《材料力学》第7章应力状态和强度理论习题解..pdf

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应力状态分析与强度理论-习题与答案

应力状态分析与强度理论-习题与答案
1、一点的应力状态是指()
(A)受力构件横截面上各点的应力情况
(B)受力构件各点横截面上的应力情况
(C)构件未受力之前,各质点之间的相互作用力状况
(D)受力构件内某一点在不同横截面上的应力情况
2、一实心均质钢球,当其外表面迅速均匀加热,则球心O点处的应力状态是()
(A)单向拉伸应力状态(B)平面应力状态
(A)铸铁为塑性材料
(B)铸铁在三向压应力状态下产生塑性变形
(C)铸铁在单向压应力作用下产生弹性变形
(D)材料剥脱
7、混凝土立方试块在作单向压缩试验时,若在其上、下表面上涂有润滑剂,则试块破坏时将沿纵向裂开,其主要原因是()
(A)最大压应力(B)最大剪应力
(C)最大伸长线应变(D)存在横向拉应力
8、一中空钢球,内径d=20cm,内压p=15Mpa,材料的许用应力 =160Mpa,则钢球壁厚t只少是()
(A)t=47㎜(B)t=2.34㎜
(C)t=4.68㎜(D)t=9.38㎜
9、将沸水注入厚玻璃杯中,有时玻璃杯会发生破裂,这是因为()
(A)热膨胀时,玻璃杯环向线应变达到极限应变,从内、外壁同时发生破裂
(B)玻璃材料抗拉能力弱,玻璃杯从外壁开始破裂
(C)玻璃材料抗拉能力弱,玻璃杯从内壁开始破裂
(D)水作用下,玻璃杯从杯底开始破裂
因圆柱与钢筒之间的空隙 ,而 > ,故圆柱受钢筒弹性约束。设柱与筒之间的作用力为p,则铝柱中各点处主应力为
钢筒中各点处主应力为
设铝柱和钢筒的径向应变分别为 ,变形协变条件为

于是

p=2.74Mpa
故钢筒周向应力为


所以则其相当应力为
由于 <0.5

材料力学第七章应力状态和强度理论

材料力学第七章应力状态和强度理论
2
x y 2 a 0 2
x y x y 2
x y
2
) x
2
2
例题1: 已知:单元体各侧面应力 x=60MPa,
求: (1) = - 450斜截面上的应力,(2)主应力和主平面
dA
y

x y
2
sin 2 xy cos2
y
yx
应力圆
y
1 R 2

x
y

2
4 2 xy
x
yx xy x
y
R c

x y
2
2
x
xy

dA
yx

y
x y 1 2 2 2

40

x y
2 0.431MPa
sin( 80 ) xy cos(80 )

C
C

C
例题3:已知梁上的M、Q,试用单元体表示截面上1、2、
3、4点的应力状态。
1
2 0
2
1点 2点
1 2 0 3
3Q = 2A
M x Wz
2 xy
x y
2 20.6 0.69 60 0
17.2
x y
2 (
6.4MPa
2 34.4
max(min)
x
17.20
x y
2
) xy
2
2
x
66.4MPa
60 0 60 0 2 ( ) 20.6 2 2 2 66.4(6.4) MPa

材料力学 第07章 应力状态分析与强度理论

材料力学 第07章 应力状态分析与强度理论
2
sin2a t xy cos2a
18/95
7.2 平面应力状态分析 主应力 7.2.3 主平面的方位及极值正应力 s x s y s x s y sa cos2a t xy sin2a 2 2 s x s y ds a 上式对a 求导 2 sin2a t xy cos2a da 2 s x s y 若a a0时,导数为 0 sin2a 0 t xy cos2a 0 0 2 2t xy tan2a 0 s x s y
7.2.5 应力圆
t
sx
tyx
sy
sx txy sy
D(sx,txy) 1. 确定点 D (s ,t ) x xy
O
D'(sy,tyx)
C
s
2. 确定点D' (sy,tyx) tyx= -txy 3. 连接DD'与s 轴交于点C 4. 以 C 为圆心,CD(CD') 为半径画圆。
26/95
7.2 平面应力状态分析 主应力 7.2.5 应力圆
sx sy sz
sxs1 100 MPas 2
0 MPas 3 120 MPa
11/95
7.1 一点的应力状态的概念 单向、二向(平面)、三向(空间)应力状态 三个主应力中仅有一个主应力不为零 单向应力状态
s1
s1
F
A
F
12/95
7.1 一点的应力状态的概念 单向、二向(平面)、三向(空间)应力状态
O
D'(sy,tyx)
C sx- sx sy/2
s
27/95
7.2 平面应力状态分析 主应力 7.2.5 应力圆 利用应力圆确定角a 斜截面上的正应力和切应力

