材料力学练习2.docx

1、材料力学练习2 填空弯曲内力图1、在静定多跨梁中，如果中间铰点处没有外力偶，那么 不变， 恒等于零； 答案 剪力、弯矩 答疑 中间铰只传递剪力，不传递弯矩。当中间铰处没有外力偶作用时，中间铰处的弯矩恒等于零，剪力图没有变化。 2、简支梁的受力如图，为使梁的中点的截面处的弯矩为零，那么外力偶m 。 答案 mqL2/4 答疑 对A点取矩，得到B处的约束反力为NB=M/L+ql/2中间截面处的弯矩为： M（L/2）NBL/2-M-qL/2L/4整理得到：M（L/2）(M/L+qL/2)L/2-M-ql2/8=-M/2 + qL2/8考虑到已知条件有M（L/2）=0 得到外力偶的大小为： M=qL2/

2、4 3、图示中的四个梁的跨度、材料、截面、载荷均相同，比较各梁的最大弯矩值（绝对值），其中最大的在 梁上。 答案 最大弯矩发生在C 梁上 答疑 a图中的最大弯矩为qL2/8；b图中的最大弯矩为qL2/40；c图中的最大弯矩为qL2/2；d图中的梁为一次静不定，与图c相比，梁的弯曲变形较小，中性层处的曲率较小，根据1/=M(x)/EI可知，d图中的最大弯矩偏小 选择 梁的合理受力1、工人工作在木板的中点，为改善木板的受力，下列做法哪一个好？ A：在A、B处同时堆放适量砖； B：在A、B端同时堆放砖块，越多越好； C：只在A或只在B处堆放适量砖； D：什么也不放。 答案 正确选择 A 答疑 木板的

3、受力合理的状态是最大正弯矩和最大负弯矩的绝对值相等。只有在A、B两处同时堆放适量砖的情况下，C、D两截面处产生最大负弯矩，且要求最大负弯矩的数值相等。但是堆放的砖不是越多越好，应该保证在C、D截面处的最大负弯矩与木板的中间截面处产生的最大正弯矩的绝对值相等，此时木板的受力最合理。 填空 梁的合理受力1、图示木板，受力为P、梁的总长为L、外伸部分长为，使梁的最大弯矩为最小时，梁端的重物Q 。 答案 Q= P(L-2a)/8a 答疑 当梁的最大正弯矩与最大负弯矩的绝对值相等时，梁的最大弯矩为最小。此时有-Qa=(P/2+Q)（ L/2-a）-QL/2 整理得到： -Qa=PL/4-Pa/2-Qa求

4、解得到：Q=PL/8a-P/4=P(L-2a)/8a。 2、外伸梁的总跨度为L，承受一个可移动的载荷F，若F与L均为已知的，为减小梁的最大弯矩值，外伸长度a= 。 答案 a=L/5 答疑 梁的受力合理的状态是最大正弯矩和最大负弯矩的绝对值相等。当载荷移动到最左端时，在左支座处产生最大负弯矩，数值为Fa；当载荷移动到两支座的中点时，在梁的中间截面处产生最大正弯矩，数值为F/2(L-a)/2。梁的受力合理要求FaF/2(L-a)/2 求解得到：a=L/5。 3、双杠的总长为L，外伸段的合理长度a= 。 答案 a=L/6 答疑 双杠在受力时，可能会出现三种受力状况：最左端受力、最右端受力、中间截面受

5、力。设双杠受力时载荷的大小为P，当载荷P作用在最左端、最右端时，双杠产生最大的负弯矩，数值的大小为-Pa；当载荷作用在梁的中间截面时，在中间截面产生最大的正弯矩，数值的大小为P/2(L-2a)/2。根据梁的受力合理的状态是最大正弯矩和最大负弯矩的绝对值相等，得到PaP/2(L-2a)/2 求解得到：a=L/6。 4、力P固定，M可在梁上自由移动，M应在x= 处使梁的受力最合理并画出剪力图和弯矩图 答案 x=a时梁的受力最合理 内力图如下 答疑 力偶在任意位置x处时梁的弯矩图如下 要使梁的受力合理必须满足，-Mmax=+Mmax,因而有： -Px=-Pa=2Pa-Px，得到x=a。5、铰链C安放

