材料力学习题解答10
江大工程材料力学性能习题解答
第一章1、弹性变形的实质是什么？答：金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。
2、弹性模量E的物理意义？E是一个特殊的力性指标，表现在哪里？答：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
E=Z / &。
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。
弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。
它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。
特殊表现：金属材料的E是一个对组织不敏感的力学性能指标，温度、加载速率等外在因素对其影响不大，E主要决定于金属原子本性和晶格类型。
3、比例极限、弹性极限、屈服极限有何异同？答：比例极限：应力应变曲线符合线性关系的最高应力（应力与应变成正比关系的最大应力）；弹性极限：试样由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力；屈服极限：开始发生均匀塑性变形时的应力。
4、什么是滞弹性？举例说明滞弹性的应用？答：滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。
应用：精密传感元件选择滞弹性低的材料。
5、内耗、循环韧性、包申格效应？答：内耗：金属材料在在弹性区内加载交变载荷（振动）时吸收不可逆变形功的能力；循环韧性：• ••塑性区内•••；包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象。
6、什么是屈服强度？如何确定屈服强度？答：屈服强度Z s :开始产生塑性变形时的应力。
对于屈服现象明显的材料，以下屈服点对应的应力为屈服强度；对于屈服现象不明显的材料，以产生0.2%残余变形的应力为其屈服强度。
7、屈服强度的影响因素有哪些？答：内因：①金属本性及晶格类型（位错密度增加，晶格阻力增加，屈服强度随之提高）②晶粒大小和亚结构（细晶强化）③溶质元素（固溶强化）④第二相（弥散强化和沉淀强化）；外因：①温度（一般，升高温度，金属材料的屈服强度降低）②应变速率（应变速率硬化）③应力状态（切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度则越低）。
材料力学习题与答案
韧脆转变温度：材料在低于某一温度tk时，会由韧性状态转变未脆性状态，tk称为韧脆转变温度。
什么是低温脆性、韧脆转变温度tk？产生低温脆性的原因是什么？体心立方和面心立方金属的低温脆性有和差异？为什么？
由于压痕较大，不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验，也不宜于薄件试验。
不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦。
2、洛氏硬度的测量原理
洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值的指标。
洛氏硬度试验的优缺点
洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。它的优点是：
1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题；
热疲劳：机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应力变形作用下发生的疲劳就叫热疲劳。
由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏就叫热疲劳。
（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁；（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体；（5）仪表小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）渗氮层；（8）高速钢刀具；（9）退火态低碳钢；（10）硬质合金。
（1）渗碳层的硬度分布----HK或-显微HV
（2）淬火钢-----HRC
（3）灰铸铁-----HB
根据σ/σ0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正
因为σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂纹断裂韧度KI需要修正
对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：
大学材料力学习题及答案
大学材料力学习题及答案(题库)(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一．是非题：（正确的在括号中打“√”、错误的打“×”） （60小题） 1．材料力学研究的主要问题是微小弹性变形问题，因此在研究构件的平衡与运动时，可不计构件的变形。
( √ )2．构件的强度、刚度、稳定性与其所用材料的力学性质有关，而材料的力学性质又是通过试验测定的。
( √ )3．在载荷作用下，构件截面上某点处分布内力的集度，称为该点的应力。
(√ )4．在载荷作用下，构件所发生的形状和尺寸改变，均称为变形。
( √ ) 5．截面上某点处的总应力p 可分解为垂直于该截面的正应力σ和与该截面相切的剪应力τ，它们的单位相同。
( √ )6．线应变ε和剪应变γ都是度量构件内一点处变形程度的两个基本量，它们都是无量纲的量。
( √ )7．材料力学性质是指材料在外力作用下在强度方面表现出来的性能。
( ) 8．在强度计算中，塑性材料的极限应力是指比例极限p σ，而脆性材料的极限应力是指强度极限b σ。
