。扭转力偶矩M A=22 kN?m，M B=36 kN?m，M C=14 kN?m。材料的许用切应力[ = 80MPa ，（１）做出轴的扭矩图；（２）校核该轴的强度是否满足要求。 解：（1）求内力，作出轴的扭矩图 （2）计算轴横截面上的最大切应力并校核强度 AB段： 1 1,max 1t T W τ= ( ) 3 3 3 2210 64.8MPa π 12010 16 - ? == ?? []80MPa τ <= BC段： () 3 2 2,max3 3 2 1410 71.3MPa π 10010 16 t T W τ - ? === ?? []80MPa τ <= 综上，该轴满足强度条件。 ； 3、传动轴的转速为n=500r/min，主动轮A输入功率P1=400kW，从动轮B，C分别输出功率P2=160kW，P3=240kW。已知材料的许用切应力[]=70MP a，单位长度的许可扭转角[，]=1o/m，剪切弹性模量G=80GP a。(1)画出扭矩图。(2)试确定AB段的直径d1和BC段的直径d2；(3)主动轮和从动轮应如何安排才比较合理为什么 解：（1） m N n P M. 7639 500 400 9549 95491 e1 = ? = =，m N n P M. 3056 500 160 9549 95492 e2 = ? = = m N n P M. 4583 500 240 9549 95493 e3 = ? = =，扭矩图如下 （2）AB段， 按强度条件：] [ 16 3 max τ π τ≤ = = d T W T t ，3 ] [ 16 τ π T d≥，mm d2. 82 10 70 7639 16 3 6 1 = ? ? ? ≥ π 材料力学精编例题 一 填空 1 为保证机械和工程结构的正常工作,其中各构件一般应满足 强度 、 刚 度 和 稳定性 三方面要求。 2 截面上任一点处的全应力一般可分解为 法线 方向和 切线 方向 的分量。前者称为该点的 正应力 ，用 表示；后者称为该点 的 切应力 ，用 表示。 4 低碳钢在屈服阶段呈现应力 不变 ，应变 持续增长 的现 象；冷作硬化将使材料的比例极限 提高 ，而塑性 降低 。 5 低碳钢在拉伸过程中，依次表现为 弹性， 屈服 ，强化 ， 颈缩 四 个阶段。 6材料的破坏形式有两种_____ _、 ___ _。 7 ε和ε1分别为杆件的轴向应变和横向应变，不管杆件受拉还是受压，ε和 ε1乘积必 小于 零。 8.一硬铝试件，h =200mm ，b =20mm 。试验段长度l 0=70mm 。在轴向拉力 F P =6kN 作用下，测得试验段伸长Δl 0=0.15mm 。硬铝的弹性模量E 为 700MPa 。 9图示结构的剪切面面积= bl ；挤压面积= ab 。 10 有两根圆轴，一根是实心轴，一根是空心轴。它们的长度、横截面面积、 l F a b l F 正应力σ= ；任意两个相互垂直的斜截面上的正应力之和都等 于 。 24 影响压杆临界力大小的因素有 杆长 、 支承 、 截面形状及尺寸 、 材料 。 25非细长杆如果误用了欧拉公式计算临界力，其结果比实际 大，危 险 ；横截面上的正应力有可能 超过比例极限 。 26 将圆截面压杆改成面积相等的圆环截面压杆，其它条件不变，其柔度将 降低 ，临界应力将 增大 。 二 选择题 1. 图示钢杆在安装后尚有间隙e ，若在截面B 处受荷载F 作用，杆件AB 段的伸长和BC 段的缩短分别用Δl AB 和Δl BC 表示，则在计算杆内轴力时 （ ） A. 当变形Δl AB < e 时，按超静定问题求解； B. 当变形Δl AB > e 时，按超静定问题求解； C. 当变形Δl AB = e 时，按超静定问题求解； D. 当e =0时，按静定问题求解。 2关于下列结论： ①应变分为线应变和角应变；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；④若物体的各点的应变为零，则 物体内无位移。 上述4个结论，正确的有（C ） （A ） ①、②对；（B ） ③、④对；（C ） ①、②、③对；（D ）全对。 A B C e F材料力学考试题库
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