太原理工材料力学期末试题

太原理工大学期末考试《材料力学》试卷（2009级 A ）注意事项：1. 考前请将密封线内填写清楚； 2. 所有答案请直接答在试卷上； 3．考试形式：闭卷；4. 本试卷共 六 大题，满分100分， 考试时间120分钟。

一、简单计算题（共38分）1．如图所示是一枚被称为“孔方兄”的中国古钱币，设圆的直径为d ，挖去的正方形边长为b ，若2/d b =，求该截面的弯曲截面系数Z W 。

（6分）分）（）（分）（）（413963)2//()124644(2131924124644-=-=-=-=ππππdd b d Wd b d IZZ2. 已知某点处的应力状态如图所示，,MPa 100,MPa 60==στ弹性模量GPa 200=E ，泊松比25.0=ν，求该点处的三个主应力及最大正应变。

（6分）分）（分），，31035.0)]6060(25.0100[1032001)]32(1[1max 3(6036021001-⨯=--⨯=+-=-===σσνσεσσσE MPaMPa MPa3．试画出低碳钢的拉伸应力－应变曲线，并在图上标出4个极限应力。

（4分）画图2分，标应力值4分4．已知交变应力的,MPa 5,MPa 3min max -==σσ， 求其应力循环特征r 及应力幅度a σ。

（4分）oεσbσsσσ分）分）3(42)5(32min max 3(6.053min max MPar a =--=-=-=-==σσσσσ5．如图所示为矩形截面悬臂梁，在梁的自由端突然加一个重为Q 的物块，求梁的最大弯曲动应力。

（4分）Q分）分）分）1(2123(262(2maxmax max bhQL bhQLW M K d zd ====σσ6．如图所示为两根材料相同的简支梁，求两梁中点的挠度之比b a ωω/。

（4分）812)2(22/2==EI L P k EI L kP b a ωω7．两块相同的钢板用5个铆钉连接如图所示，已知道铆钉直径d ，钢板厚度t ，宽度b ，求铆钉所受的最大切应力，并画出上钢板的轴力图。

（6分）LL )(b2/L 2/L )(a PdPd P AQ ππτ2544/25/max ===（3分）8．超静定结构如图所示，所有杆件不计自重，AB 为刚性杆，试写出变形协调方程。

（4分）2=∆∆yy EC ，αβsin sin 212l l ∆=∆，βαsin sin 212l l ∆=∆ （2分）53sin =α，22sin =β，121225l l ∆=∆ （2分）二、作图示梁的剪力图与弯矩图。

（10分） 2Pa aa2/AF5/2P 5/3P P三、不计剪力的影响，已知EI ，试用能量法求图示悬臂梁自由端的挠度A 。

（12分）ACFsqa 23qa 21qa 21Mqa222qa分）4(分）6()42441)2(21201)4()2()4(,2422分（）（））（（分段：分段：EIqa dx x a x qa a a EI dx x qx a EI x M ax qa M BC x M qx M AB A=--⎰-+-⎰-=-=--=-=-=ω四、铸铁梁的载荷及截面尺寸如图所示，其中4cm 5.6012,mm 5.157==Z C I y 。

已知许用拉应力,MPa 40][=t σ，许用压应力MPa 160][=C σ。

试按正应力条件校核梁的强度。

若载荷不变，但将截面倒置，问是否合理？为什么？ （14分）（单位：mm ）画出正确的弯矩图，或写出B 、E 截面的弯矩值 （3分）B 截面分）分下上2(][4.52105.6012105.1571020)2(][1.24105.6012105.721020833833σσσσC ZBct Z BtMPa MPa Iy MI y M <=⨯⨯⨯⨯==<=⨯⨯⨯⨯==----E 截面分）分上下2(][1.12105.6012105.721010)2(][1.26105.6012105.1571010833833σσσσC ZEct Z EtMPa MPa Iy M I y M<=⨯⨯⨯⨯==<=⨯⨯⨯⨯==----如倒置，则不合理。

（1分）)2(][4.52105.6012105.1571020833分下σσt ZBtMPa Iy M>=⨯⨯⨯⨯==--五、圆截面直角弯杆ABC 放置于图示的水平位置，已知cm 50=L ，水平力kN 40=F ，铅垂均布载荷m /kN 28=q ，材料的许用应力MPa 160][=σ，试用第三强度理论设计杆的直径d 。

（14分）CmkN 20⋅mkN 10⋅作出内力图或求出内力值 （4分）分）（分）（分26.111016014.31014205.3324][32)4(][3236322232222223cm T M M d M M T d W y z z y =⨯⨯⨯++=++>++≥=σπσπ六、 如图所示的结构中，各杆的重量不计，杆AB 可视为刚性杆。

已知cm 50,cm 100==b a ，杆CD 长m 2=L ，横截面为边长cm 5=h 的正方形，材料的弹性模量,GPa 200=E 比例极限MPa 200=P σ，稳定安全系数3=st n 。

求结构的许可外力][P 。

（12分）P TzM yM mkN 14⋅mkN 20⋅分）（分）（杆取分）杆取36.13810521732.123223.99102001020014.32(3015010030cos 0269ppp C C Ah l ilECD P F P F mAB λμμλσπλ>=⨯⨯⨯⨯====⨯⨯====⨯-⨯⋅=-∑ο∴可以使用Euler 公式 （1分）一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。

