复习题实验力学3新答案续课件图文.docx

1、复习题实验力学3新答案续课件图文1328简述确定等差线条纹级次的方法。一、确定整数级条纹级次（1）确定零级条纹。具体方法有： 采用白光光源，在双正交圆偏振光暗场中的黑色条纹就是零级条纹； 利用模型自由方角，自由方角处的条纹必然是零级条纹； 利用应力分布的连续性，在拉、压应力的分界处为零级条纹。（2）确定其它整级数条纹的级次。第一步，确定条纹级数的递增方向；在白光双正交圆偏振光暗场中，颜色变化的色序为黄、红、蓝、绿的方向为级次升高的方向。第二步，根据条纹级数的递增方向和应力分布的连续性判断其它条纹的级数。由零级起，沿条纹级次升高的方向，条纹的级数依次是1级、2级、3级。对没有零级的等差线条纹图，

2、可以用连续加载法确定条纹级数。二、确定半级次条纹。利用在平行圆偏振光明场中得到的半级次等差线条纹图，并与整级次相比较，就可以确定半级次条纹的级数。三、确定非整非半级次的条纹的级数。利用Tardy 补偿法。29提高等倾线测量精度的方法有哪些？（1）减小载荷；（2）利用光学敏感性低的材料（如有机玻璃）制作一个同样尺寸的模型，加相同的载荷，用来单独绘制等倾线。30图11和图12为对径受压圆环的等倾线图和等差线图（等倾线的间隔为10，选水平方向为基准方向）。（1）试标出图中每条等倾线的度数。（2）标出图中10级以下（包括10级）的等差线条纹的级数。内边界奇点周围的条纹只需标出4级以上（包括4级）条纹的

3、级数即可。 11 对径受压圆环等差线图 14 图12 对径受压圆环等倾线 1531图13和图14为对径受压圆盘的等倾线图和等差线图，等倾线的间隔为10，选水平方向为基准方向。（1）试标出图中每条等倾线的度数。（2）标出图中10级以下（包括10级）的等差线条纹的级数。 图13 对径受压圆环等差线 16图14 对径受压圆盘等倾线 32图15为纯弯曲梁的等差线图，标出图中各等差线条纹的级数。 图15 17 33对图15所示的纯弯曲梁的等差线，简述如何用Tardy 补偿法（旋转检偏镜法）确定其上、下边缘的非整数条纹级数。答：（1）确定主方向。显然上边缘的切向力为压应力，法向力为0，所以切向力为2方向。

4、（2）采用单色光双正交圆偏振光暗场，同步转动起偏镜、检偏镜和两个1/4波片，使起偏镜、检偏镜的光轴分别与被测点的2、1方向重合。（3）单独转动检偏镜，使最靠近测点的4级等差线条纹通过被测点，测出转过的角度2，然后利用公式180420+=N ，就可以算出被测点的等差线条纹级次。34一平面模型边界某点处受法向压力的作用，其法向压应力的大小为q=10MPa，材料条纹值f=12000N/m，厚度h=3mm，经测定该点的切向应力为1，条纹级次为6级。则该点的1=（ ），2=（ ）。解：根据公式 -=-=-=-=q q h Nf q q h Nf t 1221, , 现已知切向应力为1，因此，应该用上面的

5、公式 。， (10 (2410103120006231MPa MPa -=-=- 35平面模型一点处正射时的条纹级次为2级，入射方向绕2转30后斜射时的条纹级次为0.9级，已知材料条纹值f =12000N/m，厚度h=3mm，求该点的两个主应力。解：采用斜射法（一次正射加上一次斜射）， 18利用公式：12121211-=-=N f hNfhco sco s得：=-=-30cos 103120009. 030cos1031200023221321整理后得：=-=-236. 34382121联立求解得： 1=19.53（MPa ），2=11.53（MPa ）36用剪应力差法求平面模型内部应力的步骤

6、。1在等差线和等倾线图上画出计算截面OK 并等分，分点间距为x ，然后做辅助线AB 和CD ，距OK 均为y /2，取x=y 。2利用等差线和等倾线及图解内插法（或者逐点测量）求出AB 、CD 和OK 上所有分点的条纹级次(NOKi、(NABi、(NCDi和主应力1与x 轴的夹角(OKi 、(ABi 、(CDi ，并列表（i =1，2，k ）。193计算AB 、CD 和OK 上所有分点的yx ，并列表。4计算OK 上所有分点的剪应力差值 yx ，并列表，再计算任意两分点之间差值的平均值。5y x正负号的选取与坐标系的选取有关。 当OK 与OX 轴同向时，x 为正；反之为负。当AB CD 与OY