( )9．低碳钢在常温静载下拉伸，若应力不超过屈服极限s σ，则正应力σ与线应变ε成正比，称这一关系为拉伸（或压缩）的虎克定律。
( )10．当应力不超过比例极限时，直杆的轴向变形与其轴力、杆的原长成正比，而与横截面面积成反比。
( √ )11．铸铁试件压缩时破坏断面与轴线大致成450，这是由压应力引起的缘故。
( )12．低碳钢拉伸时，当进入屈服阶段时，试件表面上出现与轴线成45o 的滑移线，这是由最大剪应力max τ引起的，但拉断时截面仍为横截面，这是由最大拉应力max σ引起的。
( √ )13．杆件在拉伸或压缩时，任意截面上的剪应力均为零。
( ) 14．EA 称为材料的截面抗拉（或抗压）刚度。
( √ )15．解决超静定问题的关键是建立补充方程，而要建立的补充方程就必须研究构件的变形几何关系，称这种关系为变形协调关系。
材料力学性能习题及解答库
第一章习题答案一、解释下列名词1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
2、滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。
3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。
4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现σe升高或降低的现象。
5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶；8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。
9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。
10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。
穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。
11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。
二、说明下列力学指标的意义１、Ｅ（Ｇ）：Ｅ（Ｇ）分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。
２、σr、σ0.2、σs: σr :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。
σ0.2：表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。
σs：表征材料的屈服点。
３、σb：韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。
４、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。
５、δ、δgt、ψ：δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
材料力学性能学习题与解答[教材课后答案]
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度越高。
3、计算： 某低碳钢的摆锤系列冲击实验列于下表， 温度(℃) 60 40 35 25 试计算： a. 绘制冲击功－温度关系曲线； 冲击功(J) 75 75 70 60 温度(℃) 10 0 -20 -50 冲击功(J) 40 20 5 1
冲击吸收功—温度曲线 80 70 60 50
Ak
40 30 20 10 0 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 10 20 30 40 50 60 70 0 0 0 0 0 0 t/℃
第三章 冲击韧性和低温脆性 1、名词解释： 冲击韧度 冲击吸收功 低温脆性
解： 冲击韧度：一次冲断时，冲击功与缺口处截面积的比值。 冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。 低温脆性：当试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。 韧脆转变温度：材料在某一温度 t 下由韧变脆，冲击功明显下降。该温度即韧脆转 变温度。 迟屈服：用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬 间并不屈服，需在该应力下保持一段时间后才屈服的现象。
2) 简述扭转实验、弯曲实验的特点？渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学 性能常用的方法是什么？ 1 扭转实验的应力状态软性系数较拉伸的应力状态软性系数高。可 解： 扭转实验的特点是○
2 扭转实验 对表面强化处理工艺进行研究和对机件的热处理表面质量进行检验。 ○ 3 圆柱试样在扭转时，不产生缩颈现象，塑 时试样截面的应力分布为表面最大。○
韧脆转变温度 迟屈服
2、简答 1) 缺口冲击韧性实验能评定哪些材料的低温脆性？哪些材料不能用此方法 检验和评定？[提示：低中强度的体心立方金属、Zn 等对温度敏感的材料，高强 度钢、铝合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能]
解：缺口冲击韧性实验能评定中、低强度机构钢的低温脆性。面心立方金属及合金如氏 体钢和铝合金不能用此方法检验和评定。
《材料力学》第十章课后习题答案
在解题前要认真审题，明确题目要求和解题方向 ，避免出现理解偏差或误解题意的情况。同时， 在解题过程中要细心计算，注意检查计算过程和 结果是否正确。
05 知识点拓展与延伸
相关概念深入理解
材料的力学性能
材料在受到外力作用时，其变形、 破坏以及抵抗变形的能力，包括
