材料力学(柴国钟、梁利华)第3章答案
材料力学第3版习题答案
材料力学第3版习题答案第一章：应力分析1. 某材料在单轴拉伸下的应力-应变曲线显示，当应力达到200 MPa 时，材料发生屈服。
若材料在该应力水平下继续加载，其应力将不再增加，但应变继续增加。
请解释这一现象，并说明材料的屈服强度是多少？答案：这种现象表明材料进入了塑性变形阶段。
在单轴拉伸试验中，当应力达到材料的屈服强度时，材料的晶格结构开始发生滑移，导致材料的变形不再需要额外的应力增加。
因此，即使继续加载，应力保持不变，但应变会因为材料内部结构的重新排列而继续增加。
在本例中，材料的屈服强度是200 MPa。
第二章：材料的弹性行为2. 弹性模量是描述材料弹性行为的重要参数。
若一块材料的弹性模量为210 GPa，当施加的应力为30 MPa时，其应变是多少？答案：弹性模量（E）与应力（σ）和应变（ε）之间的关系由胡克定律描述，即σ = Eε。
要计算应变，我们可以使用公式ε =σ/E。
将给定的数值代入，得到ε = 30 MPa / 210 GPa =1.43×10^-4。
第三章：材料的塑性行为3. 塑性变形是指材料在达到屈服点后发生的永久变形。
如果一块材料在单轴拉伸试验中，其屈服应力为150 MPa，当应力超过这个值时，材料将发生塑性变形。
请解释塑性变形与弹性变形的区别。
答案：塑性变形与弹性变形的主要区别在于材料在去除外力后是否能够恢复原状。
弹性变形是指材料在应力作用下发生的形状改变，在应力移除后能够完全恢复到原始状态，不留下永久变形。
而塑性变形是指材料在应力超过屈服点后发生的不可逆的永久变形，即使应力被移除，材料的形状也不会恢复到原始状态。
第四章：断裂力学4. 断裂韧性是衡量材料抵抗裂纹扩展的能力。
如果一块材料的断裂韧性为50 MPa√m，试样的尺寸为100 mm×100 mm×50 mm，试样中存在一个长度为10 mm的初始裂纹。
请计算在单轴拉伸下，材料达到断裂的临界应力。
材料力学习题及答案
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆，两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量，并确定其大小。
解：从横截面m-m将杆切开，横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x，即扭矩，其大小等于M。
1-2 如图所示，在杆件的斜截面m-m上，任一点A处的应力p=120 MPa，其方位角θ=20°，试求该点处的正应力σ与切应力τ。
解：应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°，故σ＝p cosα=120×cos10°=118.2MPaτ＝p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆，横截面上的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σmax=100 MPa，底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解：将横截面上的正应力向截面形心C简化，得一合力和一合力偶，其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解：第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力，并指出其最大值。
解：(a) F N AB=F, F N BC=0, F N，max=F(b) F N AB=F, F N BC=－F, F N，max=F(c) F N AB=－2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N，max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=－1 kN, F N，max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC，承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm。
材料力学习题解答[第三章]
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解：A-A截面上内力为：
截面的几何性：
欲使柱截面内不出现拉应力,则有：
＝0（a）
分别代入（a）式得：
解之得：
此时： MPa
3-25传动轴上装有甲、乙两个皮带轮，它们的直径均为 ，重量均为 ，其受力情况如图示。若轴的直径为 。试分析该轴的危险截面和危险点，计算危险点的应力大小，并用图形标明该点所受应力的方向。
解:(1)约束反力:
(2)各杆轴力
题3-3图
(3)各杆的正应力
3-4钢杆 直径为20mm，用来拉住刚性梁 。已知F=10kN，求钢杆横截面上的正应力。
解:
题3-4图
3-5图示结构中，1、2两杆的横截面直径分别为10mm和20mm，试求两杆内的应力。设结构的横梁为刚体。
解:取BC段分析， 题3-5图
取AB段分析:
根据力矩平衡：
内力图如图所示。截面的几何特性计算：