工程力学c材料力学部分第七章 应力状态和强度理论

工程力学c材料力学部分第七章 应力状态和强度理论

无论是强度分析还是刚度分析,都需要求出应力的极值, 无论是强度分析还是刚度分析,都需要求出应力的极值,为了找 到构件内最大应力的位置和方向 需要对各点的应力情况做出分析。 最大应力的位置和方向, 到构件内最大应力的位置和方向,需要对各点的应力情况做出分析。
受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合,称为一点的 受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合,称为一点的 研究一点的应力状态时, 应力状态 。研究一点的应力状态时,往往围绕该点取一个无限小 的正六面体—单元体来研究。 单元体来研究 的正六面体 单元体来研究。
σ2
σ2
σ1
σ1
σ
σ
σ3
三向应力状态
双向应力状态
单向应力状态 简单应力状态
复杂应力状态 主应力符号按代数值的大小规定: 主应力符号按代数值的大小规定:
σ1 ≥ σ 2 ≥ σ 3
平面应力状态的应力分析—解析法 §7−2 平面应力状态的应力分析 解析法
图(a)所示平面应力单元体常用平面图形(b)来表示。现欲求 )所示平面应力单元体常用平面图形( )来表示。现欲求 垂直于平面xy的任意斜截面 上的应力 垂直于平面 的任意斜截面ef上的应力。 的任意斜截面 上的应力。
二、最大正应力和最大剪应力
σα =
σ x +σ y
2
+
σ x −σ y
2
cos 2α − τ x sin 2α
τα =

σ x −σ y
2
sin 2α + τ x cos 2α
dσ α =0 dα
σ x −σ y
2
sin 2α +τ x cos2α = 0
可见在 τ α
=0

材料力学第七章 应力状态

材料力学第七章 应力状态

主平面的方位:
tan
2a0
2 xy x
y
主应力与主平面的对应关系: max 与切应力的交点同象限
例题:一点处的平面应力状态如图所示。
已知 x 60MPa, xy 30MPa, y 40MPa, a 30。
试求(1)a 斜面上的应力; (2)主应力、主平面; (3)绘出主应力单元体。
x y cos 2a
2
x sin 2a
x
a
x y sin 2a
2
x cos 2a
300
10 30 2
10 30 cos 60020sin 600
2
2.32 MPa
300
10 30 sin 600 2
20cos 600
1.33 MPa
a
20 MPa
c
30 MPa
b
n1
y xy
a x
解:(1)a 斜面上的应力
y xy
a
x
2
y
x
2
y
cos 2a
xy
sin 2a
60 40 60 40 cos(60 ) 30sin(60 )
2
2
a x 9.02MPa
a
x
y
2
sin
2a
xy
cos
2a
60 40 sin(60 ) 30cos(60 ) 2
58.3MPa
2
1.33 MPa
300 600 x y 40 MPa
在二向应力状态下,任意两个垂直面上,其σ的和为一常数。
在二向应力状态下,任意两个垂直面上,其σ 的和为
一常数。
证明: a
x y

《材料力学》第7章-应力状态和强度理论-习题解讲课教案

《材料力学》第7章-应力状态和强度理论-习题解讲课教案

第七章 应力状态和强度理论 习题解[习题7-1] 试从图示各构件中A 点和B 点处取出单元体,并表明单元体各面上的应力。

[习题7-1(a )]解:A 点处于单向压应力状态。

224412d F d F F A N A ππσ-=-==[习题7-1(b )]解:A 点处于纯剪切应力状态。

3316161d T d T W T P A ππτ-===MPa mm mm N 618.798014.310816336=⨯⋅⨯⨯=[习题7-1(b )]解:A 点处于纯剪切应力状态。