弹性、塑性、强度、韧性等。
应力与应变
错误原因剖析
学习态度不认真
部分学生平时学习态度不认真，对课 堂知识掌握不扎实，导致在解题时无 法正确运用所学知识。
缺乏练习
部分学生平时缺乏练习，对解题方法 和技巧不熟悉，导致在考试时无法熟 练应对各种问题。
思维能力不足
部分学生思维能力较弱，无法灵活运 用所学知识解决实际问题。
粗心大意
部分学生在解题过程中粗心大意，忽 略了一些关键信息或步骤，导致解题 错误。
《材料力学》第十章课后习题答案
contents
目录
• 第十章课后习题概览 • 习题解答方法与技巧 • 典型习题详解 • 易错习题剖析及避免方法 • 知识点拓展与延伸 • 自我检测与提高建议
01 第十章课后习题概览
习题类型与数量
选择题
共10道，涵盖基本概念和理论 应用。
填空题
共5道，考查对知识点的理解和 记忆。
典型选择题解析
题目：下列关于剪切应力的说法中， 错误的是？
B. 剪切应力与材料的剪切模量成正比。
A. 剪切应力是相邻两部分材料发生相 对错动时的阻力。
典型选择题解析
C. 剪切应力只存在于受扭转的 杆件中。
D. 剪切应力的方向与材料错动 的方向垂直。
解析：正确答案是C。剪切应力 不仅存在于受扭转的杆件中，还 存在于受剪切的梁、板等构件中。
材料力学习题集--(有答案)
绪 论一、 是非题1.1 材料力学主要研究杆件受力后变形与破坏的规律。
〔 〕 1.2 内力只能是力。
〔 〕1.3 假设物体各点均无位移，则该物体必定无变形。
〔 〕 1.4 截面法是分析应力的基本方法。
〔 〕 二、选择题1.5 构件的强度是指〔 〕，刚度是指〔 〕，稳定性是指〔 〕。
A. 在外力作用下构件抵抗变形的能力B. 在外力作用下构件保持其原有的平衡状态的能力C. 在外力作用下构件抵抗破坏的能力1.6 根据均匀性假设，可认为构件的〔 〕在各点处相同。
A. 应力 B. 应变C. 材料的弹性常数D. 位移1.7 以下结论中正确的选项是〔 〕 A. 内力是应力的代数和 B. 应力是内力的平均值 C. 应力是内力的集度 D. 内力必大于应力参考答案：1.1 √ 1.2 × 1.3 √ 1.4 × 1.5 C,A,B 1.6 C 1.7 C轴向拉压一、选择题1. 等截面直杆CD 位于两块夹板之间，如图示。
杆件与夹板间的摩擦力与杆件自重保持平衡。
设杆CD 两侧的摩擦力沿轴线方向均匀分布，且两侧摩擦力的集度均为q ，杆CD 的横截面面积为A ，质量密度为ρ，试问以下结论中哪一个是正确的？ (A) q gA ρ=；(B) 杆内最大轴力N max F ql =； (C) 杆内各横截面上的轴力N 2gAlF ρ=；(D) 杆内各横截面上的轴力N 0F =。
2. 低碳钢试样拉伸时，横截面上的应力公式N F A σ=适用于以下哪一种情况? (A) 只适用于σ≤p σ； (B) 只适用于σ≤e σ； (C)3. 在A 和B和点B 的距离保持不变，绳索的许用拉应力为[]σ取何值时，绳索的用料最省？ (A) 0； (B) 30； (C) 45； (D) 60。
4. 桁架如图示，载荷F 可在横梁〔刚性杆〕DE 为A ，许用应力均为[]σ〔拉和压相同〕。
求载荷F 的许用值。
以下四种答案中哪一种是正确的？ (A)[]2A σ； (B) 2[]3Aσ； (C) []A σ； (D) 2[]A σ。
材料力学课后习题答案
2 2 Fl 2 4 Fl E (d1 d 2 ) d 2 d1 Ed 1 d 2
[习题 2-10] 受轴向拉力 F 作用的箱形薄壁杆如图所示。已知该材料的弹性常数为 E , ，试 求 C 与 D 两点间的距离改变量 CD 。
解：
'
（2）由变形能原理求 A 点的铅垂方向的位移
2 N12 l1 N 2 l2 1 F A 2 2 EA1 2 EA2 2 l2 1 N12 l1 N 2 ( ) F EA1 EA2
A
式中， l1 1000 / sin 45o 1414(mm) ； l 2 800 / sin 30 o 1600(mm)
解：墩身底面的轴力为：
N ( F G) F Alg
2-3 图
1000 (3 2 3.14 12 ) 10 2.35 9.8 3104.942(kN)
墩身底面积： A (3 2 3.14 12 ) 9.14(m 2 ) 因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
FN 2l 40 107 0.15 l2 4.76 EA2 210 109 12 106 从而得，Ax l2 4.76， Ay l2 2 l1 3 20.23 （ ）
（ 2）
V F Ay F1 l1 +F2 l2 0 Ay 20.33 （）
F 35kN 。已知杆 AB 和 AC 的直径分别为 d1 12mm 和 d 2 15mm ，钢的弹性模量
E 210GPa 。试求 A 点在铅垂方向的位移。 解： （1）求 AB、AC 杆的轴力 以节点 A 为研究对象，其受力图如图所示。 由平衡条件得出：
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D 120
O
B
120 C
p
E 3.14
p
200103 99.3 200
L 4L 4 2.5103 i D 1 2 30 1 (22 / 30)2
4 2.5103 30 1.24
268
p
cr
2E 2
3.142
200 2682
103
FN cr
A [nst ]
F A cr
q
解： [q1] 66kN/m [q2] 50.24 kN/m
A
B
FCE 6750q(压力）
FAD
FCE C
FAE
1.5 m
D
E
压杆的临界应力为：
LCE i d
i
4
4LCE 41500 200
d
30
cr
2E
2
q
1.5 m
67257000q30d[n24Es[t ]n3dst22]E2
12 12
12
H
b
压杆的临界压力为： Fcr
2EI (l)2
Fcr
2EI
(2L)2
3.142
200103 4 20002
4456944
54.9103 N 54.9 kN
?
