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弹性力学论文：石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟

2010年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2010

收稿日期：2010-07-30

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 40972191)；上海市教育委员会科研创新项目(No. 09YZ39)。第一作者简介：徐金明，男，1963年生，博士、教授、博士生导师，主要从事岩土工程和工程地质计算技术的教学和科研工作。Email: xjming@https://www.doczj.com/doc/3918038714.html,

文章编号：1000－7598 (2010)增刊2－0390－06

石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟

徐金明1，谢芝蕾1，贾海涛2

（1. 上海大学土木工程系，上海 200072；2. 上海自然博物馆工程建设指挥部，上海 200041）

摘要：岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石细观组分的运动学行为。研究岩石运动学行为时通常将岩石作为整体研究对象较多，而直接以细观组分为对象的研究较少。以石灰岩为例，根据室内试验获得的岩石力学性质指标，使用基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观变化与宏观力学特性联系起来，建立了石灰岩的细观结构模型，获得了颗粒接触力、颗粒接触模量、接触连接强度和连接刚度比等细观力学参数。由于文中直接以细观成分为研究对象、反映了岩石和岩体组成的本质特点，所得结论不仅对含裂隙岩石本构关系研究具有广阔的应用前景，而且对岩体工程性质和地质灾害机制研究也具有重要的理论意义。关键词：石灰岩；细观力学特性；颗粒流；模拟中图分类号：TU 452 文献标识码：A

Simulation of mesomechanical properties of limestone using particle flow code

XU Jin-ming 1，XIE Zhi-lei 1，JIA Hai-tao 2

( 1. Department of Civil Engineering ，Shanghai University, Shanghai 200072，China;

2. Shanghai Science and Technology Museum, Shanghai 200041，China)

Abstract : The formation and development of geological disasters in rock area are dependant on the kinematic behaviors of rocks, especially of grains, fissures, and fillings in the rocks. In the conventional studies, rocks are generally treated as entireties and few concerns are concentrated on the individual meso-compositions in these rocks. Taking a limestone for example, macromechanical properties were obtained for the rock specimens of laboratory tests; and particle flow code in two-dimensions (PFC2D) was used for simulating the macromechanical properties of the rock material. In the simulation, the material was discretized as an assembly of rigid particles. The mesomechanical parameters, such as contact forces, contact modulus, normal contact strengths, and stiffness ratio, were obtained; and the mesostructural model was established for the limestone; connecting meso-level changes in particles with macromechanical properties. Because the individual compositions were taken as the direct objectives, reflecting the intrinsic features of rock materials or rock masses, the techniques presented herein may be of great significance in studying the constitutive law of fissured rocks, engineering properties of rock masses, and mechanism of geological disasters. Key words: limestone ；mesomechanical property ；particle flow ；simulation

1 引言

岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石的运动学行为、尤其是岩石中颗粒、裂隙、充填物等细观组分的变化情况，常规宏观分析方法以岩石整体为研究对象较多，直接以细观组分为对象进行研究较少。基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观力学参数与宏观力学特性联系起来，可以用于模拟颗粒

之间的相互作用和破裂面的形成扩展过程。

使用颗粒流方法对土的细观力学行为进行细观模拟，多使用PFC2D (particle flow code in 2-dimensions)或PFC3D (particle flow code in 3-dimensions)。周健[1]研究团队在这方面做了大量工作（比如，模拟了不同水压下渗流引起砂土特性变化的全过程）。

使用颗粒流方法进行岩石力学特性的细观模拟也有一些报道。Potyondy [2]、

Potyondy 和Cundall [3]

获得了Lac du Bonnet(LDB)花岗岩的细观参数；Backstrom等[4]研究了花岗岩细观模拟结果与宏观

应力-应变曲线的关系；Hsieh等[5]研究了砂岩变形

机制，分析了细观组分含量与宏观力学特性之间的

关系；Fakhimi等[6]用弹性模量、泊松比和单轴抗压

强度来确定砂岩的细观力学参数；Dole?alová等[7]

对比研究了碎裂状泥岩的细观模拟、室内试验、现

场试验结果；Stavropoulou[8]对大理岩芯样进行了细

观试验研究；徐文杰等[9]结合数字图像处理技术，

建立了土石混合体细观结构的细观数值计算模型。

此外，李凡[10]采用胶结在一起的小圆盘代替可

破碎颗粒并施加适当胶结，对岩土材料细观破损机

制进行了研究；Cho等[11]认为，使用簇粒可以明显

改善岩石力学特性的预测能力；Cho等[12]模拟了脆

性岩石材料的直剪试验过程；Kulatilake等[13]研究

了节理几何参数(组数、密度、方向、大小、分布)

对含裂隙岩石单轴抗压强度的影响；Schopfer等[14]

模拟了低围压高强度脆韧性层状岩层中正断层的发

展过程；王涛等[15]对矿岩自然崩落现象进行了细观

数值模拟。

本文拟以石灰岩为例，根据室内试验获得的岩

石力学性质指标，建立岩石的细观结构模型，使用

颗粒流数值模拟程序PFC2D获得细观力学参数。

本文方法对含裂隙岩石本构关系和岩体工程性质的

细观研究具有重要的参考价值。

2 细观力学参数的确定

2.1 原始数据

本文使用杨仕教等[16]的资料确定石灰岩的细

观力学参数，所用的主要试验数据见表1，模拟时

岩石尺寸取为42 mm×100 mm。

表1 石灰岩单轴抗压强度试验数据(引自文献[16])

Table 1 Mechanical parameters of limestone under axial

loading tests (from ref. [16])

组号弹性模量/GPa 峰值应力/MPa 泊松比

1 39.54 86.963 0.248

2 45.10 97.030 0.235

3 45.82 103.330 0.319

4 46.49 116.880 0.265

平均值 44.24 101.050 0.267

2.2 设置几何模型与物理模型

研究时，采用单位厚度的圆形颗粒来表示各组

分分布，由光滑无摩擦的“墙”来实现模型边界条件，以石灰岩单轴抗压强度试验中弹性模量、峰值强度、泊松比的平均值(见表1)作为模拟目标。

PFC2D中，颗粒接触模型分为基本模型和混合

模型两种。基本模型有刚度接触、平行接触和非连接接触3类。由于平行连接可以传递颗粒之间的力和力矩、平行连接强度和岩石材料强度有较好的对应关系，颗粒之间的胶结物用平行连接来表征。2.3 确定细观力学参数

岩石宏观参数不仅受到岩石中颗粒大小、形状和分布的影响，还与颗粒和胶结物的变形和强度特性有关。岩石细观力学参数的确定过程，就是根据宏观参数(弹性模量、峰值应力、泊松比)不断调整细观参数使模拟结果与试验结果误差达到最小的过程。这一过程可以表述为：