0=∑AM04.028.02.1=⨯--⨯B R )(333.1kN R B =)(333.1kN R Q B A -=-=MPa mmN A Q A 417.01204013335.15.12-=⨯⨯-=⨯=τB 点处于平面应力状态MPamm mm mm N I y M zB B 083.21204012130103.0333.1436=⨯⨯⨯⋅⨯⨯==σMPa mm mm mmN b I QS z zB 312.0401204012145)3040(1333433*-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==τ[习题7-1(d )]解:A 点处于平面应力状态MPa mm mm N W M zA A 064.502014.3321103.39333=⨯⨯⋅⨯==σMPa mm mm N W T PA 064.502014.3161106.78333=⨯⨯⋅⨯==τ [习题7-2] 有一拉伸试样,横截面为mm mm 540⨯的矩形。

在与轴线成045=α角的面上切应力MPa 150=τ时,试样上将出现滑移线。

试求试样所受的轴向拉力F 。

解:AFx =σ;0=y σ;0=x τ 004590cos 90sin 20x yx τσστ+-=A F 2045=τ 出现滑移线,即进入屈服阶段,此时,1502045≤=AFτ kN N mm mm N A F 6060000540/30030022==⨯⨯==[习题7-3] 一拉杆由两段沿n m -面胶合而成。

材力第7章习题解

材力第7章习题解

∴ = 0,
MPa,
MPa
MPa
2. = 248 MPa;
∴ = 0,
MPa,
MPa
MPa 3. = 290 MPa。
∴ = 0,
MPa,
MPa
MPa
7-13 铝合金制成的零件上某一点处的平面应力状态如图所示,其屈服应力 = 280MPa。试按最大切应 力准则确定。
1.屈服时的 的代数值; 2.安全因数为 1.2 时的 值。 1.解:
1.(a)
(b)

2.(a)
(b) 用形状改变比能,相当应力相同。
7-17 薄壁圆柱形锅炉容器的平均直径为 1250mm,最大内压强为 23 个大气压(1 个大气压 0.1MPa), 在高温下工作时材料的屈服应力 = 182.5MPa。若规定安全因数为 1.8,试按最大切应力准则设计容器的 壁厚。
解:


习题 7-17 解图
壁厚:
mm
7-18 平均直径 D = 1.8m、壁厚 = 14mm 的圆柱形容器,承受内压作用。若已知容器为钢制,其屈服应力 = 400MPa,要求安全因数 ns = 6.0。试分别应用以下准则确定此容器所能承受的最大内压力。
1.用最大切应力准则; 2.用形状改变比能准则。
①设:
习题 7-13 图
=0