Fmax
Fcr n
54.9 3
18.3kN
4．如图所示结构中，AB是No.18号工字钢，其抗弯截面系 数 W 185cm，3 其余构件均为直径 d 30mm的圆杆，各处 均为铰接，所有构件的弹性模量E 200GPa ，许用应 力[ ] 160MPa，稳定安全系数 [nst ] 2 。不计工字钢的自 重，求结构许可均布载荷 [q] 。
q
解： 梁的危险截面在C处。
A
B
max
MC Wz
qLBC 2 2Wz
[ ]
FAD
FCE C
FAE
1.5 m
D
E
q
2Wz[ ]
LBC 2
2185103 160 30002
1.5 m
3m
FCE 6750q(压力）
66 N/mm 66kN/m
FAD FCE 4500q 2250q(拉力）
[q1] 66kN/m
材料力学习题解答10
压杆稳定
1． 如图所示结构中，曲拐ABC是刚性的，a =1m；横杆截面 为圆形，直径d =20mm；其左端为固定端，右端为球铰，材 料的弹性模量E =80GPa,L=2mm；稳定安全系数 [nst ] 。3 试 确定结构的许可载荷[F]。
a
解： 考虑曲拐的平衡，有：
Fa R 2a
和宽b应取什么比例？若材料的弹性模量E=200GPa，稳
定安全系数 [nst ] 3 ，根据你所选的比例，试确定该立 柱的许可载荷。
解： 为使压杆具有最强的抗失稳能
力，截面应为正方形。
t
b h a H 60 mm 4
L h
I a4 (a t)4 604 544 4456944 mm 4
3m
3.143 302 200103 27000 2 2002
FCE
Fcr [nst ]
cr A
[nst ]
A 2E [nst ]2
2.58 N/mm 2.58kN/m [q3] 2.58kN/m [q] 2.58kN/m
5．如图所示支架结构由三根钢管构成，钢管外径
D=30mm，内径d=22mm，长度L=2.5m，材料的
6
Iy
b 3
2[ 12
(h)2 2
b ]
b 3
6
bh2
2
b3 b 3 bh2
66 2
h b2 2 1002 102 57.5 mm
3
3
b
z
h
Fcr
2EIz
(2L)2
2E b3
4L2 6
2Eb3
24L2
3.142
200103 10 24 30002
1003
91.3103 N 91.3kN
F
解：
F A cr (D2 d 2 ) cr
0.417[nst ] 4 0.417[nst ] 3.14 (302 222 ) 27.5
压杆的临界压力：Fcr
2EI (l)2
Fmax
Fcr n
91.3 45.6 kN 2
Fmax 45.6 kN
3． 如图所示，一根高度为2m的立柱由一块长L=2m、宽
H=240mm、厚度t =6mm的钢板卷制而成，其截面为空心
的矩形截面，接缝牢固焊接。立柱下端四周固定，上端
自由。为使立柱具有最强的抗失稳能力，则横截面的高h
R F 2
2a
F
压杆的临界压力为：
Fcr
2EI (l)2
2EI
(0.7L)2
R L
Rcr
2
2EI
(0.7L)
2
3Ed 4
32(0.7L)2
3.143 80103 204 32 0.49 20002
6.3103 N
结构的许可载荷为： [F] Rcr 6.3 2.1kN
n3
2． 如图所示立柱由两块厚 10mm，宽 b 100mm的
0.417[nst ]
27.5MPa
5．如图所示支架结构由三根钢管构成，钢管外径
D=30mm，内径d=22mm，长度L=2.5m，材料的
E=200GPa, p 200 MPa ,材料的屈服应力 s 400 MPa 。
稳定安全系数 [nst ] 3。支架顶点A处三杆铰接。试确
定结构的许可载荷[F]。
钢板制成， E 200GP，a 立柱高度 L 3。m 两钢板之
间由若干联接和加固的板焊接在一起。立柱下端四
周固定，上端自由。则两钢板之间的距离h取何值时
最为合理？若取稳定安全系数 [nst ] 2，则立柱的
许可轴向载荷是多大？ 解： 压杆最合理的情况是： Iz I y
y
L
Iz
2 b3
12
b3
E=200GPa, p 200 MPa ,材料的屈服应力 s 400 MPa 。
稳定安全系数 [nst ] 3。支架顶点A处三杆铰接。试确
定结构的许可载荷[F]。
F
解： 每根杆所受的压力为：
A
3FN cos F
F
FN 3cos
FN
FL 3H
2.5 3 2
F
0.417F
Lcos H
H 2m L
FAE 0
FCE
1500
1 2
q(1500
3000)2
q
d
2[ ]
9
FAD A 3.14
4 2250q
d 2
302 160 9000
[
]
50.24 N/mm 50.24kN/m [q2] 50.24kN/m
4．如图所示结构中，AB是No.18号工字钢，其抗弯截面系 数 W 185cm，3 其余构件均为直径 d 30mm的圆杆，各处 均为铰接，所有构件的弹性模量E 200GPa ，许用应 力[ ] 160MPa，稳定安全系数 [nst ] 2 。不计工字钢的自 重，求结构许可均布载荷 [q] 。