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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。
材料力学第四版课后习题答案1. 引言。
材料力学是材料科学与工程中的重要基础课程，通过学习材料力学，可以帮助我们更好地理解材料的性能和行为。
本文档将针对材料力学第四版的课后习题进行答案解析，帮助学习者更好地掌握课程内容。
2. 第一章。
2.1 课后习题1。
答，根据受力分析，可以得到杆件的受力情况。
然后利用杆件的受力平衡条件，可以得到杆件的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
2.2 课后习题2。
答，利用受力分析，可以得到杆件的受力情况。
然后利用杆件的受力平衡条件，可以得到杆件的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
3. 第二章。
3.1 课后习题1。
答，利用受力分析，可以得到梁的受力情况。
然后利用梁的受力平衡条件，可以得到梁的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
3.2 课后习题2。
答，利用受力分析，可以得到梁的受力情况。
然后利用梁的受力平衡条件，可以得到梁的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
4. 第三章。
4.1 课后习题1。
答，利用受力分析，可以得到薄壁压力容器的受力情况。
然后利用薄壁压力容器的受力平衡条件，可以得到薄壁压力容器的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
4.2 课后习题2。
答，利用受力分析，可以得到薄壁压力容器的受力情况。
然后利用薄壁压力容器的受力平衡条件，可以得到薄壁压力容器的应力状态。
最后，根据应力状态计算应变和变形。
5. 结论。
通过对材料力学第四版课后习题的答案解析，我们可以更好地掌握材料力学的基本原理和方法。
希望本文档能够对学习者有所帮助，促进大家对材料力学的深入理解和应用。
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 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，便形成一个高度为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。
是解理台阶的一种标志。
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.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
材料力学思考题材料力学是研究材料内部应力、应变和变形规律的一门学科，它在工程实践中具有非常重要的意义。
通过对材料力学的学习和思考，我们可以更好地理解材料的性能和行为，为工程设计和材料选择提供理论支持。
下面，我们将针对材料力学进行一些思考题的探讨，希望能够帮助大家更好地理解和应用这一学科。
1. 为什么材料的弹性模量是一个重要的材料参数？弹性模量是材料的一项重要参数，它反映了材料在受力时的变形能力。
弹性模量越大，表示材料的刚度越高，其变形能力越小，反之则变形能力越大。
在工程实践中，我们需要根据材料的弹性模量来选择合适的材料，以满足工程设计的要求。
此外，弹性模量还可以用来计算材料的应力和应变，对于材料的力学性能评价和预测也具有重要意义。
2. 什么是材料的屈服强度？它与材料的强度有何区别？材料的屈服强度是指材料在受力过程中发生塑性变形的临界点，即材料开始产生塑性变形的应力值。
而材料的强度则是指材料在受力下的最大承载能力，即材料抵抗破坏的能力。
屈服强度和强度的区别在于，屈服强度是材料开始产生塑性变形的应力值，而强度是材料的最大承载能力。
在工程设计中，我们需要考虑材料的屈服强度和强度，以确保材料在使用过程中不会发生塑性变形和破坏。
3. 为什么在材料的疲劳断裂中会出现裂纹扩展现象？在材料的疲劳断裂过程中，由于受到交变应力的作用，材料内部会产生应力集中现象，导致裂纹的萌生和扩展。