(1) 将平行连接法向连接强度σ和切向连接强度τ设为一个较大的值(比如峰值应力)，将颗粒-颗粒接触模量

E和平行连接弹性模量

E的比值c

E设置为1.0，通过改变

E大小来选择岩石的弹性模量；

(2) 对颗粒法向刚度k n和切向刚度k s、平行连

接法向刚度

k和切向刚度

k，将比值(k n/k s)/(

n s

k k)

和

n n

k k设置为1.0，通过改变k n/k s来选择泊松比；

(3) 将侧限压力'

σ设置为0、将平行连接法向

切向强度均值比值(σ/τ)、法向强度标准差

σ和切

向强度标准差

τ的比值(

σ/

τ)设置为1，将比值

(

σ/σ)设置为一个比较小的数值(比如0.12)，通过改变σ来选择峰值应力；

(4) 经过步骤(1)～(3)，模拟效果通常已经比较好；为了达到预设的误差精度，可以通过适当改变

上述(1)～(3)中的相关数值来实现(比如改变

E、k n、

k s、

k、

k、τ、

σ、

τ)。

初始细观力学参数在数值模拟过程中具有极为重要的作用，模拟开始前必须首先设置。由于Itasca公司提供了一套算法并已通过程序代码包Augmented FishTank得以实现，下面将根据Potyondy[2]、Potyondy和Cundall[3]、Cho等[11]与Itasca 公司[17]的研究结果，说明算法中主要初始细观参数的设置方法(取拉应力为正)。

（1）试验条件

试验条件主要通过设置变量et2_ucs来实现。对于无侧限压缩试验和侧限压缩试验，这一变量分别设为1和0。

（2）试样生成控制参数

y试样宽度w：单位为m，即et2_xlen的设置值，根据实际试样宽度进行设置；研究

时取42×10-3 m。

y试样高度h：单位为m，即变量et2_ylen

的设置值，根据实际试样高度进行设置；

研究时取100×10-3 m。

y最小颗粒半径R min：单位为m，即et2_rlo

的设置值；研究时设为0.275×10-3m。

y粒径比R max/R min：即et2_radius_ratio的设

置值，研究时设为1.66。

y墙刚度乘子β：即md_wEcfac的设置值，

研究时设为1.1。

y内锁等向应力墙刚度乘子σ0：单位为Pa，即tm_req_isostr的设置值，可取小于岩石

单轴抗压强度的1%，研究时取-1.0×10-6

Pa。

y内锁等向应力墙刚度乘子误差容许值σ0t：

即tm_req_isostr_tol的设置值，研究时取

0.50。

y最小非悬浮接触数N f min：即flt_def的设置

值，研究时取3。

y剩余悬浮接触比n f N：即flt_remain的设置

值，研究时设为0.0。

（3）颗粒连接设置参数

y颗粒密度ρ：单位为kg/m3，即md_dens

的设置值，研究时取2 630.0 kg/m3。

y颗粒-颗粒接触模量E c：单位为Pa，即

md_Ec的设置值，研究时取37×109 Pa。y颗粒刚度比k n/k s：即md_knoverks的设置

值，研究时设为2.46。

y颗粒摩擦系数μ：即md_fric的设置值，研

究时设为0.5。

y平行连接法向强度均值σ：单位为Pa，即

pb_sn_mean的设置值、可用于模拟胶结物

的法向强度，研究时设为77×106 Pa。

y平行连接法向强度标准差

σ：单位为Pa，即pb_sn_sdev的设置值，研究时设为

10×106 Pa。

y平行连接切向强度均值τ：单位为Pa，即

pb_ss_mean的设置值、可用于模拟胶结物

的切向强度，研究时设为77×106 Pa。

y平行连接切向强度标准差

τ：单位为Pa，即pb_ss_sdev的设置值，研究时设为

10×106 Pa。

y平行连接半径乘子λ：即pb_radmult的设置值、降低该值可以降低胶结物的数量与

连接刚度，研究时取1.0。

y平行连接弹性模量c E：单位为Pa，即

pb_Ec的设置值，研究时取37×109 Pa。

y平行连接刚度比

n s

k k：即pb_ knoverks 的设置值，研究时设为2.46。

y平行连接设置入口：即是否平行连接，将

md_add_pbonds设为1(平行连接)。

y保存数据设置入口：即是否保存全部数据

设置，将et2_prep_saveall设为1(保存)。

（4）模拟控制参数

y侧墙刚度折减因子βx：即et2_knxfac的设置值，对于无侧限压缩试验、可不做设置；

对于侧限压缩试验，研究时设为 1.0；对

于巴西试验，设为0.001。

y竖墙刚度折减因子βy：即et2_knyfac的设

置值，研究时设为1.0。

y目标侧限应力'

σ：单位为Pa，即et2_wsxx_req的设置值，根据实际侧限压

力进行设置；比如，实际侧限压力为1MPa

时设置为-1.0×106 Pa。

y目标竖向应力'

σ：单位为Pa，即et2_wsyy_req的设置值，研究时设为

-1.0×105 Pa。

y墙伺服误差ε：即et2_ws_tol的设置值，

研究时设为0.01。

y平台速度终值ε：单位为m/s，即p_vel的

设置值，研究时设为5.0×10-2m/s。

y平台加速度总循环数N p：p_cyc的设置值，

研究时设为400。

y平台加速多段数S p：p_stages的设置值，

研究时设为10。

y初始裂纹标准

σ：pk_ci_fac的设置值、即出现初始裂纹的应力与峰值应力的百

分比，研究时设为0.10。

y试验终止标准α：et2_peakfac的设置值，

研究时设为0.80。

3 石灰岩离散元模拟结果

3.1 石灰岩细观参数

使用上面方法得到的石灰岩模型的主要细观参数见表2，宏观参数模拟结果见表3。表2和表3

中，抗拉强度

σ通过巴西试验获得，抗剪强度指标c和?通过不同侧限压力下的双轴试验获得。在具体计算强度指标c和?时，首先根据最小二乘法获得峰值应力包线、然后根据这一包线的截距和斜率计算指标c和?。

3.2 结果分析

下面说明使用石灰岩细观参数所得的一些颗

粒流模拟结果。图1是石灰岩细观模拟时的颗粒几何分布和平行连接分布。图2是石灰岩位移分布和颗粒接触力分布。

表2 石灰岩模型细观参数

Table 2 Model microproperties to match limestone 材料变量参数数值

试样宽度/m 42×10-3高度/m 100×10-3

颗粒

最小半径 /m 0.275×10-3

粒径比 1.66

密度/(g/cm3) 2.63

接触模量/GPa 37 刚度比 2.46 摩擦系数 0.50

胶结物(平行连接)

法向强度均值/MPa 77

法向强度标准差/MPa10

刚度比 2.46 切向强度均值/MPa 77

切向强度标准差/MPa 10

弹性模量 37

半径乘子 1.0

表3 石灰岩宏观参数模拟结果

Table 3 Macroproperties of the model of limestone

颗粒总数弹性模

量/GPa

泊松比

侧限应力

/MPa

峰值应力

/ MPa

抗拉强度

/ MPa

凝聚力

/ MPa

内摩擦

角/(o)

8 394 43.880.235 9 0.0 102.2

22.5 31.7 28.0

1.0 108.2

2.0 110.4

3.0 11

4.0

4.0 116.8

5.0 119.2

6.0 122.8

7.0 125.8

8.0 127.7

9.0 130.6

10.0 132.0

(a) 颗粒分布(b) 平行连接分布

图1 石灰岩细观模拟时的颗粒几何分布和平行连接分布Fig.1 Grain distribution and parallel contacts of limestone

in micro simulation.