= 230 MPa
②设: =0

MPa

= 230 MPa 或
MPa
2.解:
, = 168 MPa


MPa

= 168 MPa 或
MPa
7-16 两种应力状态分别如图 a 和 b 所示,若二者的 、 数值分别相等,且

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应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
[ 习题 7-9 ( c)] 解:坐标面应力: X( -20 , -10 ); Y( -50 , 10)。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 10MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1 0MPa , 2 16.25MPa , 3 53.75MPa ; 0 16.10 。
1 d3
d3
16
6
16 8 10 N mm 3.14 803 mm3
79.618MPa
[ 习题 7-1 ( b)] 解: A 点处于纯剪切应力状态。
MA 0
RB 1.2 0.8 2 0.4 0
RB 1.333(kN )
1
A A
QA RB 1.333( kN)
Q A 1.5
A
1333N 1.5 40 120 mm2
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
[ 习题 7-9 ( d)] 解:坐标面应力: X( 80, 30); Y( 160, -30 )。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 20MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1 170MPa , 2 70MPa , 3 0MPa ; 0 71.60 。
第七章 应力状态和强度理论 习题解
[ 习题 7-1] 试从图示各构件中 A 点和 B 点处取出单元体,并表明单元体各面上的应力。
[ 习题 7-1 ( a)]
解: A 点处于单向压应力状态。
N F 2F 4F
A
A
1 d2
d2
4
[ 习题 7-1 ( b)] 解: A 点处于纯剪切应力状态。
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600 。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 10MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1200
25MPa , 1200 26MPa ; 1 20MPa , 3
40MPa ; 0
00 。
3
1
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
[ 习题 7-8 ( b)]
解:坐标面应力: X( 0, 30); Y( 0, -30 )
50
Fmax,N ( [ ] A ) 1.000
1.031
1.132
1.250
1.333 1.704 2.420
Fmax,T ( [ ] A ) 31.836
2.924
1.556
1.250
1.155 1.015 1.015
60 4.000 1.155
5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000
按比例尺量得斜面的应力为:
600 0.1625MPa
600 0.065MPa
按习题 7-5 得到的公式计算如下:
x
y
2
x
y
cos 2
2
5
60 0
0.05 0.2 2
0.05
0.2 cos(
120 0 )
2
0.1625 MPa
x
y
sin 2
2
60 0
0.05
0.2 sin(
120 0 )
2
0.065MPa
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
9
[ 习题 7-10] 已知平面应力状态下某点处的两个截面的的应力如图所示。
点处的主应力值和主平面方位,并求出两截面间的夹角
值。
试利用应力圆求该
平面应力状态下的两斜面应力
应力圆
解:两斜面上的坐标面应力为: A( 38, 28), B( 114, -48 ) 由以上上两点作出的直线 AB 是应力圆上的一条弦, 如图所示。作 AB的垂直平分线交水平坐标轴于 C
主应力为:
1 x r 86 55.57 141.57MPa
2 x r 86 55.57 30.43MPa 30
(2)主方向角
2
x sin 2
FF
F 1 cos2
cos 2
[]
2 A 2A
A2
F 1 cos 2 []
A2
F cos2
[]
A
[ ]A F cos2
F max, N
[ ]A cos2
x
y
sin 2
2
x cos 2
F sin 2
2A
3 [] [ ]
4
1.5[ ] A F
sin 2
F max,T 1.5[ ] A sin 2
0
最大荷载随角度变化曲线 Fmax,N,Fmax,T
斜面倾角 ( 度)
10
20
30
40
50
60
Fmax,N
Fmax,T
由以上曲线可知,两曲线交点以左, 由正应力强度条件控制最大荷载; 交点以右, 由切
应力强度条件控制最大荷载。 由图中可以看出, 当
26.5650510 时,杆能承受最大荷载,
该荷载为: Fmax 1.25[ ] A 1.25 14N / mm2 1000mm2 17500N 17.5kN
则 值应取多大?若杆的横截面面积为 1000mm2 ,试确定其最大许可荷载。
解: 由上题计算得: F max,N
[ ]A cos2
x
y
sin 2
2
x cos 2
F sin 2
2A