每小题2分，共20分)1.轴的扭转剪应力公式τρ=TI Pρ适用于如下截面轴( )A.矩形截面轴B.椭圆截面轴C.圆形截面轴D.任意形状截面轴2.用同一材料制成的实心圆轴和空心圆轴，若长度和横截面面积均相同，则抗扭刚度较大的是哪个?( )A.实心圆轴B.空心圆轴C.两者一样D.无法判断3.矩形截面梁当横截面的高度增加一倍、宽度减小一半时，从正应力强度考虑，该梁的承载能力的变化为( )A.不变B.增大一倍C.减小一半D.增大三倍4.图示悬臂梁自由端B的挠度为( )A.maaEI()l-2 B.maaEI32()l-C.maEID.maaEI22()l-5.图示微元体的最大剪应力τmax为多大?( )A. τmax=100MPaB. τmax=0C. τmax=50MPaD. τmax =200MPa 6.用第三强度理论校核图示圆轴的强度时，所采用的强度条件为( ) A. P A M W T W Z P++()()242≤［σ］ B.P A M W T W Z P++≤［σ］ C. ()()P A M W T W Z P++22≤［σ］ D. ()()P A M W T W Z P ++242≤［σ］7.图示四根压杆的材料、截面均相同，它们在纸面内失稳的先后次序为( )A. (a),(b),(c),(d)B. (d),(a),(b),(c)C. (c),(d),(a),(b)D. (b),(c),(d),(a)8.图示杆件的拉压刚度为EA ，在图示外力作用下其变形能U 的下列表达式哪个是正确的?( )A. U=P a EA22 B. U=P EA P b EA2222l + C. U=P EA P b EA2222l - D. U=P EA P b EA2222a + 9图示两梁抗弯刚度相同，弹簧的刚度系数也相同，则两梁中最大动应力的关系为( )A. (σd ) a =(σd ) bB. (σd ) a >(σd ) bC. (σd ) a <(σd ) bD. 与h 大小有关二、填空题(每空1分，共20分)1.在材料力学中，为了简化对问题的研究，特对变形固体作出如下三个假设：_______，_______，_______。

2.图示材料和长度相同而横截面面积不同的两杆，设材料的重度为γ，则在杆件自重的作用下，两杆在x截面处的应力分别为σ(1)=_______，σ(2)=_______。

3.图示销钉受轴向拉力P作用，尺寸如图，则销钉内的剪应力τ=_______，支承面的挤压应力σbs=_______。

4.图示为一受扭圆轴的横截面。

已知横截面上的最大剪应力τmax=40MPa，则横截面上A点的剪应力τA=_______。

5.阶梯形轴的尺寸及受力如图所示，其AB段的最大剪应力τmax1与BC段的最大剪应力τmax2之比ττmaxmax12=_______。

6.图示正方形截面简支梁，若载荷不变而将截面边长增加一倍，则其最大弯曲正应力为原来的_______倍，最大弯曲剪应力为原来的_______倍。

7.矩形截面悬臂梁的尺寸及受载如图所示，(1)若梁长l增大至2l，则梁的最大挠度增大至原来的______倍；(2)若梁截面宽度由b减为b2，则梁的最大挠度增大至原来的______倍；(3)若梁截面高度由h减为h2，则梁的最大挠度增大至原来的______倍。

8.图示为某构件内危险点的应力状态，若用第四强度理论校核其强度，则相当应力σeq4=_______。

9.将圆截面压杆改为面积相等的圆环截面压杆，其它条件不变，则其柔度将_______，临界载荷将_______。

三、分析题(每小题5分，共20分)1.在图示低碳钢和铸铁拉伸试验的“应力—应变”图上，注明材料的强度指标(名称和代表符号)，并由图判断：_______是脆性材料，_______是塑性材料。

2.画出图示阶梯形圆轴的扭矩图，用图中m和d写出圆轴最大剪应力的计算式，并指出其作用点位置。

3.图示矩形截面悬臂梁，若已知危险截面上E点的应力为σE=－40MPa，试分析该截面上四个角点A、B、C、D的应力(不必写出分析过程，只须写出分析结果，即四个角点的应力值)。

四、计算题(每小题10分，共40分)1.钢杆1，2吊一刚性横梁AB。

已知钢杆的弹性模量E=200GPa，两杆的横截面面积均为A=100mm2，载荷P=20KN，试求两钢杆的应力、伸长量及P力作用点F的位移δF。

2.外伸木梁各部分的尺寸和所受载荷如图所示。

设梁材料的许用应力［σ］=10MPa。

试：(1)作梁的剪力图和弯矩图；(2)校核梁的正应力强度。

3.弓形夹紧器如图，若夹紧力P=2KN，距离e=120mm，立柱为矩形截面，其h=25mm，［σ］=160MPa，试设计截面尺寸b。

4.图示曲柄轴直径d=50mm ，受集中力P=1KN 作用，试：(1)画出危险点A 的应力状态并计算其应力值；(2)若材料的许用应力［σ］=70MPa,试按第四强度理论校核其强度。