关于细观参数对宏观参数的影响，下面作一简要分析。分析时，宏观参数取弹性模量、峰值应力和泊松比；细观参数取颗粒-颗粒接触模量

E、平

行连接法向连接强度σ、平行连接法向刚度

k；一

个细观参数变化时，其它细观参数取表2中的数值。

(a) 位移分布(b) 颗粒接触力分布

图2 石灰岩细观模拟时的位移分布和颗粒接触力分布

Fig.2 Diasplacement and contact force distributions of

limestone in meso-simulation.

表4为不同样品尺寸下的宏观参数。由表4可

以看出，试样宽度不变时，试样高度增加，弹性模

量、峰值应力和泊松比变化不大（基本在10%以内

变化），变化规律性也不强。

表4 不同样品尺寸下的宏观参数

Table 4 Macro properties for different specimen sizes

试样宽度

/mm

试样高度

/mm

弹性模量

/GPa

峰值应力

/ MPa

泊松比

50 43.55 103.8 0.244

60 43.69 109.8 0.228

70 43.87 108.0 0.246

80 44.16 99.7 0.236

90 44.27 110.9 0.237

100 43.62 102.2 0.237

表5为颗粒-颗粒接触模量不同时的宏观参数。

由表5可以看出，颗粒-颗粒接触模量增加62%（从37.0增加到60.0 GPa），弹性模量相应增加22%，

泊松比增加15.0%，但峰值应力变化的规律性不强。

表5 不同颗粒-颗粒接触模量下的宏观参数

Table 5 Macro properties for different particle-particle

contact moduli

颗粒-颗粒接触模量

/GPa

弹性模量

/GPa

峰值应力

/ MPa

泊松比

37.0 43.62

102.22

0.232

40.0 45.00

105.24

0.236

45.0 46.86

99.39

0.248

50.0 51.60

110.36

0.297

55.0 51.39

108.94

0.254

60.0 53.31

93.77

0.267

表6为平行连接法向连接强度不同时的宏观参数。由表6可以看出，平行连接法向连接强度增加

30%（从77增加到100 MPa ），弹性模量和泊松比变化不大，但峰值应力增加了28%。

表6 平行连接法向连接强度不同时的宏观参数 Table 6 Macro properties for different parallel normal

contact strengths

平行连接法向连接强度

/MPa

弹性模量 /GPa

峰值应力 / MPa

泊松比

77 43.62 102.22 0.232 880 43.56 105.74 0.232 985 43.63 112.69 0.233 290 43.64 120.19 0.233 495 43.65 123.26 0.233 5100 43.66 130.71 0.233 7

表7为平行连接刚度比不同时的宏观参数。由表7可以看出，平行连接刚度比增加50%（从2.0增加到 3.0），弹性模量降低7.4%，峰值应力增加

2.8%，泊松比则增加17.3%。

表7 平行连接刚度比不同时的宏观参数

Table 7 Macro properties for different parallel stiffness ratios

平行连接法向刚度强度

/GPa

弹性模量 /GPa

峰值应力 / MPa

泊松比

2.0 44.26 99.77 0.213 32.2 45.14 98.43 0.222 32.4 4

3.95 99.75 0.253 42.6 42.87 102.55 0.237 82.8 41.89 102.19 0.244 23.0 40.99 102.60 0.250 2

4 讨论

必须指出的是，在上述处理过程中，调整颗粒细观参数花费时间很多，细观力学参数会受到细观物理参数的影响，宏观力学性质参数也受到多方面因素的影响，下面作一简要讨论。

（1）颗粒采用单位厚度的圆形颗粒来表示，与实际情况不符，会导致内摩擦角降低(见文献[11]和[17]的讨论)。为此，文献[17]建议采用可破碎颗粒cluster 来表征颗粒，而文献[11]建议采用不可破碎颗粒clump 来表征颗粒。到底采用哪一类颗粒来模拟岩石颗粒，目前还没有定论。

（2）本次研究时，颗粒之间胶结采用平行接触来模拟。实际岩石的宏观力学性质参数与胶结物成分和胶结类型有一定关系。如何在细观结构模型

中准确地反映这一关系，也还需要进一步研究。

（3）本文采用巴西试验估计抗拉强度t σ。但是，正如Cho 等[11]所指出，模拟所得强度值比实际抗拉强度要高出很多、即使采用不可破碎颗粒

clump 也还是比实际值要大(很多文献都碰到类似问题，比如文献[11])。作者认为，要解决这一难题，可以在考虑颗粒接触时同时使用平行连接和刚度接触、在模拟时考虑颗粒之间的转动问题。

（4）使用PFC2D 进行岩石细观模拟时，确定

岩石细观物理力学参数比较麻烦、但又是必须进行的一项工作。作者认为，可以根据已有宏观试验数据及岩石和胶结物的不同特点，分别建立细观参数和宏观参数的多对多关系，这对尽快、准确进行不同岩石的细观模拟必将具有很好的参考价值。作者正准备进行这一方面的研究。

5 结语

（1）以石灰岩为例，根据室内试验获得的岩石力学性质指标，使用基于非连续介质理论的颗粒流方法，建立了石灰岩的细观结构模型。

（2）本文将石灰岩颗粒之间的连接使用平行连接来表征，获得了石灰岩颗粒之间的连接强度、刚度大小、弹性常数及其与宏观力学性质参数之间

的关系，同时对石灰岩模拟时初始细观参数的选取方法进行了讨论。（3）本文以石灰岩细观成分为研究对象、反

映了岩石和岩体组成的本质特点，对含裂隙岩石本构关系和地质灾害机制研究具有重要的参考价值。

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Itasca Consulting Group, Inc., 2001.