7、 轴同向时，y 为正；反之为负。6求x 的初始值(x0，点o 应取在自由边界或只有法向载荷且载荷分布已知的边界上。 7计算OK 上各分点的x ，并列表。 8计算OK 上各分点的y 。并列表。9作OK 截面上的应力分布曲线图（x x 曲线、y x 曲线和yx x 曲线）。 10作静力平衡校核即通过求计算合内力与合外力的误差来求计算合内力与真实合内力的误差。37简述次主应力的概念及主应力与次主应力的区别。 （1）次主应力次主应力就是与入射方向垂直的平面内的极值正应力，与次主应力垂直的平面叫次主平面。只有与入射方向垂直的平面内的应力分量才能产生光学效应。 （2）次主应力与主应力的区别 当模型的形状、

8、尺寸和载荷一定时，一点处的主应力是唯一确定的，与入射方向无关；而一点处的次主应力与入射方向有关，因此有无数组。 主应力肯定是次主应力，但次主应力未必是主应力。 主平面上的剪应力为零，而次主平面上只是与光的入射方向垂直的剪应力才一定为零，而与入射方向平行的剪应力则未必为零。38当光沿Z 方向入射时，能产生光学效应的应力分量为（x ）、（y ）和（xy ）。39简述用正射法测三维冻结模型内部任意一点处应力的步骤（需要记公式）。 （1）做三个形状和尺寸完全相同的模型，其加载和冻结条件也完全相同。 （2）在三个模型中各取一个包含测点的切片，这三个切片的方位相互垂直。（3）用偏振光分别垂直照射这三个切片

9、，测出测点处的等差线条纹级数Nx 、Ny 和Nz 以及测点处的次主应力与X 轴、Y 轴和Z 轴正向的夹角x 、y和z （分别由这三次正射时通过测点处的等倾线的角度来确定）。设这三个切片的厚度分别是hx 、hy 和hz ，模型材料的冻结条纹值为f ，20则可得到下列公式xyzzzx yzzzyzxxxy zxxxzxyyyz xyyyNfh N fh Nfh N fh Nfh Nfh -=-=-=c o s s in c o s s in c o s s in 222222222（4）建立补充方程-=-=-ki i zxki i i yxx k x xzx yx 01110 ( (（2） 式中的

10、ox(是三维模型表面O 点沿x 轴的正应力；测三维模型表面正应力的方法后面要讲。-=-ki i zxki ii yxzx yx 0111和分别由包含O 点和测点的XY 平面内的切片和XZ 平面内的切片测得。用（2）代替（1）中三个正应力方程的一个，从而得到6个完全独立的方程，联立可以求出测点的6个应力分量。40简述用斜射法测三维冻结模型内部任意一点处应力的步骤（不需要记公式）。 21（1）一次正射切片在xy 平面内，光线沿z 方向正射，得到等倾线和等差线。 （2）两次斜射用同一个切片，就是说切片仍在xy 平面内，而入射方向则在yz 平面内绕x 轴转过1角，转到了z方向，得到等倾线和等差线。（3

11、）用同一个切片，就是说切片仍在xy 平面内，而入射方向则在yz 平面内绕x 轴转过2角，转到了z方向，得到等倾线和等差线。由此可以得到6个方程，再加上一个补充方程，就可以得到一点处的6个应力分量。41简述用正射法测三维冻结模型自由表面任意一点处应力的步骤（需要记公式）。设自由表面的法线方向为y 方向，切面的法线方向为z 方向，与y 和z 都垂直的方向为x 方向。正射法的步骤为： （1）沿z 方向正射xz zN f h =其中，Nz：沿z 方向正射时测点处的等差线条纹级次；h z：切片沿z 方向的厚度； f ：模型材料的冻结条纹值。当x 为拉时取“+”，反之取“”。用钉压法来确定。（2）沿y 方

12、向正射=- 2sin 212cos yyy xzyyyx zh f N h fN 其中，Ny：沿y 方向正射时测点处的等差线条纹级次；h y：切片沿y 方向的厚度；y：沿y 方向正射时测点处的次主应力1与z方向的夹角，可由测点处的等倾线测得。22将两式联立，就以求得测点的z 、x和xz，于是测点的应力状态就完全确定了。42简述用斜射法测三维冻结模型自由表面任意一点处应力的步骤（需要记公式）。 （1）沿z 方向正射。（2）沿方向斜射。（3）沿-方向斜射。 得到的公式为：-=-+=sin 4(2cos 1cos 2cos (12221N N h f N N N h f h fN z zxz z z