随着应力的作用，裂纹会逐渐扩展，最终导致材料的疲劳断裂。
裂纹扩展现象是由于材料内部的微观缺陷和应力集中引起的，这也是疲劳断裂的一个重要特征。
因此，在工程实践中，我们需要对材料的疲劳性能进行评价和预测，以确保材料在使用过程中不会发生疲劳断裂。
4. 为什么在材料的断裂过程中会出现脆性断裂和韧性断裂两种不同的断裂模式？材料的断裂过程中会出现脆性断裂和韧性断裂两种不同的断裂模式，这是由于材料的结构和性能不同所导致的。
脆性断裂是指材料在受到外部冲击或应力作用下，突然失效并产生裂纹扩展的一种断裂模式。
第一章 单向静拉伸力学性能一、 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，便形成一个高度为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。
是解理台阶的一种标志。
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.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
材料力学（土）笔记第一章绪论及基本概念1．材料力学的任务1.1 对构件正常工作的要求①强度：在荷载作用下，构件应不至于破坏（断裂或失效）②刚度：在荷载作用下，构件产生的变形应不超过工程上允许的范围③稳定性：承受荷载的作用时，构件在其原有形态下的平衡应保持为稳定的平衡1.2 材料的力学性能材料的力学性能：在外力作用下材料变形与所受外力之间的关系，抵抗变形与破坏的能力2.材料力学发展概述3.可变形固体的性质及其基本假设可变形固体：固体在荷载作用下，物体尺寸和形状改变3.1 料的物质结构金属具有晶体结构，晶体是由排列成一定规则的原子所构成塑料有场链分子组成玻璃、陶瓷是由按某种规律排列的硅原子和氧原子所组成3.2 想化材料三个基本假设材料力学性能所反映的是无数个随机排列的基本组成部分力学性能的统计平均值对可变形固体制成的构件计算时，略去一些次要因素，抽象化为理想化的材料①连续性假设：认为物体在整个体积内连续地充满了物质而毫无空隙根据这一假设，可以在受力构件内任意一点处截取一体积单元进行研究几何相容条件：变形后的固体既不引起“空隙”，也不产生“挤入”现象②均匀性假设：物体内任意一点取出的体积单元，其力学性能都能代表整个物体的力学性能体积单元的尺寸随材料的组织结构不同而有所不同体积单元最小尺寸必须保证再起体积中包含足够多数量的基本组成部分以使其力学性能的统计平均值能保持一个恒定的量③各向同性假设：认为材料沿各个方向的力学性能是相同的木材和纤维增强层复合材料等，力学性能有着明显的方向性，按各向异性计算3.3 料的变形材料力学中，有些构件其变形与构件原始尺寸相比通常甚小，可略去不计与此相反，有些构件在受力变形后，必须按照其变形后的形状来计算弹性变形：在卸除荷载后能完全消失的那一部分变形塑性变形：再卸除载荷后不能完全消失的那一部分变形4．材料力学主要研究对象（杆件）的几何特征4.1 件的几何特征材料力学研究的主要构件从几何上多抽象为杆，大多数为直杆直杆：纵向（长度方向）尺寸远大于横向（垂直于长度方向）尺寸的构件横截面：沿垂直于直杆长度方向的截面轴线：所有横截面形心的连线变截面杆：横截面沿轴线变化的杆5.杆件变形的基本形式5.1 轴向拉伸或轴向压缩一对作用线与直杆轴线重合的外力F作用下直杆的主要变形是长度的改变简单桁架在荷载作用下，桁架中的杆件就发生轴向拉伸或轴向压缩5.2 剪切一对相距很近的大小相同，指向相反的横向外力F的作用下直杆的主要变形是横截面沿外力作用方向发生相对错动一般在剪切变形的同时，杆件还存在其他形式的变形5.3 扭转一对转向相反、作用面垂直于直杆轴线的外力偶（其矩为Me）作用下直杆的相邻横截面将绕轴线发生相对转动，杆件表面纵向线将变成螺旋线，轴线仍维持直线5.4 弯曲一对转向相反、作用面在杆件的纵向平面内的外力偶（其矩为Me）作用下，直杆的相邻横截面将绕垂直于杆轴线的轴发生相对转动变形后杆件轴线将弯成曲线这种变形形式称为纯弯曲梁在横向力作用下的变形将是弯曲和剪切的组合，通常称为横力弯曲。
材料力学课后习题答案1. 弹性力学。
1.1 问题描述，一根钢丝的弹性模量为200GPa，其截面积为0.01m²。