11弹性力学试题及答案

2012年度弹性力学与有限元分析复习题及其答案 (绝密试题) 一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。 2、在弹性力学中规定，线应变以伸长时为正，缩短时为负，与正应力的正负号规定相适应。 3、在弹性力学中规定，切应变以直角变小时为正，变大时为负，与切应力的正负号规定相适应。 4、物体受外力以后，其内部将发生内力，它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的，是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量，也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ，50=y σMPa ，5010=xy τ MPa ，则主应力 =1σ150MPa ，=2σ0MPa ，=1α6135'ο。 8、已知一点处的应力分量， 200=x σMPa ，0=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ512 MPa ，=2σ-312 MPa ，=1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量，2000-=x σMPa ，1000=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力 =1σ1052 MPa ，=2σ-2052 MPa ，=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题，要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，分别建立三套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构，然后再用结构力学位移法进行求解。其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分：一部分是由本单元的形变引起的，另一部分是由于其他单元发生了形变而连带引起的。 16、每个单元的应变一般总是包含着两部分：一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的，是各点不相同的，即所谓变量应变；另一部分是与位置坐标无关的，是各点相同的，即所谓常量应变。 17、为了能从有限单元法得出正确的解答，位移模式必须能反映单元的刚体位移和常量应变，还应当尽可能反映相邻单元的位移连续性。 18、为了使得单元内部的位移保持连续，必须把位移模式取为坐标的单值连续函数，为

弹性力学试题参考答案与弹性力学复习题

弹性力学复习资料一、简答题 1．试写出弹性力学平面问题的基本方程，它们揭示的是那些物理量之间的相互关系在应用这些方程时，应注意些什么问题答：平面问题中的平衡微分方程：揭示的是应力分量与体力分量间的相互关系。应注意两个微分方程中包含着三个未知函数σx、σy、τxy=τyx ，因此，决定应力分量的问题是超静定的，还必须考虑形变和位移，才能解决问题。平面问题的几何方程: 揭示的是形变分量与位移分量间的相互关系。应注意当物体的位移分量完全确定时，形变量即完全确定。反之，当形变分量完全确定时，位移分量却不能完全确定。平面问题中的物理方程：揭示的是形变分量与应力分量间的相互关系。应注意平面应力问题和平面应变问题物理方程的转换关系。 2．按照边界条件的不同，弹性力学问题分为那几类边界问题试作简要说明。答：按照边界条件的不同，弹性力学问题分为位移边界问题、应力边界问题和

混合边界问题。位移边界问题是指物体在全部边界上的位移分量是已知的，也就是位移的边界值是边界上坐标的已知函数。应力边界问题中，物体在全部边界上所受的面力是已知的，即面力分量在边界上所有各点都是坐标的已知函数。混合边界问题中，物体的一部分边界具有已知位移，因而具有位移边界条件;另一部分边界则具有应力边界条件。 3．弹性体任意一点的应力状态由几个应力分量决定试将它们写出。如何确定它们的正负号答：弹性体任意一点的应力状态由6个应力分量决定，它们是：x 、y 、z 、xy 、yz 、、zx 。正面上的应力以沿坐标轴正方向为正，沿坐标轴负方向为负。负面上的应力以沿坐标轴负方向为正，沿坐标轴正方向为负。 4．在推导弹性力学基本方程时，采用了那些基本假定什么是“理想弹性体”试举例说明。答：答：在推导弹性力学基本方程时，采用了以下基本假定：（1）假定物体是连续的。（2）假定物体是完全弹性的。（3）假定物体是均匀的。（4）假定物体是各向同性的。（5）假定位移和变形是微小的。符合（1）~（4）条假定的物体称为“理想弹性体”。一般混凝土构件、一般土质地基可近似视为“理想弹性体”。 5．什么叫平面应力问题什么叫平面应变问题各举一个工程中的实例。答：平面应力问题是指很薄的等厚度薄板只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力，同时体力也平行于板面并且不沿厚度变化。如工程中的深梁以及平板坝的平板支墩就属于此类。平面应变问题是指很长的柱型体，它的横截面在柱面上受有平行于横截面而且不沿长度变化的面力，同时体力也平行于横截面而且也不沿长度变化，即内在因素和外来作用都不沿长度而变化。 6．在弹性力学里分析问题，要从几方面考虑各方面反映的是那些变量间的关系答：在弹性力学利分析问题，要从3方面来考虑：静力学方面、几何学方面、物理学方面。平面问题的静力学方面主要考虑的是应力分量和体力分量之间的关系也就是平面问题的平衡微分方程。平面问题的几何学方面主要考虑的是形变分量与位移分量之间的关系，也就是平面问题中的几何方程。平面问题的物理学方面主要反映的是形变分量与应力分量之间的关系，也就是平面问题中的物理方程。 7．按照边界条件的不同，弹性力学平面问题分为那几类试作简要说明答：按照边界条件的不同，弹性力学平面问题可分为两类：（1）平面应力问题：很薄的等厚度板，只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力。这一类问题可以简化为平面应力问题。例如深梁在横向力作用下的受力分析问题。在该种问题中只存在 yx xy y x ττσσ=、、三个应力分量。（2）平面应变问题：很长的柱形体，在柱面上受有平行于横截面并且不沿长度变化的面力，而且体力

弹性力学试卷及答案

一、概念题（32分） 1、如图所示三角形截面水坝，其右侧受重度为的水压力作用，左侧为自由面。试列出下述问题的边界条件解：1）右边界（x=0） 1 1 2）左边界（x=ytg ） 1 1 由： 2 2 2、何谓逆解法和半逆解法。答：1. 所谓逆解法，就是先设定各种形式、满足相容方程的应力函数，利用公式求出应力分量，然后根据应力边界条件考察在各种形状的弹性体上，这些应力分量对应于什么样的面力，从而得知设定的应力函数可以解决什么问题。 4 2. 所谓半逆解法，就是针对所要求解的问题，根据弹性体的边界形状与受力情况，假设部分或全部应力分量为某种形式的函数，从而推出应力函数，然后考察该应力函数是否满足相容方程，以及原来假设的应力分量和由这个应力函数求出的其余应力分量，是否满足应力边界条件和位移单值条件。如果相容方程和各方面的条件都能满足，就可得到正确解答；如果某一方面不能满足，就需要另作假设，重新考察。 4 3、已知一点的应力状态，试求主应力的大小及其作用的方向。 200,0,400x y xy MPa MPa σστ===- 解：根据公式2 12 2 2 2 x y x y xy σσσσστσ+-??=+ ?? ? 2 和公式11tan x xy σσ ατ-= ，求出主应力和主应力方向： 2 ()220002000512.321400312.3222MPa σσ+-=+-=-?? ??? 2 512200tan 0.7808,3757'11400 αα-==-=-o 2 4、最小势能原理等价于以位移表示的平衡微分（3）方程和应力（3）边界条件，选择位移函数仅需满足位移（2）边界条件。二、图示悬臂梁，长度为l , 高度为h ，l >>h ，在梁上边界受均布荷载。试检验应力函数 523322ΦAy Bx y Cy Dx Ex y =++++ 能否成为此问题的解，如果可以，试求出应力分量。（20分） y y y n x 000y x x xy x σγτ=-===() () cos ,cos cos ,cos()2sin l n x m n y βπββ====+=-() () () () x y l m x xy s s l m xy y s s f f σττσ+=+=??? ??( ) ()()()cos sin 0cos sin 0x xy s s xy y s s σβτβτβσβ-=+=??? ??