13、zz x求得测点的z、x和xz后，测点的应力状态就完全确定了。43简支梁如图16所示，（a ）是原型，（b ）是模型，若模型与原型的几何相似系数为101=l k ，在模型应力和原型应力相等的条件下，即1=k 的条件下，如原型上的载荷为P 、q ，问实验时加在模型上的载荷应为多少？ 23图16解：物理方程为：W qlW Pl 842+= 由此得无量纲方程为W qlW Pl8412+=根据相似第二定理得到两个项为=W ql W l q W ql W Pl W l P W Pl 88844422221 又因为261bhW =，所以，3222611lk h h b b bh h b W W = =由此

14、得：24=q q k k k q W W l l q P P k k k P W W l l P p l l p l l 1011100113222344图17（a ）表示A 端固定、B 端简支的矩形截面梁（原型），其上作用有集中力P1，P2，图（b ）表示模型，其边界条件与原型相同，几何尺寸与载荷作用方式与原型相似。试确定应力的换算关系。 图17解：经分析可知，表示应力的方程为： = f ( P ，L ，E ， 量纲分别为：F2-L ， P ：F， L ：L，E ：F2-L ，：0。5个物理量中只有两个独立的量纲F 和L ，因此，只有两个独立的物理量，因此有52=3（个）项，任选P 和L 作

15、为基本单位，则3个项分别为：fe fefed c dcd cb a babaLF LF LP LF L F FLLP E L F LFFL L P -+-+-=0321222121因为1、2和3都是无量纲项，因此，其量纲指数应该为0，所以有 1a = 0 b+ 2 = 0 1c = 0 d+ 2 = 0 e = 0 f = 025解得： a = 1，b =2，c = 1，d =2，e = 0，f =0。则=32221 PEL PL由1得：mpmmp pmmm ppp L L P P P L P L 2222=45如图18所示的受均布载荷作用的简支梁，试用量纲分析法求模型和原型的应力、挠度和弯矩

16、的换算关系。 图18解：经分析可知表示应力的方程为： = f (q ，M ，L 共有四个物理量，量纲分别为：F2-L ； q ：F1-L； M ：FL； L ：L上式中的四个物理量中只有两个独立的量纲F 和L ，因此，只有两个独立的物理量作为独立基本单位，因此应该有42 = 2（个）项，选M 和L 两个物理量作为基本单位，则两个项分别为：11122121+-+-=d c cd ccdcb a abaabaLF LL FFLLMq L F LL F FL LM 因为1和2都是无量纲项，因此，其量纲指数应该为0，得 1a = 0 a + b+ 2 = 0 1c = 0 c + d+ 1 = 0解得

17、：a = 1，b =3，c = 1，d =2。 则ML q ML 2231 =26由此可得：mm m ppp m mm pppML q ML q ML ML2233=mmpmppmp m m p pML L q q ML L q q 22经分析可知挠度的方程为：y = f (q ，M ，L ，E 共有五个物理量，量纲分别为：y ：L； q ：F1-L ；M ：FL；L ：L E ：F2-L 。上式中的五个物理量中只有两个独立的量纲F 和L ，因此，只有两个独立的物理量作为独立基本单位，因此应该有52=3（个）项，任选M 和L 作为基本单位，则三个项分别为：1115212413+-+-=f e

18、ef eefed c cd ccdca ba ba abaLF LL FFLLMq L F LL F FLL M EF LLL F L L M y 其中5和2相同。用与上面相同的方法得： 1a b = 0 a = 0 1c = 0 c + d+ 2 = 0 1e = 0 e + f+ 1 = 0解得：a = 0，b = 1，c = 1，d =3，e = 1， f =2。则ML q MEL Ly 25343=从上面三个式子可以得到：27mp m mp p y E E q q y =46有一个偏心受压立柱（见图19），设模型与原型的长度比为101，压力比为51，抗弯截面模量的比是41，求模型和原型

19、的应力和横截面积的换算关系。 图19解：物理方程为：A PW Pe += 由此得无量纲方程为A PW Pe +=1根据相似第二定理得到两个项为=p p p m m m pp p p m m m m A P A P A P W e P W e P W Pe21 其中，下标为m 的是模型量，下标为p 的是原型量。 由此得：=pp p m p p m m mm m m p p m m p p AA A P P A e e W W P P 5. 25. 12515. 12110411547用阻值为R=120的应变片测应变，导线电阻为RL=0.6，应变片的灵敏系数为K=2，要想使应变仪的读数 解: d