危险点面在A面的D1和D2点，则合成弯矩为：
3-28圆截面短柱，承受一与轴线平行但不与轴线重合的压载荷F作用，圆截面半径为r，现要求整个截面只承受压应力，试确定F作用的范围。
解：压力引起的压应力：
而
解之得Zc=题3-21图所以：来自最大压应力在槽底上各点：
（3）如果在左侧也开槽，则为轴心受压：
3-22图示短柱受载荷 和 作用，试求固定端角点A、B、C及D的正应力，并确定其中性轴的位置。
题3-22图
解：在ABCD平面上的内力：
横截面的几何特性：
应力计算：
中性轴方程为：
3-23图3-64所示为一简易悬臂式吊车架。横梁AB由两根10号槽钢组成。电葫芦可在梁上来回移动。设电动葫芦连同起吊重物的重量共重 。材料的 。试求在下列两种情况下，横梁的最大正应力值：（1）、只考虑由重量W所引起的弯矩影响；（2）、考虑弯矩和轴力的共同影响。
材料力学课后习题答案
材料力学课后习题答案欢迎大家来到大学网，小编搜集整理了材料力学课后习题答案供大家查阅，希望大家喜欢。
1、解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2.滞弹性：金属材料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称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
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循环韧性。
4.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加;反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5.解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成1个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的1种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些?答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
材料力学第2版 课后习题答案 第3章 剪切实用计算
P 30 × 10 3 l≥ = = 8.33cm b[τ ] 24 × 10 −3 × 40 × 10 6
l≥
2P 2 × 30 × 10 3 = = 12.7cm h σ iy 10 × 10 −3 × 90 × 10 6
[ ]
取 l = 127 mm 3-8 销钉式安全联轴器如图所示．允许传递扭矩Mn=300N.m。销钉材料的剪切强度 极限τb＝360 MPa，轴的直径D＝30mm。试确定销订的直径d。 解:
推进轴，其凸缘法兰承 小宽度 b=50mm ，材料 j]=22.5Mpa 。试校合其
3-6 某拖轮的螺旋桨 受总推力P=250KN，凸缘最 为 45 号钢，许用剪应力 [ τ 剪切强度。
解
τ =
P 250 × 10 3 = = 3.979 MPa < [τ ] 2πrb π × 0.4 × 0.05
习
题
3-1 夹剪的尺寸如图示，销子C的直径d＝0.5 cm，作用力 P=200 N，在剪直径与用 子直径相同的铜丝A时 ， 若 a＝2cm，b＝15cm． 试求铜丝与销子横截面上的平均剪进力τ。
解:
P × b = QA × a QA = τA = Pb 200 = × 15 = 1500 N a 2
3-2 图示摇臂，试确定其轴销 B 的直径 d 。已知用材料的许用应力 [ τ j]=100Mpa, [σjy]=240Mpa。
解:
74
∑MB = 0
P ⋅ cos 45� × 0.6 = 50 × 0.4
P = 47.14 KN
RB = 37.27 KN τ = R ≤ [τ ] 2 d2
π 4
2×3 2 6 πd [τ ] = π × 26 2 × 100 = 318.6 KN 4 4
材料力学习题及答案
材料力学-学习指导及习题答案第一章绪论1-1 图示圆截面杆，两端承受一对方向相反、力偶矩矢量沿轴线且大小均为M的力偶作用。
试问在杆件的任一横截面m-m上存在何种内力分量，并确定其大小。
解：从横截面m-m将杆切开，横截面上存在沿轴线的内力偶矩分量M x，即扭矩，其大小等于M。
1-2 如图所示，在杆件的斜截面m-m上，任一点A处的应力p=120 MPa，其方位角θ=20°，试求该点处的正应力σ与切应力τ。
解：应力p与斜截面m-m的法线的夹角α=10°，故σ＝p cosα=120×cos10°=118.2MPaτ＝p sinα=120×sin10°=20.8MPa1-3 图示矩形截面杆，横截面上的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σmax=100 MPa，底边各点处的正应力均为零。
试问杆件横截面上存在何种内力分量，并确定其大小。
图中之C点为截面形心。
解：将横截面上的正应力向截面形心C简化，得一合力和一合力偶，其力即为轴力F N=100×106×0.04×0.1/2=200×103 N =200 kN其力偶即为弯矩M z=200×(50-33.33)×10-3 =3.33 kN·m1-4 板件的变形如图中虚线所示。