弹性力学复习重点+试题及答案【整理版】

弹性力学2005 期末考试复习资料一、简答题 1．试写出弹性力学平面问题的基本方程，它们揭示的是那些物理量之间的相互关系？在应用这些方程时，应注意些什么问题？答：平面问题中的平衡微分方程：揭示的是应力分量与体力分量间的相互关系。应注意两个微分方程中包含着三个未知函数σx、σy、τxy=τyx ，因此，决定应力分量的问题是超静定的，还必须考虑形变和位移，才能解决问题。平面问题的几何方程: 揭示的是形变分量与位移分量间的相互关系。应注意当物体的位移分量完全确定时，形变量即完全确定。反之，当形变分量完全确定时，位移分量却不能完全确定。平面问题中的物理方程：揭示的是形变分量与应力分量间的相互关系。应注意平面应力问题和平面应变问题物理方程的转换关系。 2．按照边界条件的不同，弹性力学问题分为那几类边界问题？试作简要说明。答：按照边界条件的不同，弹性力学问题分为位移边界问题、应力边界问题和混合边界问题。位移边界问题是指物体在全部边界上的位移分量是已知的，也就是位移的边界值是边界上坐标的已知函数。应力边界问题中，物体在全部边界上所受的面力是已知的，即面力分量在边界上所有各点都是坐标的已知函数。混合边界问题中，物体的一部分边界具有已知位移，因而具有位移边界条件;另一部分边界则具有应力边界条件。 3．弹性体任意一点的应力状态由几个应力分量决定？试将它们写出。如何确定它们的正负号？答：弹性体任意一点的应力状态由6个应力分量决定，它们是：x 、y 、z 、xy 、yz、、zx。正面上的应力以沿坐标轴正方向为正，沿坐标轴负方向为负。负面上的应力以沿坐标轴负方向为正，沿坐标轴正方向为负。 4．在推导弹性力学基本方程时，采用了那些基本假定？什么是“理想弹性体”？试举例说明。答：答：在推导弹性力学基本方程时，采用了以下基本假定：（1）假定物体是连续的。（2）假定物体是完全弹性的。（3）假定物体是均匀的。（4）假定物体是各向同性的。（5）假定位移和变形是微小的。符合（1）~（4）条假定的物体称为“理想弹性体”。一般混凝土构件、一般土质地基可近似视为“理想弹性体”。 5．什么叫平面应力问题？什么叫平面应变问题？各举一个工程中的实例。答：平面应力问题是指很薄的等厚度薄板只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力，同时体力也平行于板面并且不沿厚度变化。如工程中的深梁以及平板坝的平板支墩就属于此类。平面应变问题是指很长的柱型体，它的横截面在柱面上受有平行于横截面而且不沿长度变化的面力，同时体力也平行于横截面而且也不沿长度变化，即内在因素和外来作用都不沿长度而变化。 6．在弹性力学里分析问题，要从几方面考虑？各方面反映的是那些变量间的关系？答：在弹性力学利分析问题，要从3方面来考虑：静力学方面、几何学方面、物理学方面。平面问题的静力学方面主要考虑的是应力分量和体力分量之间的关系也就是平面问题的平衡微分方程。平面问题的几何学方面主要考虑的是形变分量与位移分量之间的关系，也就是平面问题中的几何方程。平面问题的物理学方面主要反映的是形变分量与应力分量之间的关系，也就是平面问题中的物理方程。 7．按照边界条件的不同，弹性力学问题分为那几类边界问题？试作简要说明答：按照边界条件的不同，弹性力学问题可分为两类边界问题：

弹性力学试题及标准答案

弹性力学与有限元分析复习题及其答案一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。 2、在弹性力学中规定，线应变以伸长时为正，缩短时为负，与正应力的正负号规定相适应。 3、在弹性力学中规定，切应变以直角变小时为正，变大时为负，与切应力的正负号规定相适应。 4、物体受外力以后，其内部将发生内力，它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的，是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量，也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ，50=y σMPa ，5010=xy τ MPa ，则主应力=1σ150MPa ，=2σ0MPa ，=1α6135'ο。 8、已知一点处的应力分量， 200=x σMPa ，0=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ512 MPa ，=2σ-312 MPa ，=1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量，2000-=x σMPa ，1000=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ1052 MPa ，=2σ-2052 MPa ，=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题，要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，分别建立三套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构，然后再用结构力学位移法进行求解。其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分：一部分是由本单元的形变引起的，另一部分是由于其他单元发生了形变而连带引起的。 16、每个单元的应变一般总是包含着两部分：一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的，是各点不相同的，即所谓变量应变；另一部分是与位置坐标无关的，是各点相同的，即所谓常量应变。 17、为了能从有限单元法得出正确的解答，位移模式必须能反映单元的刚体位移和常量应变，还应当尽可能反映相邻单元的位移连续性。 18、为了使得单元内部的位移保持连续，必须把位移模式取为坐标的单值连续函数，为了使得相邻单元的位移保持连续，就不仅要使它们在公共结点处具有相同的位移时，也能在整个公共边界上具有相同的位移。 19、在有限单元法中，单元的形函数N i 在i 结点N i =1；在其他结点N i =0及∑N i =1。 20、为了提高有限单元法分析的精度，一般可以采用两种方法：一是将单元的尺寸减小，以便较好地反映位移和应力变化情况；二是采用包含更高次项的位移模式，使位移和应力的精度提高。

弹性力学复习题期末考试集锦 (2)

弹性力学复习题（06水工本科）一、选择题 1. 下列材料中，（）属于各向同性材料。 A. 竹材； B. 纤维增强复合材料； C. 玻璃钢； D. 沥青。 2 关于弹性力学的正确认识是（）。 A. 计算力学在工程结构设计的中作用日益重要； B. 弹性力学从微分单元体入手分析弹性体，与材料力学不同，不需要对问题作假设； C. 任何弹性变形材料都是弹性力学的研究对象； D. 弹性力学理论像材料力学一样，可以没有困难的应用于工程结构分析。 3. 弹性力学与材料力学的主要不同之处在于（）。 A. 任务； B. 研究对象； C. 研究方法； D. 基本假设。 4. 所谓“完全弹性体”是指（）。 A. 材料应力应变关系满足胡克定律； B. 材料的应力应变关系与加载时间历史无关； C. 本构关系为非线性弹性关系； D. 应力应变关系满足线性弹性关系。 5. 所谓“应力状态”是指（）。 A. 斜截面应力矢量与横截面应力矢量不同； B. 一点不同截面的应力随着截面方位变化而改变； C. 3个主应力作用平面相互垂直； D. 不同截面的应力不同，因此应力矢量是不可确定的。 6. 变形协调方程说明（）。 A. 几何方程是根据运动学关系确定的，因此对于弹性体的变形描述是不正确的； B. 微分单元体的变形必须受到变形协调条件的约束； C. 变形协调方程是保证所有弹性体变形协调条件的必要和充分条件； D. 变形是由应变分量和转动分量共同组成的。 7. 下列关于弹性力学基本方程描述正确的是（）。 A. 几何方程适用小变形条件； B. 物理方程与材料性质无关； C. 平衡微分方程是确定弹性体平衡的唯一条件； D. 变形协调方程是确定弹性体位移单值连续的唯一条件； 8、弹性力学建立的基本方程多是偏微分方程，最后需结合（）求解这些微分方程，以