6、在 x= 处使梁的受力最合理。 答案 答疑 梁在外载作用下的弯矩图如下 要使梁的受力合理必须满足，-Mmax=+Mmax,因而有：-qx(L-x)/2-q(L-x)2/2=qx2/8求解得到： 6、一外伸梁AC受载如图，梁的总长度为L。力P可在梁上自由移动，欲使力P在移动全过程中梁内的最大弯矩为最小，问支座B到梁端C的距离BC= 答案 BCL/5 答疑 当载荷移到AB的中间截面时，梁上产生最大正弯矩，大小为PAB/4=P(L-BC)/4；当载荷移到端截面C时，梁内产生最大负弯矩，大小为-PBC。欲使力P在移动全过程中梁内的最大弯矩为最小，必须满足-Mmax=+Mmax,因而有：P(L-BC)/

7、4=PBC求解得到：BCL/5 。 7、欲用钢索起吊一根自重为q（均布于全梁）、长度为L的等截面梁，如图所示。吊点位置x应是 才合理。 答案 x= =0.2L 答疑 梁的弯矩图如下： 欲使梁的受力合理必须满足-Mmax=+Mmax,因而有：qL2/8-qLx/2=qx2/2求解得到：x= 。 8、一个体重为P的人，试图走过两端简单搁置在河两岸的木板便桥。只要板内最大弯矩超过板材所能承受的弯矩，板桥就会断开。问人走在何处时会有坠入河中的危险？为什么 ？ 答案 人走在桥的中间截面处有坠河的危险。 答疑 木板桥简化为简支梁，当人在桥上行走到任意位置时梁的弯矩图如下： 由图示可知，梁内最大弯矩发生在x

8、=L/2处，即桥的中间截面。固当人行走到桥中点时，有坠河的危险。 第五章 弯曲应力重点1、 纯弯和横力弯曲的概念； 2、 中性层和中性轴的概念；3、 弯曲正应力的分布规律和计算公式，以及公式的适用条件；4、 弯曲剪应力的分布规律和计算公式；5、 梁的弯曲强度校核6、 提高梁的弯曲强度的措施难点1、危险截面的确定：对于等直梁，危险面就在Mmax处，而对于变截面梁，要分别计算Mmax处和截面最弱处的应力，这些截面都可能是危险面；对于抗拉压强度不等的脆性材料其危险面可能发生在Mmax或Mmax处或截面最弱处；2、弯曲剪应力的计算：b要求剪应力处截面的宽度，SZ*要求剪应力处横线距中性轴以外部分对中性

9、轴的静矩；基本知识点1、 横力弯曲与纯弯曲的概念；2、 梁在弯曲时横截面上的正应力分布规律和计算公式；3、 梁在横力弯曲时横截面上的正应力的计算；4、 梁的弯曲正应力强度计算；5、 满足强度条件的前提下的各类计算方法；6、 梁在横力弯曲时的剪应力的分布规律及计算公式；7、 掌握工程上几种常见截面(矩形、工字形、圆形)梁的弯曲剪应力分布规律及其计算公式；8、 掌握常见截面的最大剪应力的计算公式；9、 掌握梁的弯曲剪应力强度计算；10、 提高梁弯曲强度的措施； 判断弯曲正应力1、“弯曲时梁横截面的中性轴通过截面形心。” 答案 此说法错误 答疑 当轴力为零，且材料的抗拉压弹性模量相等的条件下，中性轴

10、通过截面的形心；否则中性轴有所偏移。 2、“梁的截面如图，其抗弯截面系数为WZBH2/6-bh2/6” 答案 此说法错误 答疑 抗弯截面系数WZ=IZ/(H/2)=(BH3/12-bh3/12)2/H=BH2/6-bh3/6H 3、“控制弯曲强度的主要因素是最大弯矩值” 答案 此说法错误 答疑 控制塑性材料的弯曲强度的因素是最大弯矩，控制脆性材料的弯曲强度的因素是最大正弯矩和最大负弯矩；控制弯曲剪应力强度的因素是最大剪力。 4、“设梁某段承受正弯矩的作用，则靠近顶面和靠近底面的纤维分别是伸长的和缩短的” 答案 答疑 5、“中性轴是梁的中性层与横截面的交线。梁发生平面弯曲时，其横截面绕中性轴旋转