试求棱边AB与AD的平均正应变及A点处直角BAD的切应变。
解：第二章轴向拉压应力2-1试计算图示各杆的轴力，并指出其最大值。
解：(a) F N AB=F, F N BC=0, F N，max=F(b) F N AB=F, F N BC=－F, F N，max=F(c) F N AB=－2 kN, F N2BC=1 kN, F N CD=3 kN, F N，max=3 kN(d) F N AB=1 kN, F N BC=－1 kN, F N，max=1 kN2-2 图示阶梯形截面杆AC，承受轴向载荷F1=200 kN与F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm。
材料力学课后习题答案详细
N1 N 2 0.5F 0.5 20 10(kN )
10
（2）求 C 点的水平位移与铅垂位移。 变形协调图
A
点的铅垂位移：l1
N1l EA1
10000N 1000mm 210000N / mm2 100mm2
0.476mm
B 点的铅垂位移： l2
材料可认为符合胡克定律，其弹性模量 E 10GPa 。如不计柱的自重，试求：
（1）作轴力图；
（2）各段柱横截面上的应力；
（3）各段柱的纵向线应变；
（4）柱的总变形。
解：（1）作轴力图
N AC 100kN NCB 100 160 260(kN )
轴力图如图所示。
（2）计算各段上的应力
第二章 轴向拉(压)变形
[习题 2-1] 试求图示各杆 1-1 和 2-2 横截面上的轴力，并作轴力图。 （a） 解：（1）求指定截面上的轴力
N11 F N 22 2F F F
（2）作轴力图 轴力图如图所示。
（b） 解：（1）求指定截面上的轴力
N11 2F N 22 2F 2F 0
如以 表示斜截面与横截面的夹角，试求当 0o ,30o ,45o ,60o ,90o 时各斜截面
上的正应力和切应力，并用图表示其方
向。
解：斜截面上的正应力与切应力的公式
为：
5
0 cos 2
0 2
sin 2
式中， 0
N A
10000 N 100mm 2
100MPa ，把
示。
由平平衡条件可得：
X 0
N EG N EA cos 0
材料力学第五版第三章习题答案
圆轴受扭时其横截面上的内力偶矩称为扭矩，用
符号T表示。
扭矩大小可利用截面法来确定。
Me
1
Me
A Me
A
1 1
T
1 1
T
1
B
x
T Me
Me
B
扭矩的符号规定 按右手螺旋法则确定: 扭矩矢量离开截面为正，指向截面为负。
T T
T (+)
T T (-)
T
仿照轴力图的做法，可作扭矩图，表明沿杆轴 线各横截面上扭矩的变化情况。
输入的功率P1= 500kW，三个从动轮输出的功率分 别为： P2= 150kW， P3= 150kW， P4= 200kW。 试作轴的扭矩图。
解： 首先必须计算作用在各轮上的外力偶矩
M2 1
M3 2 M1
3
M4
A
1B
2C
3
D
M 1 (9 .5 1 5 3 0 3 5)0 0 N m 0 0 1.9 k 5m N M 2 M 3 ( 9 .5 1 5 3 0 1 1) N 0 5 m 0 0 4 .7 k8 m N
rltan l 即 r/l
表面变形特点及分析： Me
AD BC
Me
圆周线只是绕圆筒轴线转动，其形状、大小、间距 不变；
——横截面在变形前后都保持为形状、大小未改 变的平面，没有正应力产生
所有纵向线发生倾斜且倾斜程度相同。
——横截面上有与圆轴相切的切应力且沿圆筒周 向均匀分布
薄壁圆筒横截面上应力的分布规律分析：
第三章 扭 转
§3-1 概 述 工程实例
Me
Me
受力特点： 圆截面直杆受到一对大小相等、转向相反、作用面 垂直于杆的轴线的外力偶作用
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材料力学第三章答案
3.1 试求图示各杆1-1、2-2、3-3截面的扭矩并作扭矩图。
解：
x
(a)
-10
-35
T/kN m
.x
(b)(d)8
-16
T/kN m
.x
20
-50-30
T/kN m
.x
(c)800
-600
T/kN m
.
3.2 薄壁钢管外径为mm 114，受扭矩m kN 8⋅作用，用薄壁圆管的近似公式确定所需的壁厚t 值。
设容许切应力[]MPa 100=τ。
解：[][]mm r T t t r T 92.3100
5721082226
22=⨯⨯⨯=≥⇒≤=
πτπτπτ，取mm t 4=。
3.3 如图所示为圆杆横截面上的扭矩，试画出截面上的切应力分布图。
解：
3.4 直径为mm d 50=的圆轴受力如图所示，求：(1)截面上处A 点的切应力；(2)圆轴上的最大切应力。
解：MPa I T p
4.20
5.125032
1014
6
=⋅⨯⨯=
=πρτρ MPa W T t 7.4016
5010136max
=⨯⨯==πτ
3.5 图示圆轴的直径mm 100=d ，mm 500=l ，kN.m 71=M ，kN.m 52=M ，已知材料GPa 82=G 。
试求：（1）轴上的最大切应力，并指出其所在位置；（2）C 截面相对于A 截面的相对扭转角。
解：扭矩图如下
x
2
5
T/kN m
.