同济【弹性力学试卷】2008年期终考试A-本科

同济大学课程考核试卷（A 卷） 2008 — 2009 学年第一学期命题教师签名：审核教师签名：课号：030192 课名：弹性力学考试考查：考试此卷选为：期中考试( )、期终考试(√ )、重考( )试卷年级专业学号姓名得分一．是非题（正确，在括号中打√；该题错误，在括号中打×。）(共30分，每小题2分) 1. 三个主应力方向必定是相互垂直的。（） 2. 最小势能原理等价于平衡方程和面力边界条件。（） 3. 轴对称的位移对应的几何形状和受力一定是轴对称的。（） 4. 最大正应变是主应变。（） 5. 平面应力问题的几何特征是物体在某一方向的尺寸远小于另两个方向的尺寸。（） 6. 最大剪应力对应平面上的正应力为零。（） 7. 弹性体所有边界上的集中荷载均可以按照圣维南原理放松处理边界条件。（） 8. 用应力函数表示的应力分量满足平衡方程，但不一定满足协调方程。（） 9. 经过简化后的平面问题的基本方程及不为零的基本未知量(应力、应变和位移)均为8 个。（） 10. 运动可能的位移必须满足已知面力的边界条件。（） 11. 实对称二阶张量的特征值都是实数。（） 12. 对单、多连通弹性体，任意给出的应变分量只要满足协调方程就可求出单值连续的位移分量。（） 13. 若整个物体没有刚体位移，则物体内任意点处的微元体都没有刚体位移。（） 14. 出现最大剪应力的微平面和某两个应力主方向成45度角。（） 15. 对任意弹性体，应力主方向和应变主方向一致。（）二．分析题（共20分，每小题10分） 1．已知应力张量为()()2211e e e e σ?-+?+=b a b a ，0>>a b (1) 设与xy 平面垂直的任意斜截面的法向矢量为21sin cos e e n θθ+=，试求该斜截面上的正应力与剪应力。 (2) 求最大和最小剪应力值。

弹性力学试卷上学期答案及评分标准

2０16-２0１7第二学期弹性力学考试答案及评分标准一、概念问答题 1、以应力作未知量,应满足什么方程及什么边界条件? 答:以应力作为未知量应满足平衡微分方程、相容方程及边界条件。(5分） 2、平面问题的未知量有哪些？方程有哪些？答：平面问题有σｘ、σy 、τxy 、εx 、εy 、γxy 、u 、v 八个,方程有两个平衡方程,三个几何方程,三个物理方程。（5分) 3、已知200x Pa σ= ，100y Pa σ=-，50xy Pa τ=-及100r Pa σ=，300Pa θσ=， 100r Pa θτ=-,试分别在图中所示单元体画出应力状态图。（2分) (3分） 4、简述圣维南原理。答:如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同,对同一点的主矩也相同）,那么,近处的应力分量将有显著的改变,但远处所受的影响可以不计。(5分） 5、简述应变协调方程的物理意义。答： ⑴ 形变协调条件是位移连续性的必然结果。连续体→位移连续→几何方程→形变协调条件。（2分) ⑵ 形变协调条件是与形变对应的位移存在且连续的必要条件。形变协调→对应的位移存在→位移必然连续; 形变不协调→对应的位移不存在→不是物体实际存在的形变→微分体变形后不保持连续。(３分） 6、刚体位移相应于什么应变状态。答：刚体位移相应于零应变状态，对平面问题为 εx =εy =γxy ＝０ (5分) 7、简述最小势能原理，该原理等价于弹性力学的哪些基本方程? 答：由位移变分方程可得 ()()0U Xu Yv Zw dxdydz Xu Yv Zw dS δ??-++-++=?? ????? 或0δ∏= x y 200Pa =Pa Pa 100r Pa =-100Pa =-

(完整word版)弹性力学试题及答案

《弹性力学》试题参考答案（答题时间：100分钟）一、填空题（每小题4分） 1．最小势能原理等价于弹性力学基本方程中：平衡微分方程，应力边界条件。 2．一组可能的应力分量应满足：平衡微分方程，相容方程（变形协调条件）。 3．等截面直杆扭转问题中， M dxdy D =?? 2?的物理意义是杆端截面上剪应力对转轴的矩等于杆截面内的扭矩M 。 4．平面问题的应力函数解法中，Airy 应力函数?在边界上值的物理意义为边界上某一点（基准点）到任一点外力的矩。 5．弹性力学平衡微分方程、几何方程的张量表示为： 0,=+i j ij X σ ，)(2 1,,i j j i ij u u +=ε。二、简述题（每小题6分） 1．试简述力学中的圣维南原理，并说明它在弹性力学分析中的作用。圣维南原理：如果物体的一小部分边界上的面力变换为分布不同但静力等效的面力（主矢与主矩相同），则近处的应力分布将有显著的改变，但远处的应力所受影响可以忽略不计。作用：（1）将次要边界上复杂的面力（集中力、集中力偶等）作分布的面力代替。（2）将次要的位移边界条件转化为应力边界条件处理。 2．图示两楔形体，试分别用直角坐标和极坐标写出其应力函数?的分离变量形式。题二（2）图（a ）???=++= )(),(),(222θθ??f r r cy bxy ax y x （b ）? ??=+++= )(),(),(3 3223θθ??f r r dy cxy y bx ax y x 3．图示矩形弹性薄板，沿对角线方向作用一对拉力P ，板的几何尺寸如图，材料的弹性模量E 、泊松比 μ 已知。试求薄板面积的改变量S ?。