11、” 答案 此说法正确 答疑 中性轴是横截面的中性层与横截面的交线，中性轴上的正应力为零。梁在发生平面弯曲时，以中性轴分界：上压下拉或上拉下压，横截面是绕中性轴发生旋转。 6、“平面弯曲时，中性轴垂直于载荷作用面” 答案 此说法正确 答疑 梁在发生平面弯曲时，中性轴与外载的作用面垂直。 7、“等截面梁产生纯弯时，变形后横截面保持为平面，且其形状、大小均保持不变” 答案 此说法错误 答疑 等截面梁发生纯弯曲时，横截面在变形后仍保持为平面，但以中性轴为界，上压下拉或上拉下压，固横截面的形状和大小均发生变化。 选择弯曲正应力1、梁发生平面弯曲时，横截面绕 旋转。 A：轴线； B：中性轴； C：横截面对

12、称轴； 答案 正确选择：B 答疑 梁在发生平面弯曲时，中性轴的一侧受拉、纤维伸长，另一侧受压、纤维缩短，只有中性轴处既不受拉也不受压，所以横截面绕中性轴发生旋转 2、矩形截面纯弯梁，M、均已知，则图示斜截面上正应力的分布规律为： 。 A:12My/bh3 B:6 My /bh3 C:3 My /bh3 D: 9 My /bh3 答案 正确选择：C 答疑 横截面的分布规律为：=My/IZ=12My/bh3，=cos2=cos260=/4=3My/bh3 3、如图所示的二铸铁梁，材料相同，长度相等。承受相同的载荷F。当F增大时，破坏的情况是： A：同时破坏； B：1梁先坏； C：2梁先坏 答案 正

13、确选择 ：B 答疑 两梁的危险面均发生在固定端处，且危险面处有最大负弯矩，最大负弯矩值相同均为FL。由于梁承受最大负弯矩，所以在横截面上产生上拉下压的弯曲正应力；1梁的中性轴偏下，产生拉应力的一侧距离中性轴较远，横截面上有较大的拉应力；又由于材料为铸铁，抗压不抗拉，所以1梁首先发生破坏。 4、为了提高混凝土梁的抗拉强度，可在梁中配置钢筋。若矩形截面的弯矩图如图所示，则梁内钢筋（虚线所示）配置最合理的是： 。 答案 正确选择：3 答疑 混凝土属于塑性材料，抗拉强度较弱，所以应在梁内配置钢筋以提高梁的抗拉强度。考虑到梁在左右两段承受负弯矩，使得梁在中性轴的上侧受拉，固在左右两段梁内钢筋应该布置在中

14、性轴的上侧；中间一段梁承受正弯矩，使得中性轴的下侧纤维受拉，固钢筋应该布置在中性轴的下方。 选择 弯曲正应力5、如图所示，抗拉压弹性模量不等的材料制成矩形截面弯曲梁，如果E拉E压,则中性轴应该从对称轴Z 。 A：上移； B：下移； C：不动 答案 正确选择：B 答疑 抗拉压弹性模量相等的材料制成的矩形截面梁在纯弯时中性轴位于横截面的对称轴处。若E拉E压，此时中性轴不在横截面的对称轴处。由于横截面上不承受轴力的作用，固由弯矩产生的正应力满足以下关系：拉dA拉-压dA压=0 而 拉=E拉y拉/ 、 压= E压y压/。代入得到：E拉y拉/bdy -E压y压/bdy =0。整理得到：E拉y拉dyE压y

15、压dy。由于E拉E压，所以有y拉dyy压dy ，固有y拉b ,得到Ma(x)/EIMb(x)/EI，整理得到Ma(x) Mb(x)。由于两梁的横截面相同，根据弯曲正应力的计算公式=M/Wz，得到ab。 4、在拉压、扭转与弯曲的应力分析中，均引入了平面假设的概念，三者的平面假设有何不同？ 答疑 拉压的平面假设：变形前原为平面的横截面，变形后仍保持为平面且仍垂直于轴线； 扭转的平面假设：圆轴扭转变形前原为平面的横截面，变形后仍保持为平面，形状和大小不变，半径仍保持为直线；且相邻两截面间的距离不变；弯曲变形的平面假设：变形前原为平面的梁的横截面变形后仍保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁轴线。在拉压时

