精选题16综合题.docx
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精选题16综合题
综合题
1.图示结构均用Q235钢制成,弹性模量,屈服极限,强度安全因数,。
在梁端B正上方有一重量为的物体,自高度处自由下落。
已知梁AB为工字钢,截面惯性矩,弯曲截面系数;杆CD为大柔度杆,横截面直径,稳定安全因数。
试校核该结构是否安全。
解:
由变形协调得
,
,
结构安全。
2.图示重物自梁AB正上方高处自由下落于梁AB的中点C处。
已知,梁AB为工字钢,查表知其横截面惯性矩,弯曲截面系数,材料弹性模量。
试求梁内的最大正应力(梁AB的自重不计)。
解:
变形协调
3.图示重量为P的重物自高为处自由下落冲击于薄壁圆环顶点A,已知弯曲刚度EI为常数。
试求点A的动位移。
解:
先求静位移。
将P作为静载荷加在点A,点B的约束力也为P。
将截面A固定,从截面D截开如图
由,即
得
点A静位移:
点A动位移:
将值代入即得。
4.图示杆AC与弹簧相连,受到重量为P的重物自高处自由下落的冲击。
杆AC长为,横截面面积为A,材料弹性模量为E,弹簧刚度为N/mm,在未受冲击时弹簧不受力。
试导出C处的最大动位移的计算公式。
解:
平衡方程
协调条件
求得
,
5.图示截面为的矩形铝合金简支梁,跨中点C增加一弹簧刚度为的弹簧。
重量的重物自C正上方高处自由落下,如图(a)所示。
若铝合金梁的弹性模量。
试求:
(1)冲击时,梁内的最大正应力。
(2)若弹簧如图(b)所示放置,梁内最大正应力又为多大
解:
,
,
设图(b)中弹簧受压力(静荷时)
由此得,
6.图示正方形框架,绕z轴以匀角速度旋转,已知框架各段横截面面积均为A,材料密度为,试作框架弯矩图。
解:
惯性力
7.图示重量为的重物,自高度处自由下落冲击直径为的圆横截面杆组成的水平框架上的点C处。
已知弯曲刚度,,切变模量(E为材料的弹性模量)。
试求截面C的最大铅垂位移。
解:
()
(顺)
8.图示A端固定、B端铰支的超静定梁,受高处的重量为的自由落体冲击。
求:
(1)动荷因数;
(2)若A端改为铰支(其他不变),动荷因数是变大还是缩小
解:
若A端改为简支,则变大,将变小。
9.图示结构,圆杆AB和刚性杆CD相互垂直地刚结于C,且在平面内。
B为球铰,杆AB相对B端可转动。
重量为P的重物自点D正上方高处自由下落,若材料的弹性模量,切变模量,,,,圆杆AB直径,试用第3强度理论(最大切应力理论)求梁AB上危险点的相当应力。
解:
由得
截面A,
10.图示两端固定的圆轴AB,直径,由钢制成,材料的弹性模量,泊松比,,CD为刚性臂,,重物重自D处正上方高处自由落下,试用第三强度理论(最大切应力理论)求危险点处的相当动应力。
解:
11.图示,直径的等截面直角折杆ABC位于水平面内,B处为刚结点。
重量为的重物自B处正上方处自由落下冲击折杆B处。
已知材料的弹性模量,切变模量,试求:
(1)B点的铅直动位移;
(2)危险截面的相当应力。
解:
,
危险截面A
,
,
12.图示重量为P的重物自高度处自由下落于双铰拱中点C处,已知双铰拱的弯曲刚度为EI,试求点C处动位移。
解:
,由此得(←)
13.图示等圆截面直角曲拐ABC位于水平面内,,直径,圆截面杆CD直径,ABC和CD均由Q235钢制成,弹性模量,泊松比,,重物自B处正上方高处落下,杆CD的稳定安全因数,试校核杆CD是否安全。
解:
,,
,
杆CD:
,,安全
14.图示半径为R的圆环,以等角速度绕在圆环平面内的直径轴Oy旋转,圆环的材料密度为,横截面积为A,试求圆环截面A和B的弯矩值。
解:
圆环旋转时,惯性力集度轴对称。
取静基图(a)
微段惯性力在角截面引起的弯矩(图b)
角截面弯矩
(外侧受拉)
(内侧受拉)
15.图示吊索悬挂有带一切口的薄壁圆环,圆环有切口,不受力时切口宽度为零,环的下端吊有重量为P的物体。
已知吊索横截面面积为A,圆环横截面的惯性矩为I,圆环平均半径为R,圆环和吊索的弹性模量均为E,吊索与圆环的自重不计。
当重物P以速度v匀速下降至吊索长度为l时,突然刹住。
试求此时薄壁圆环切口张开量的大小。
解:
重物匀速v下降至突然刹住前,吊索与环的变形分别为与,
故切口张开量
16.图示半圆形圆截面钢杆位于水平面内,R=500mm,已知杆的弹性模量E=200GPa,切变模量G=80GPa,杆横截面直径d=20mm。
重量为P=100N的重物自杆跨中点C正上方高h=10mm处自由下落冲击跨中点C。
试求杆对称截面C中的动弯矩(在水平面内的内力素都很小,可略去不计)。
解:
由对称性,取静定基如解图
17.图示弯曲刚度为EI的悬臂梁AB,在B端有弹簧刚度为k的弹簧支承,受重为P的自由落体冲击梁的B端。
已知梁横截面高度为h,宽度为b,梁长为l,弹性模量为E,许用应力为,且,。
试求梁允许承受自由落体冲击的最大高度。
解:
18.图示等截面小曲率杆位于铅垂面内,在线弹性范围工作,横截面的弯曲刚度为EI,轴线曲率半径为R。
重量为P的重物自C正上方高h处自由下落于C处。
试求C处铅垂动位移。
解:
由图示静基:
,
19.图示梁在中间铰C的正上方受到自高h处自由下落的重量为P的重物冲击。
已知梁的弯曲刚度EI、弯曲截面系数W和许用应力及a>b,试写出强度校核的具体表达式。
解:
设P分配到梁AC和BC上的作用力分别为F1和F2,则
F1+F2=P,
解得
因为a>b,所以
20.图示相同两梁,受自由落体冲击,已知弹簧刚度。
如h远大于冲击点的静挠度,试求两种情况下的动荷因数之比及最大动应力之比。
解:
(1)对于梁(a)
当h>>时,
(2)对于梁(b)设静载时右端支反力为Fk
若h>>,
,
21.图示梁AB和杆CD由钢制成,弹性模量,,梁AB横截面为矩形,其高,宽,杆CD横截面直径。
试求:
(1)杆CD的临界力;
(2)按杆CD的稳定问题计算临界分布载荷。
解:
22.图示平面结构,刚性横梁AB与圆横截面直径相同的杆1和2均由钢制成,弹性模量,直径均为,杆长。
试求此结构的临界载荷。
解:
杆1:
,,
杆2:
,,
,
23.图示刚性横梁AD,,杆1,2均由钢制成,屈服极限,弹性模量,横截面均为圆形,直径,。
试求结构的极限载荷。
解:
结构的极限状态,杆1屈服,杆2失稳
杆1:
杆2:
,
24.图示杆1,2,3材料相同,弹性模量,三杆横截面均为圆形,直径都是。
安装后升温℃,已知,线膨胀系数1/℃,稳定安全因数,许用应力,材料能采用欧拉公式的临界柔度值为。
试校核此结构的强度和结构平面内的稳定性。
解:
(压)
(受拉)
,即
杆1
,稳定不安全
杆1、2
,强度满足
25.图示杆1、2、3与刚性平板相连,杆端均为铰链。
三杆材料相同,弹性模量为E,三杆截面均为圆截面,直径都是,在平板上加有力偶M。
已知,采用欧拉公式的临界柔度值为。
试求此结构中有一杆失稳时的M值。
解:
,
(1)
,
(2)
变形协调即
(3)
,,
,杆3易失稳
26.图示由钢制成的杆1、2的弹性模量均为E,杆1、2的横截面均为正方形,边长分别是和。
已知,适用欧拉公式的临界柔度值为。
试求杆2失稳时载荷F的临界值。
解:
得
27.图示由材料弹性模量E和横截面惯性矩I均相同的3根圆截面大柔度杆组成一平面支架,A、C、D三点为铰接,B处为固定端。
试确定该支架因局部失稳时的F值(要分别考虑支架平面内及与支架平面垂直面内的稳定问题)。
解:
变形协调,得
(1)
(2)
(1)若杆AD先失稳
(3)
(2)若杆BD在面(结构平面)内先失稳,有
(4)
(3)若杆BD在面(与结构平面垂直)内先失稳时,有
(5)
由式
(1),(3)
由式(4),
(2)
由式(5),
(2)
28.图示结构,AB是刚性杆,AC是线弹性杆,杆AC拉压刚度为EA。
试求此桁架在桁架平面内失稳时的临界载荷Fcr。
解:
给杆AB以微干扰,使其倾斜角,则保持微干扰状态的F,即为Fcr。
微干扰后,如图(b)所示,杆AC伸长
杆AC的拉力
Fcr可由求出
29.图示梁AB的中点用一细长圆杆CD支撑,梁与杆具有相同的弹性模量E。
梁的上表面温度降低℃,下表面温度升高℃,设温度沿梁高度线性变化。
已知梁的横截面尺寸b,h,以及材料的线膨胀系数1/℃,杆CD的直径为d、长度为l。
试求此结构的临界变化温度。
解:
(1)
(2)
积分得
(3)
式
(2)、(3)代入式
(1),得
解得
30.试求使细长连杆AB保持直线状态的最大载荷。
解:
杆AB受压,轴力为
由协调方程:
即
因为AB为细长杆,则
时,杆AB保持直线状态。
即
31.图示边长a=10mm的正方形截面钢杆两端被固定,在中段三分之一长度上,四周侧面作用均布压力p=100MPa。
设泊松比,试求杆两端的约束反力。
解:
设杆两端的约束反力为FR。
变形协调条件为三段总伸长量为零
物理条件:
上段和下段的压缩量相等
中段伸长量
解出
32.图(a)所示纯弯梁试样,电阻片和分别粘贴在试件的上下表面,并按图(b)半桥接线,实验中测出应变仪读数为,材料的弹性模量为E,试求试件的最大弯曲正应力。
解:
应变片1、2均处于单向应力状态
受拉
受压,且。
半桥接法
33.图示结构由两根横截面相同的圆管铰接而成,圆管的横截面积,惯性矩,材料的曲线如图所示,弹性模量,试:
(1)问随着载荷F的增大,哪根圆管先失效;
(2)求结构能承受的极限载荷F。
解:
(拉),(压)
杆BA:
,
杆BC:
,
,
取F最小值,
34.对于均质梁、不同材料组合梁、材料拉压弹性模量不等梁、平面曲梁,在纯弯曲时横截面上中性轴的位置均由静力学关系式确定。
试画出下列各情况下中性轴(水平方向)的位置,图中C为形心。
图(a)为均质直梁弹性弯曲;图(b)为均质直梁全塑性弯曲;图(c)为异料组合梁弹性弯曲;图(d)为时的弹性弯曲;图(e)为曲梁的弹性弯曲。
解:
中性轴位置均由静力学关系式来确定,下图中表示中性轴。