弹性力学期末考试卷A答案

2009 ~ 2010学年第二学期期末考试试卷（A ）卷一．名词解释（共10分，每小题5分） 1.弹性力学：研究弹性体由于受外力作用或温度改变等原因而发生的应力、应变和位移。 2. 圣维南原理：如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同，对于同一点的主矩也相同），那么近处的应力分布将有显着的改变，但是远处所受的影响可以不计。二．填空（共20分，每空1分） 1.边界条件表示在边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式，它可以分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 2.体力是作用于物体体积内的力，以单位体积力来度量，体力分量的量纲为L-2MT-2；面力是作用于物体表面上力，以单位表面面积上的力度量，面力的量纲为L-1MT-2；体力和面力符号的规定为以沿坐标轴正向为正，属外力；应力是作用于截面单位面积的力，属内力，应力的量纲为L-1MT-2，应力符号的规定为：正面正向、负面负向为正，反之为负。 3.小孔口应力集中现象中有两个特点：一是孔附近的应力高度集中，即孔附近的应力远大于远处的应力，或远大于无孔时的应力。二是应力集中的局部性，由于孔口存在而引起的应力扰动范围主要集中在距孔边1.5倍孔口尺寸的范围内。 4. 弹性力学中，正面是指外法向方向沿坐标轴正向的面，负面是指外法向方向沿坐标轴负向的面。 5. 利用有限单元法求解弹性力学问题时，简单来说包含结构离散化、单元分析、整体分析三个主要步骤。三．绘图题（共10分，每小题5分）分别绘出图3-1六面体上下左右四个面的正的应力分量和图3-2极坐标下扇面正的应力分量。图3-1 图3-2 四．简答题（24分） 1.（8分）弹性力学中引用了哪五个基本假定五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途答：弹性力学中主要引用的五个基本假定及各假定用途为：（答出标注的内容即可给满分） 1）连续性假定：引用这一假定后，物体中的应力、应变和位移等物理量就可看成是连续的，因此，建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 2）完全弹性假定：这一假定包含应力与应变成正比的含义，亦即二者呈线性关系，复合胡克定律，从而使物理方程成为线性的方程。 3）均匀性假定：在该假定下，所研究的物体内部各点的物理性质显然都是相同的。因此，反应这些物理性质的弹性常数（如弹性模量E和泊松比μ等）就不随位置坐标而变化。 4）各向同性假定：各向同性是指物体的物理性质在各个方向上都是相同的，也就是说，物体的弹性常数也不随方向变化。 5）小变形假定：研究物体受力后的平衡问题时，不用考虑物体尺寸的改变，而仍然按照原来的尺寸

弹性力学试题及答案

处具有相同的位移时，也能在整个公共边界上具有相同的位移。 19、在有限单元法中，单元的形函数N i 在i 结点N i =1；在其他结点N i =0及∑N i =1。 20、为了提高有限单元法分析的精度，一般可以采用两种方法：一是将单元的尺寸减小，以便较好地反映位移和应力变化情况；二是采用包含更高次项的位移模式，使位移和应力的精度提高。二、判断题（请在正确命题后的括号内打“√”，在错误命题后的括号内打“×”） 1、连续性假定是指整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满，不留下任何空隙。（√） 5、如果某一问题中，0===zy zx z ττσ ，只存在平面应力分量x σ，y σ，xy τ，且它们不沿z 方向变化，仅为x ，y 的函数，此问题是平面应力问题。（√） 6、如果某一问题中，0===zy zx z γγε ，只存在平面应变分量x ε，y ε，xy γ，且它们不沿z 方向变化，仅为x ，y 的函数，此问题是平面应变问题。（√） 9、当物体的形变分量完全确定时，位移分量却不能完全确定。（√） 10、当物体的位移分量完全确定时，形变分量即完全确定。（√）

14、在有限单元法中，结点力是指结点对单元的作用力。（√） 15、在平面三结点三角形单元的公共边界上应变和应力均有突变。（√ ）三、分析计算题 1、试写出无体力情况下平面问题的应力分量存在的必要条件，并考虑下列平面问题的应力分量是否可能在弹性体中存在。（1）By Ax x +=σ ，Dy Cx y +=σ，Fy Ex xy +=τ；（2）)(22y x A x +=σ，)(22y x B y +=σ，Cxy xy =τ；其中，A ，B ，C ，D ，E ，F 为常数。解：应力分量存在的必要条件是必须满足下列条件：（1）在区域内的平衡微分方程 ???????=??+??=??+??00x y y x xy y yx x τστσ；（2）在区域内的相容方程 ()02222=+???? ????+??y x y x σσ；（3）在边界上的应力边界条件 ()()()()?????=+=+s f l m s f m l y s xy y x s yx x τστσ；（4）对于多连体的位移单值条件。（1）此组应力分量满足相容方程。为了满足平

期末考试试卷A答案—弹性力学

弹性力学期末考试第一份试卷和答案

2011----2012学年第二学期期末考试试卷（1 ）卷题号一二三四五六七八九十总分评分评卷教师一．名词解释（共10分，每小题5分） 1.弹性力学：研究弹性体由于受外力作用或温度改变等原因而发生的应力、应变和位移。 2. 圣维南原理：如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同，对于同一点的主矩也相同），那么近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受的影响可以不计。二．填空（共20分，每空1分） 1.边界条件表示在边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式，它可以分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 2.体力是作用于物体体积内的力，以单位体积力来度量，体力分量的量纲为L-2MT-2；面力是作用于物体表面上力，以单位表面面积上的力度量，面力的量纲为L-1MT-2；体力和面力符号的规定为以沿坐标轴正向为正，属外力；应力是作用于截面单位面积的力，属内力，应力的量纲为L-1MT-2，应力符号的规定为：正面正向、负面负向为正，反之为负。 3.小孔口应力集中现象中有两个特点：一是孔附近的应力高度集中，即孔附近的应力远大于远处的应力，或远大于无孔时的应力。二是应力集中的局部性，由于孔口存在而引起的应力扰动范围主要集中在距孔边1.5倍孔口尺寸的范围内。 4. 弹性力学中，正面是指外法向方向沿坐标轴正向的面，负面是指外法向方向沿坐标轴负向的面。 5. 利用有限单元法求解弹性力学问题时，简单来说包含结构离散化、单元分析、整体分析三个主要步骤。三．绘图题（共10分，每小题5分）分别绘出图3-1六面体上下左右四个面的正的应力分量和图3-2极坐标下扇面正的应力分量。图3-1

弹性理论习题及答案

第三章弹性理论姓名班级学号考试时间：20分钟一、单项选择题 1、点弹性和弧弹性之间（）关系 A、有 B、没有 C、不确定 2、冰棒的需求价格弹性（）药品的需求价格弹性 A、大于 B、小于 C、等于 D、大于或等于 3、供给弹性（）点弹性和弧弹性的区分 A、有 B、没有 C、不确定 4、垂直的需求曲线是（）弹性 A、完全有 B、富有 C、完全无 5、水平的供给曲线是（）弹性 A、完全有 B、富有 C、完全无 6、一种商品价格下降，另外一种商品需求上升，则两种商品之间是（）关系 A、互补品 B、替代品 C、正常品 D、劣品 7、在长期中，供给曲线更（）弹性 A、缺乏 B、富有 C、不确定 D、依商品而定 8、容易被替代的商品，其需求弹性（） A、大 B、小 C、不确定二、多项选择题 1、弹性一般分为（）弹性 A、供给 B、需求 C、价格 D、收入 2、利用价格需求弹性可以区分出（） A、生活必须品 B、奢侈品 C、经济商品 D、免费物品三、简答题 1、影响商品需求价格弹性的因素？ 2、需求价格弹性的五种情况？