16、的平面假设允许截面的大小发生变化，但横截面只是沿轴线方向有位移； 扭转时的平面假设，截面的大小、形状无变化，只是像刚性圆盘一样绕轴线产生相对转角； 弯曲变形的平面假设，横截面绕中性轴产生旋转，变形后的平面与变形前的平面有一夹角。 5、矩形截面梁的尺寸中，高h为宽度b的2倍，承受铅垂载荷的作用，如果将梁由竖放改为平放，其他条件不变，梁的强度将发生怎样的变化？ 答案 梁的强度减低 答疑 竖放时=M/Wz=M/bh2/6=6M/4b3，横放时=M/Wz=M/hb2/6=6M/2b3；所以由竖放改为横放梁的强度降低，最大正应力是竖放时的2倍。 简述弯曲正应力6、有一直径为d的钢丝绕在直径为D的圆筒上，

17、钢丝仍然处于弹性范围。为减少弯曲应力，有人认为要加大钢丝的直径，你说行吗？说明理由。 答案 此方案不行 答疑 根据曲率半径为弯矩之间的关系1/M(x)/EI，此时钢丝的曲率半径(D+d)/2，整理得到钢丝承受的弯矩为M(x)=2EI/(D+d)；根据弯曲正应力的计算公式=M/Wz，得到=2EIz/(D+d)Wz=2E/(D+d)(IZ/Wz)=2E/(D+d)d/2=Ed/(D+d)，由此可见钢丝内的最大正应力与钢丝的直径有关，钢丝的直径增大，钢丝的横截面上的正应力也增大，固不能通过加大钢丝直径的办法来减少钢丝内的弯曲正应力。 7、悬臂梁的刚度为EI，一端固定，另一端自由。刚性圆柱面的半径为R

18、，若使梁变形后与圆柱面完全吻合而无接触压力，应如何加载？。 答案 施加一个瞬时针的力偶，力偶矩的大小为EI/R。 答疑 根据曲率半径为弯矩之间的关系1/M(x)/EI，此时梁的曲率半径R，所以有M(x)=EI/R。梁的抗弯刚度EI为常量，刚性圆柱面的半径R为常量，所以悬臂梁的横截面的弯矩M为常量，大小为EI/R。8、用铅笔写字，笔尖折断，是什么应力导致的结果？为什么？ 答案 是拉应力导致笔尖折断 答疑 写字时，笔尖受弯，且是脆性材料，在受拉的一侧应力达到极限应力时，笔尖发生脆性断裂。 9、矩形截面梁承受纯弯曲，分别在11、22截面处有铅垂和水平方向的直径为的穿透圆孔如图。分别画出11、22截面

19、的正应力分布图，并写出此二截面的最大正应力的计算公式。 答案 11截面上的正应力分布规律如下图，其最大正应力=M/Wz=Mh/2/(bh3/12-dh3/12)=6M/h2(b-d)。 2-2截面上的正应力分布规律如下图，其最大正应力=M/Wz=Mh/2/(bh3/12-bd3/12)=6Mh/b(h3-d3)。 答疑 1-1截面上的弯曲正应力线性分布，中性层处的正应力为零，正应力按上压下拉连续变化；绝对值最小的正应力的值为零，发生在中性层处；绝对值最大的正应力发生在h/2处。 22截面在中性层附近为空心，在d/2到h/2的范围内正应力线性分布。绝对值最小的正应力发生在d/2处，绝对值最大的正应力发生在h/2处。 10、 在推导梁的纯弯曲正应力的计算公式时，作过平面假设，问此假设在推导过程中起到了什么作用？ 答疑 因为假设横截面保持为平面，才可以得出纵向纤维的线应变在横截面上成直线变化，从而可以建立应变与位移（转角）之间的几何关系。 判断