现在对这根钢丝施加一个拉力，使其产生弹性变形。
如果拉力为2000N，求钢丝的弹性变形量。
解答：根据胡克定律，弹性变形量与拉力成正比，与材料的弹性模量和截面积成反比。
弹性变形量可以用以下公式计算：$$。
\delta = \frac{F}{AE}。
$$。
其中，$\delta$表示弹性变形量，F表示拉力，A表示截面积，E表示弹性模量。
代入已知数据，可得：$$。
\delta = \frac{2000N}{0.01m² \times 200GPa} = 0.001m。
$$。
所以，钢丝的弹性变形量为0.001m。
1.2 问题描述，一根长为1m，截面积为$10mm^2$的钢棒，两端受到拉力为1000N的作用。
求钢棒的伸长量。
解答：根据胡克定律，钢棒的伸长量可以用以下公式计算：$$。
\delta = \frac{F \cdot L}{AE}。
$$。
其中，$\delta$表示伸长量，F表示拉力，L表示长度，A表示截面积，E表示弹性模量。
代入已知数据，可得：$$。
\delta = \frac{1000N \times 1m}{10mm² \times 200GPa} = 0.005m。
$$。
所以，钢棒的伸长量为0.005m。
2. 塑性力学。
2.1 问题描述，一块金属材料的屈服强度为300MPa，现在对其施加一个拉力，使其产生塑性变形。
如果拉力为500MPa，求金属材料的塑性变形量。
解答：塑性变形量与拉力成正比，与材料的屈服强度无关。
塑性变形量可以用以下公式计算：$$。
\delta = \frac{F}{A}。
$$。
其中，$\delta$表示塑性变形量，F表示拉力，A表示截面积。
代入已知数据，可得：$$。
\delta = \frac{500MPa}{300MPa} = 1.67。
第一章绪论
第一节材料力学的任务与研究对象
一、材料力学的任务
1.研究构件的强度、刚度和稳定度
载荷：物体所受的主动外力
约束力：物体所受的被动外力
强度：指构件抵抗破坏的能力
刚度：指构件抵抗变形的能力
稳定性：指构件保持其原有平衡状态的能力
2.研究材料的力学性能
二、材料力学的研究对象
根据几何形状以及各个方向上尺寸的差异，弹性体大致可以分为杆、板、壳、体四大类。
1.杆：一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸的弹性体。
轴线：杆的各截面形心的连线称为杆的轴线；轴线为直线的杆称为直杆；轴线为曲线的杆称为曲杆。
按各截面面积相等与否，杆又分为等截面杆和变截面杆。
2.板：一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，且各处曲率均为零，这种弹性体称为板
3.壳：一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，且至少有一个方向的曲率不为零，这种弹性体称为板
4.体：三个方向上具有相同量级的尺寸，这种弹性体称为体。
第二节变形固体的基本假设
一、变形固体的变形
1.变形固体：材料力学研究的构件在外力作用下会产生变形，制造构件的材料称为变形固体。
（所谓变形,是指在外力作用下构建几何形状和尺寸的改变。
）
2.变形
弹性变形：作用在变形固体上的外力去掉后可以消失的变形。
塑性变形：作用在变形固体上的外力去掉后不可以消失的变形。
又称残余变形。
二、基本假设
材料力学在研究变形固体时，为了建立简化模型，忽略了对研究主体影响不大的次要原因，保留了主体的基本性质，对变形固体做出几个假设：
连续均匀性假设
认为物体在其整个体积内毫无间隙地充满物质，各点处的力学性质是完全相同的。
各向同性假设
任何物体沿各个方向的力学性质是相同的
小变形假设
认为研究的构件几何形状和尺寸的该变量与原始尺寸相比是非常小的。
第三节 构件的外力与杆件变形的基本形式
一、构件的外力及其分类
1.按照外力在构件表面的分布情况:
度，可将其简化为一点
分布范围远小于杆的长集中力：一范围的力
连续分布在构件表面某分布力： 二、杆件变形的基本形式
杆件在各种不同的外力作用方式下将发生各种各样的变形，但基本变形有四种：轴向拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲。
