材料力学 重庆大学试题集

拉压静不定 如图所示结构由刚性横梁AD、弹性杆1和2组成，梁的一端作用铅垂载荷F，两弹性杆均长l，拉压刚度为EA，试求D点的垂直位移。（图上有提示）

解：在力F作用下，刚性梁AD发

生微小转动，设点B和C的铅垂位移分别为和，则＝设杆和杆的伸长量分别为 △l1和△l2，根据节点B和C处的变形关系，有

1113cos302l

2221cos602l

则△l1和△l2的关系为 1232ll （a） 由平衡条件，对A点取矩得 12sin60sin3023NNFaFaFa 即 12332llEAEAFll （b） 联立方程（a）和（b），解得 2127FllEA D点位移为 2233362227DaFllaEA

------------------------------------------------------------------------------------------------------ 一．摩尔积分 单位载荷法 直径80mmd的圆截面钢杆制成的钢架，在自由端C处受到集中力1kNF作用，钢杆的弹性模量为200GPaE，0.8mR，2.4mh，不计剪力和轴力的影响，试求自由端c处的水平位移。（提示：可采用莫尔积分方法求解） 题图 解：（1）求梁的内力方程

半圆弧BC段： cos)(FFN )(0

)cos()(1FRM )(0 直杆AB段： FxFN)( )(hx0 FRxM2)( )(hx0 （2）求自由端的水平位移 在自由端水平方向加单位载荷，如图)(b所示，由水平单位载荷产生的轴力和弯矩方程分别为： 半圆弧BC段： sin)(NF )(0

sin)(RM )(0

直杆AB段： 0)(xFN )(hx0 xxM)( )(hx0

由莫尔积分，可得自由端c处的水平位移为：

300032

()()()()cossin2(1cos)(sin)208.91mmNNCxllhFxFxMxMx

dxdxEAEIFFRFRdxdxdxEAEIEIFRFRhEIEI







------------------------------------------------------------------------------------------------------

ABC

R

Fh

 ------------------------------------------------------------------------------------------------------下一题有问题，M（x1，2，3）？ ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 二．应力应变分析 图2所示为一矩形截面铸铁梁，受两个横向力作用。 （1）从梁表面的A，B，C三点处取出的单元体上，用箭头表示出各个面上的应力。 （2）定性地绘出A，B，C三点的应力圆。 （3）在各点的单元体上，大致画出主应力单元体图。 （4）试根据第一强度理论，说明（画图表示）梁破坏时裂缝在B，C两点处的走向。

图2 解： （1）中间段是纯弯曲，故切应力为零。点C在中性层上，所以正应力为零。单元体受力如图2.1所示。

图2.1 （2）点B应力圆与轴相切，点C应力圆以原点为圆心，见图2.2。

图2.2 （3）主应力单元体如图2.3所示。 图2.3 （4）根据第一强度理论，物体是由最大拉应力造成破坏，故裂缝面应垂直于主应力1，如图2.4所示。

图2.4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 图示矩形截面hb简支梁在集中载荷P作用下. 1 在y方向间距4ha的A、B、C、D、E五点取单元体,定性分析这五点的应力情况, 并指出单元体属于哪种应力状态.(C点位于中性层) 2 若测得梁上D点在x及y方向上的正应变为εx=4.0×10 - 4及εy= -1.2×10 – 4. 已知材料的弹性模量 E=200GPa,泊松比μ=0.3.试求D点x及y方向上的正应力.

解：1各点的应力状态[10分(每个单元体2分)] A、E点为单向应力状态；C点为纯剪切应力状态；B、D点为二向应力状态。

b h A B C E D P y x 2 求D点x及y方向上的正应力 )(1yxxE

)(1xyyE 解得： MPax80

0y

------------------------------------------------------------------------------------------------------

x

y xy yx

D ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 图所示薄壁圆筒，未受力时两端与固定支座贴合，试问当内压为p时筒壁的应力。筒的长

度为l，内径为D，壁厚为，材料的泊松比为。（00.5）

解：首先，解除右端固定支座，并用约束力RF代替其作用。 在内压p作用下，筒壁的轴向和周向正应力分别为

,4xppD



,2ppD



根据胡克定律，并考虑到00.5，得到筒体的轴向变形为 ,,()(12)04pxpplpDllEE

在约束力RF作用下，筒体的轴向变形则为 ()RRRFFlFllEAED

利用叠加法，得到筒体的总轴向变形为 (12)4RRpFFlpDllllEED 根据筒的变形协调条件，由上式得补充方程为 0l

即 (12)04RFlpDlEED 由此可得约束力为 2(12)4RpDF



由上述分析可以得到筒壁的轴向和周向正应力分别为

42RxFpDpDD



2pD



-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 在一块厚钢块上挖了一条贯穿的槽，槽的宽度和深度都是1cm。在此槽内紧密无隙地嵌入了一铝质立方块，其尺寸是111cm，并受P＝6kN压缩力如图示，试求铝立方块的三个主应力。假定厚钢块是不变形的，铝的E=71GPa，＝0.33。

解 34162316100060111000.33601019.8MPaPa

＝＝

------------------------------------------------------------------------------------------------------ 两端封闭的薄壁圆筒，长度为l，内径为D，壁厚为，如图所示。已知材料的弹性模量为E，泊松比为。筒内无内压时，两端用刚性壁夹住。筒内承受内压为p时，求此时圆筒作用于刚性壁上的力。

解：（1）静力关系 当圆筒受内压p时，圆筒受刚性支座的约束力NAF和NBF作用，由水平方向的平衡关

系可知： NNBNAFFF 是一次静不定问题

（2）几何关系 取圆筒的轴向、环向和径向分别为x，y和z向。 由约束条件可得： 0x （3）物理关系 由广义Hooke定律 )(zyxxE1

其中，DFpDNx4 2

pD

y

0z

故，011EEzyxx)(可得

pDFN4212)(

ABp

DlNAFNBF

A B p

Dl