答案一．单项选择题 1.A 2. A 3.A 4.C 5.A 6.A 7.B 8.A 二．多项选择题 1.ABCD 2.AB 三．简答题 1. 影响商品需求价格弹性的因素？ (1). 必需品与奢侈品一般地说，奢侈品需求对价格是有弹性的，而必需品则是缺乏弹性的。 (2). 相近替代品的可获得性一般来说，相近替代品越多的商品越富有弹性。替代品多，消费者从这种商品转向购买其他商品较为容易，对商品价格更敏感（如，香烟）。 (3). 商品所划定范畴的大小一般来说，如果某产品存在着很接近的替代品的数量愈多，其需求价格弹性愈大。(4). 时间的长短计算某种商品价格弹性系数所考虑的时间愈长，其系数会愈大。当某一商品价格上升时，消费者需要一段时间去寻找可以接受的替代品，因此，短期内对该商品的需求量变化不大，而长期内消费者更可能转向其他替代品，因此，该提价商品的需求量变化会更加明显些。 2. 需求价格弹性的五种情况？ (1). 当e=0时，需求对价格是完全无弹性的，即需求量与价格无关。则需求曲线为一条垂直于x轴的直线。如，垄断价格；婚丧用品，特效药等接近于完全无弹性。 (2). 当e=1时，需求对价格为单位弹性，即价格变化的百分比与需求量变化的百分比相等。 (3). 当e=∞时，需求对价格是完全有弹性，即需求曲线为一条垂直于P轴的直线。如，银行以某一固定的价格收购黄金；实行保护价的农产品。 (4). 当e>1时，需求对价格富有弹性，即需求变化的幅度大于价格变化的幅度。如，奢侈品。 (5). 当e<1时，需求队价格缺乏弹性，即需求变化的幅度小于价格变化的幅度。如，生活必需品。

弹性力学期末测试模拟试题

《弹性力学》期末考试学号：姓名一选择题(每题3分,共36分) 1. 所谓“应力状态”是指。 A. 斜截面应力矢量与横截面应力矢量不同； B. 不同截面的应力不同，因此应力矢量是不可确定的。 C. 3个主应力作用平面相互垂直； D.一点不同截面的应力随着截面方位变化而改变； 2. 应力不变量说明。 A. 主应力的方向不变； B. 一点的应力分量不变； C.应力随着截面方位改变，但是应力状态不变； D. 应力状态特征方程的根是不确定的； 3 在轴对称问题中，σr 是，τr θ是。 A.恒为零；B.与r 无关； C.与θ无关； D.恒为常数。 4. 半平面体在边界上受集中力下的解答是。 A. 精确解； B.圣维南意义下的解； C.近似解； D.数值解。 5. 在与三个应力主轴成相同角度的斜面上，正应力σN ＝。 A. σ1+σ2+σ3； B. (σx +σy +σz )/3； C. （σ1+σ2+σ3）/2； D. （σ1+σ2+σ3）/9。 6．等截面直杆扭转中，矩形截面上最大剪应力发生在。 A ．矩形截面长边上；B. 矩形截面短边上； C. 矩形截面中心； D. 矩形截面角点。矩形薄板自由边上独立的边界条件个数，正确的是个。； B. 3； C. 1； D. 4。薄板弯曲问题的物理方程有个。； B. 6； C. 2； D. 4。 σx ，σy ，τxy 个沿厚度分布是。 B.三角分布； C.梯形分布； D.双曲线分布。。轴对称应力必然是轴对称位移；B. 轴对称位移必然是轴对称应力； C. 只要轴对称结构，救会导致轴对称应力； D. 对于轴对称位移，最多只有两个边界条件。 11. 下列关于弹性力学基本方程描述正确的是 D ．变形协调方程是确定弹性体位移单值连续的唯一条件；。 A. 几何方程适用小变形条件； B. 物理方程与材料性质无关； C. 平衡微分方程是确定弹性体平衡的唯一条件； 12．矩形薄板受纯剪作用，剪力强度为q 。设距板边缘较远处有一半径为a 的小圆孔，试求孔边的最大应力和最小应力为 A. 1q, B. 2q, C. 3q, D. 4q. D A CA B B A D A 应力轴对称是说对称轴两端的应力对应点相等，位移轴对称是说对称轴两边对应点位移相等。如是应变位移则各点应力也对称，如是刚体位移和应力无关。

弹性力学与有限元分析试题及其答案

一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。 2、在弹性力学中规定，线应变以伸长时为正，缩短时为负，与正应力的正负号规定相适应。 3、在弹性力学中规定，切应变以直角变小时为正，变大时为负，与切应力的正负号规定相适应。 4、物体受外力以后，其内部将发生内力，它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的，是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量，也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ， 50=y σMPa ，5010=xy τ MPa ，则主应力=1σ150MPa ，=2σ0MPa ， =1α6135' 。 8、已知一点处的应力分量， 200=x σMPa ， 0=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ512 MPa ，=2σ-312 MPa ， =1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量， 2000-=x σMPa ，1000=y σMPa ， 400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ1052 MPa ，=2σ-2052 MPa ，=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题，要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，分别建立三套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构，然后再用结构力学位移法进行求解。其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分：一部分是由本单元的形变引起的，另一部分是由于其他单元发生了形变而连带引起的。 16、每个单元的应变一般总是包含着两部分：一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的，是各点不相同的，即所谓变量应变；另一部分是与位置坐标无关的，是各点相同的，即所谓常量应变。 17、为了能从有限单元法得出正确的解答，位移模式必须能反映单元的刚体位移和常量应变，还应当尽可能反映相邻单元的位移连续性。 18、为了使得单元内部的位移保持连续，必须把位移模式取为坐标的单值连续函数，为了使得相邻单元的位移保持连续，就不仅要使它们在公共结点处具有相同的位移时，也能在整个公共边界上具有相同的位移。 19、在有限单元法中，单元的形函数N i 在i 结点N i =1；在其他结点N i =0及∑N i =1。 20、为了提高有限单元法分析的精度，一般可以采用两种方法：一是将单元的尺寸减小，以便较好地反映位移和应力变化情况；二是采用包含更高次项的位移模式，使位移和应力的精度提高。二、判断题（请在正确命题后的括号内打“√”，在错误命题后的括号内打“×”）

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