MPa W T t 5.2516
10010536max max
=⨯⨯==πτ，发生在BC 段外表面。
11.00019.032
1001082500
1053210010825001024
364362211-=-=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=+=+=rad GI l T GI l T P P BC
AB AC ππϕϕϕ。
3.6 图示阶梯形圆轴ABC ，其中AB 段为直径为1d 的实心轴，BC 段为空心轴，其外径125.1d D =。
为了保证空心段BC 的最大切应力与实心段AB 的最大切应力相等，试确定空心段内径d 2。
解：()242422
31121max 1616t t t t W d D D d W W T W T =-=
=⇒==π
πτ ()214313
22292.037.1D d d D D d ==-=⇒
3.7 图示AB 轴的转速min 120r n =，从B 轮输入功率=kW 13.44=P ，功率的一半通过锥形齿轮传给垂直轴II ，另一半由水平轴I 输出。
已知mm 6001=D ，mm 2402=D ，mm 801=d ，mm 602=d ，mm 1003=d ，
[]MPa 20=τ。
试校核各轴的扭转强度。
解：m kN n P T ⋅=⨯=⨯
=51.312013.4455.955.93 m kN n P T ⋅=⨯=⨯=76.1120065
.2255.92/55.91
m kN D D n P T ⋅=⋅⨯
=⋅⨯=70.0240/600120065
.2255.9/2/55.9212
MPa W T t 5.1716
801076.136
111max =⨯⨯==πτ
MPa W T t 6.161660107.036222
max =⨯⨯==πτ；MPa W T t 9.1716
100105.336
333max =⨯⨯==πτ
3.8 三个皮带轮安装在阶梯轴上，其相关尺寸示于图中。
中间皮带轮为主动轮，输入功率为kW 40，左、右各有一只从动轮，其输出功率分别为kW 15和kW 25。
已知轴的转速为min 180r ，轴材料的许用应力为
[]MPa 80=τ。
试校核轴的强度。
解：m N n P M A A ⋅=⨯=⨯
=8.7951801595509550 m N n P M B B ⋅=⨯=⨯=2.212218040
95509550
m N n P M C C ⋅=⨯=⨯=4.1326180
25
95509550
[]τπτ≤=⨯⨯===MPa W M W T t A t 3.631640108.795331111max ；[]τπτ≤=⨯⨯===MPa W M W T t C t 3.3116
60104.132633222
2max
所以，该轴满足强度要求。
3.9 由厚度mm 8=δ的钢板卷制成的圆筒，平均直径为mm 200=D 。
接缝处用铆钉铆接（如图所示）。
若
铆钉直径mm 201=d ，许用切应力[]MPa 60=τ，许用挤压应力[]MPa 160=bs σ，筒的两端受扭转力偶矩m kN 30⋅=e M 作用，试确定铆钉之间允许的最大间距s 。
解：考虑无接缝的圆筒，其纵向切应力
δ
πδπττ2222D M r T
e =
==' 假设整个圆筒长度为l ，则整个长度上形成的剪切合力为
2
2D l
M l F e πδτ=
'= 考虑有接缝的圆筒，剪切合力应由铆钉（假设共有n 个，则n
l
s =）承担，每个铆钉承受的剪力或挤压力为
s D M n D l M n F F F e
e bs s ⋅===
=2
222ππ 由剪切条件：
[][]mm M d D s d D s M A F e e s s s 5.39103082020060886
2
222122212=⨯⨯⨯⨯⨯=≤⇒≤⋅⋅==ππττππτ
由挤压条件：
[][]mm M d D s d D s M A F e bs bs e bs bs bs 6.53103028
20200160226
21212=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=≤⇒≤⋅⋅==πδπσσδπσ
故铆钉之间允许的最大间距s 为39.5mm 。
3.10 图示为外径D 及壁厚t 的圆杆，左端A 为固定端，承受载荷集度为m 的均布力偶作用。
设该圆轴的扭转刚度p GI 为常数，试求自由端B 的扭转角ϕ。
解：任意x 位置截面的扭矩为
()()x L m x T -=
()()dx GI x T x d p
=ϕ 故()()p
L p L p AB B GI mL dx GI x L m dx GI x T 22
00
⎰⎰
=
-===ϕϕ
3.11 直径mm 50=d ，长度为5m 的实心铝制圆轴，最大切应力为40MPa ，铝的剪切弹性模量GPa 3.26=G 。
求轴两端的相对扭转角。
解： 4.17304.050
103.265000
40223
max max max ==⨯⨯⨯⨯=====rad Gd l GI l W GI Tl W T p t p t ττϕτ；
3.12 图示实心圆轴ABC ，转速为min 420r ，传递的总功率为kW 300。
假设许用单位长度扭转角
[]m 5
.0
='ϕ，剪切弹性模量GPa 80=G 。
试确定AB 段的直径d 及BC 段的直径D 。
解：m N n P M A A ⋅=⨯=⨯
=0.18194208095509550 m N n P M C C ⋅=⨯=⨯=4.5002420
220
95509550
()()[]mm d m d mm rad d G d T GI T AB p AB AB 8.71/1000180
1080100.181932/1080100.181932323
43
3
43
3≥⇒'≤⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
⨯⨯⨯⨯⨯===
'ϕπ
πππϕ
()()[]mm D m D mm rad D G D T GI T BC p BC BC 4.92/1000180
1080104.500232/1080104.500232323
43343
3≥⇒'≤⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
⨯⨯⨯⨯⨯=
=='ϕπ
πππϕ ，取[][]mm D mm d 9372==；。