第四节 材料力学的内力及截面法
一、材料力学的内力
附加内力：当构件受到外力作用时，构件要发生变形。
同时，构件内部原有的分子结合内力要发生变化，即产生了内里变化量，称为附加内力。
简称内力（是指构件在外力作用下所引起的内力变化量）
二、求内力的截面法
1.截面法：假想地用截面把构件切成两部分，这样内力就转化为外力而显现出来，并用静力平衡条件来求构件某一截面处内力的方法称为截面法。
2.一般步骤：
(1)假想截开：将需要求内力的截面处，假想用一平面将杆件截开成两部分。
(2)保留代换：将两部分中的任一部分假想“留下”，而将另一部分假想“移去”，并以作用在界面上的内力代替“移去部分”对“留下部分”的作用。
(3)平衡求解：对“留下部分”写出静力平衡方程，即可确定作用在截面上的内力大小和方向。
第五节 应力
一、应力的概念
1.应力：截面上内力的分布集度称为应力。
2.平均内力集度：A
F p m ∆∆= ,A F p A ∆∆=→∆0lim p 代表截面上K 点处的真实内力集度，称为K 点的总应力。
二、正应力和切应力
应力是矢量，一般情况下它既不垂直于截面，也不相切于截面。
为方便研究，将它分为与截面垂直的分量σ和与截面相切的分量г。
正应力：与截面垂直的分量σ。
ασsin p =
切应力：与截面相切的分量τ。
ατcos p =
第六节 应变
前后角应变：线应变：∠-∠=∆=
γεs s
m 线应变与切应变的量纲为1，切应变的单位为rad
1.何为变形？弹性变形与塑性变形有何区别？
变形：在外做作用下，构件产生形状和大小的变化。
区别：去掉施加的力后变形是否可以回复。
弹性变形：作用在变形固体上的外力去掉后可以消失的变形。
塑性变形：作用在变形固体上的外力去掉后不可以消失的变形。
又称残余变形
2.材料力学的强度、刚度、稳定性是如何定义的？强度与刚度有何区别？强度、刚度、稳定性在工程实际中有何意义？
强度：构件抵抗破坏的能力。
刚度：构件抵抗变形的能力。
稳定性：在外力作用条件下，构建保持原有平衡状态的能力。
强度与刚度的区别：强度是抵抗破坏的能力，刚度是抵抗变形的能力。
意义：保证机械或工程结构能够安全的、正常的工作需要构件能够承担相应的外力。
3.杆件的轴线与横截面之间有何关系？
轴线是杆件各截面的型心的连线
4.材料力学的基本假设是什么？均匀性假设与各向同性假设有何区别？能否说明均匀性材料一定是各向同性材料？
基本假设：
①连续均匀性假设：认为物体在其整个体积内毫无间隙地充满物质，各点处的力学性质是完全相同的。
②小变形假设：认为研究的构件几何形状和尺寸的该变量与原始尺寸相比是非常小的。
③各向同（异）性假设：任何物体沿各个方向的力学性质是相同的
区别：材料各向同性是指：在某一点的各个方向上材料性能是相同的，如弹性模量，泊松比，强度，导电性，传热性等等；假定材料是各向同性的则可以研究其单向力学性能特性及变形响应，进而将其应用于复杂应力状态下各个方向。
材料的均匀性是指：在组成材料的空间内各个不同的点处的材料性质是相同的，如密度等；假定材料是均匀的则可以在研究问题时，取出物体的任意一个小部分讨论，然后将分析结果应用于整个物体。
不能。
5.杆件有几种基本变形形式？
四种：轴向拉伸或压缩、扭转、弯曲、剪切。
6.构件在外力作用条件下做等速直线运动，能否说“该构件处于动载荷作用下”？
可以。
7.何为内力？何为截面法？截面法的一般步骤？
内力：变形中产生的内力变化量。
截面法：假想地用截面把构件切成两部分，这样内力就转化为外力而显现出来，并用静力平衡条件来求构件某一截面处内力的方法称为截面法。
一般步骤：①假想截开②保留代换③平衡求解
8.何为应力？何谓正应力和切应力？应力的量纲和单位？ 应力：截面上内力的分部集度。
正应力：与横截面垂直的分量。
切应力：与横截面相切的分量。
应力的量纲和单位： GPa MPa Pa m N 2/
Pa GPa Pa MPa 96101101==
9.内力与应力有何区别？能否说“内力是应力的合力”？ 内力：变形中的内力变化量。
应力：截面上内力的分部集度。
可以。
10.何谓正应力与切应变？它们的量纲是什么？切应变的单位是什么？ 正应变：与横截面垂直的分量。
切应变：与横截面相切的分量。
量纲：无量纲，为1。
切应变的单位：rad。