20、等于真实应变,应变仪的灵敏系数档应选 K 仪=(1.99 . K 仪 = K R R + R = 2 L 120 120 + 0 .6 = 1 . 99 48.电阻应变片由(敏感栅(粘结剂(基底和(引出线组成. , , 49.什么叫机械滞后?如何消除? 答:在一定的温度条件下,对贴有应变片的试件进行加载和卸载时发现,对同一真实应变,加载和 卸载过程中的应变读数不一样,这种现象叫机械滞后. 消除的方法是正式测试前对构件进行三次以上的反复加载和卸载,以减小机械滞后的影响. 50.如下图所示的纯扭转冻结模型,切下一个垂直于轴线的切片.放在双正交圆偏振光暗场中,且 垂直入射,此时能看到什么现象?为什么

21、? 答:不能.因为只有与入射光垂直的平面内的应力分量才能产生光学效应,而此题中与入射光垂直 的平面内的应力分量都为零,所以不能看到干涉条纹. 51.什么叫绝缘电阻?简述测绝缘电阻的意义. 贴在构件上的应变片的引出线与构件之间的电阻叫绝缘电阻,记为 Rm.一般要求绝缘电阻要达到 50100M (兆欧以上,才能保证应变测量的正常进行和测量精度.它也是检查应变片粘贴质 量以及粘结剂是否完全干燥或固化的重要标志. 52.下图为简支梁的等差线图,标出图中各等差线条纹的级数.并简述用旋转检偏镜法测定其上边 缘中点处的非整数条纹级数的步骤. 若检偏镜转过 45使临近其上边缘中点处的暗条纹移至中点, 该中点处

22、的条纹是多少级? 28 答: (1确定主方向.显然上边缘的切向力为拉应力,法向力为 0,所以切向力为 1 方向. (2采用单色光双正交圆偏振光暗场,同步转动起偏镜,检偏镜和两个 1/4 波片,使起偏镜,检 偏镜的光轴分别与被测点的 2,1 方向重合. (3单独转动检偏镜,使最靠近测点的 7 级等差线条纹通过被测点,测出转过的角度 2,然后利 N 用公式 0 = 7 + = 7 + 2 o o o 180 45 180 ,就可以算出被测点的等差线条纹级次. N 0 = 7 . 25 (级 53.选直径 D=40mm,厚为 h=5mm 的对径受压圆盘作为标准试件,所受压力为 P=100Kg,其中心

23、 点处的等差线的条纹级数 N=5.2 级,试计算该材料的条纹值(取 =3.14,g=9.81 米/秒 2 . 解: f = 8P DN = =12016(N/m . 8 100 9 . 81 3 . 14 40 10 3 5 . 2 54.如下图所示的受集中载荷作用的简支梁,试用量纲分析法求模型和原型的应力,挠度和弯矩的 换算关系. 解:经分析可知表示应力的方程为: = f (P,M,L 共有四个物理量,量纲分别为: :F L ;P:F;M:FL;L:L 上式中的四个物理量中只有两个独立的量纲 F 和 L,因此,只有两个独立的物理量作为独立基本单 位,因此应该有 4-2 = 2(个项,选 M

24、和 L 两个物理量作为基本单位,则两个项分别为: 29 2 1 = 2 M a Lb P = M c Ld FL 2 F 1 a = a+b+2 F a La Lb L F F 1 c = c+d c c d F L L L 因为 1 和 2 都是无量纲项,因此,其量纲指数应该为 0,得 1-a = 0 a + b+ 2 = 0 1-c = 0 c+d=0 解得:a = 1, b =-3, c = 1, d =-1.则 1 = L3 M 2 = PL M 由此可得: p L 3p M p = m L3 m M m Pp L p M p = Pm L m Mm M p Pp L2 m = 2 P

25、m L p = Pm L m Pp L p m m M p 经分析可知挠度的方程为: y = f (P,M,L,E 共有五个物理量,量纲分别为: y:L; P:F; M:FL; L:L 上式中的五个物理量中只有两个独立的量纲 F 和 L,因此,只有两个独立的物理量作为独立基本单 位,因此应该有 5-2=3(个 项,任选 M 和 L 作为基本单位,则三个 项分别为: L2 . E:F y a 3 = = = M M M Lb Ld Lf E c 4 P e 5 L L1 a b = F a La Lb F a FL 2 F 1 c = c+d +2 F c Lc Ld L F F 1 e = e+ f F e Le L f L 其中 5 和 2 相同.用与上面相同的方法得: 1-a-b = 0 a=0 1-c = 0 c + d+ 2 = 0 1-e = 0 e+f=0 解得:a = 0,b = 1,c = 1,d =-3, 30 e = 1,f =-1. 则 3 y = L 4 EL 3 = M 5 = PL M 从上面三个式子可以得到: yp = Lp Lm ym 55.在等倾线图中,各个不同角度的等倾线的交点是(各向同性点 . 31