[ ]A F
sin 2
F max,T
[ ]A sin 2
[ ] 0.5[ ]
( 0)
0.9
10
20
26.565051
30
40
10.55MPa
QS
* z
10 103 N (80 40) 60m m3
I zb
1 80 160 3 m m4 80m m
12
( 2)写出坐标面应力 X ( 10.55 , -0.88 ) Y( 0, 0.88 )
(3) 作应力圆求最大与最小主应力,
并求最大主应力与 x 轴的夹角
作应力圆如图所示。从图中按 比例尺量得:
4
[ 习题 7-5] 试根据相应的应力圆上的关系,写出图示单元体任一斜面
m n 上正应力及切
应力的计算公式。设截面 m n 的法线与 x 轴成 角如图所示(作图时可设 | y | | x | )。
解:坐标面应力: X( x , 0); Y( y , 0)
设 m n 斜面的应力为 M( , )。 X、Y 点
30 0 。根据以上数据作出如图所示的应力
圆。图中比例尺为 1cm 代表 10MPa 。按比例尺量得斜面的应力为: 600 26MPa , 600 15MPa ; 1 30MPa , 3 30MPa ; 0
450 。
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
[ 习题 7-8 ( c)]
解:坐标面应力: X( -50 ,0); Y( -50 , 0)
0.417MPa
A
B 点处于平面应力状态
B
MBy Iz
1.333 0.3 10 6 N m m 30m m 1 40 120 3 m m4
2. 083 MPa
12
QS
* z
B
I zb
1333N (40 30) 45m m3 1 40 120 3m m4 40m m 12
[ 习题 7-1 ( d)] 解: A 点处于平面应力状态
第七章 应力状态和强度理论 习题解
[ 习题 7-1] 试从图示各构件中 A 点和 B 点处取出单元体,并表明单元体各面上的应力。
[ 习题 7-1 ( a)]
解: A 点处于单向压应力状态。
N F 2F 4F
A
A
1 d2
d2
4
[ 习题 7-1 ( b)] 解: A 点处于纯剪切应力状态。
T
T
16T
A
WP
0.312 MPa
MA
A
Wz
39.3 103 N m m 1 3.14 20 3 m m3
50 .064 MPa
32
T
78.6 103 N m m
A
WP
50.064MPa 1 3.14 203 m m3
16
B
B
A
A
[ 习题 7-2] 有一拉伸试样,横截面为 40mm 5mm 的矩形。在与轴线成
切应力 解: x
[ 习题 7-9 ( a)] 解:坐标面应力: X( 130, 70); Y( 0,-70 )。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 20MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1 160.5MPa , 2 0MPa , 3 30.5MPa ; 0 23056' 。
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
作图法(应力圆法)与解析法(公式法)的结果一致。
[ 习题 7-7] 试用应力圆的几何关系求图示悬臂梁距离自由端为
下 40mm 的一点处的最大及最小主应力,并求最大主应力与
0.72m 的截面上,在顶面以 x 轴之间的夹角。
解:( 1)求计算点的正应力与切应力
My Iz
12My bh3
12 10 0.72 106 N mm 40mm 80 1603 mm4
最大荷载随角度变化曲线 Fmax,N,Fmax,T
斜面倾角 ( 度)
0
10
20
30
40
50
60
Fmax,N
Fmax,T
3
由以上曲线可知,两曲线交点以左, 由正应力强度条件控制最大荷载; 交点以右, 由切应力
强度条件控制最大荷载。由图中可以看出,当
600 时,杆能承受最大荷载,该荷载为:
Fmax 1.732[ ] A [ 习题 7-4] 若上题中拉杆胶合缝的许用应力 [ ] 0.5[ ] ,而 [ ] 7MPa ,[ ] 14MPa ,
8
主单元体图
[ 习题 7-9 ( b)] 解:坐标面应力: X( -140 ,-80 ); Y( 0, 80)。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 40MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1 36.0MPa , 2 0MPa , 3 176MPa ; 0 65.60 。
单元体图
应力圆( O.Mohr 圆)
主单元体图
[ 习题 7-9 ( c)] 解:坐标面应力: X( -20 , -10 ); Y( -50 , 10)。根据以上数据作出如图所示的应
力圆。图中比例尺为 1cm 代表 10MPa 。按比例尺量得斜面的应力为:
1 0MPa , 2 16.25MPa , 3 53.75MPa ; 0 16.10 。
范围内。作为“假定计算”,对胶合缝作强度计算时,可以把其上的正应力和切应力分别与
相应的许用应力比较。现设胶合缝的许用切应力
[ ] 为许用拉应力 [ ] 的 3/ 4 ,且这一拉杆
2
的强度由胶合缝强度控制。为了使杆能承受最大的荷载
解: x
F
;y
A
0; x 0
F,试问 角的值应取多大?
x
y
2
x
y
cos 2
0 0 。根据以上数据作出如图所示的应力
圆。图中比例尺为 1cm 代表 20MPa 。按比例尺量得斜面的应力为: 450 40MPa , 450 10; 1 41MPa , 2 0MPa , 3 61MPa ; 0
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