材料力学第五版第七节应力状态答案

2010 —2011材料力学试题及答案A一、单选题（每小题2分，共10小题，20分）1、工程构件要正常安全的工作，必须满足一定的条件。

下列除（）项，其他各项是必须满足的条件。

A、强度条件B、刚度条件C、稳定性条件D、硬度条件2、内力和应力的关系是（）A、内力大于应力B、内力等于应力的代数和C、内力是矢量，应力是标量D、应力是分布内力的集度3、根据圆轴扭转时的平面假设，可以认为圆轴扭转时横截面（）。

A、形状尺寸不变，直径线仍为直线。

B、形状尺寸改变，直径线仍为直线。

C、形状尺寸不变，直径线不保持直线。

D、形状尺寸改变，直径线不保持直线。

4、建立平面弯曲正应力公式My i：,需要考虑的关系有（）。

A、平衡关系，物理关系，变形几何关系；B、变形几何关系，物理关系，静力关系；C、变形几何关系，平衡关系，静力关系；D、平衡关系，物理关系，静力关系；5、利用积分法求梁的变形，不需要用到下面那类条件（）来确定积分常数。

A、平衡条件。

B、边界条件。

C、连续性条件。

D、光滑性条件。

6、图示交变应力的循环特征r、平均应力m、应力幅度a分别为（）。

A -10、20、10 ；B 30、10、20；1 1- -----------------------------C 3、20、10；D 3、10、20。

7、一点的应力状态如下图所示，则其主应力1、2、3分别为（）。

A 30MPa、100 MPa、50 MPaB 50 MPa、30MPa、-50MPaC 50 MPa、0、-50Mpa、D -50 MPa、30MPa、50MPa8、对于突加载的情形，系统的动荷系数为（）。

A、2B、3C、4D、59、压杆临界力的大小，（）。

A 与压杆所承受的轴向压力大小有关；B与压杆的柔度大小有关；C与压杆材料无关；D与压杆的柔度大小无关。

10、利用图乘法计算弹性梁或者刚架的位移，要求结构满足三个条件。

以下那个条件不是必须的（）A、EI为常量B、结构轴线必须为直线。

[习题2-2]一打入基地内的木桩如图所示，杆轴单位长度的摩擦力f=kx**2，试做木桩的后力图。

解：由题意可得：33233110,,3/()3/(/)ll N fdx Fkl F k F l F x Fx l dx F x l =====⎰⎰1有3[习题2-3] 石砌桥墩的墩身高m l 10=，其横截面面尺寸如图所示。

荷载kN F 1000=，材料的密度3/35.2m kg =ρ，试求墩身底部横截面上的压应力。

解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( )(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。

MPa kPa mkNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ [习题2-7] 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。

2-7图解：取长度为dx 截离体（微元体）。

则微元体的伸长量为：)()(x EA Fdx l d =∆ ，⎰⎰==∆l l x A dxE F dx x EA F l 00)()(l xr r r r =--121，22112112d x l d d r x l r r r +-=+⋅-=，2211222)(u d x l d d x A ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+- du d d l dx 122-=，)()(22)(221212udud d l du u d d lx A dx -⋅-=⋅-=ππ因此，)()(2)()(202100u dud d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l⎰⎰⎰--===∆πl ldxlddddEFluddEFl1122121221)(21)(2⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ππ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+--=21221)(2111221ddllddddEFlπ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=122122)(2ddddEFlπ214dEdFlπ=[习题2-10] 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。

应力、应变状态分析典型习题解析1 已知矩形截面梁，某截面上的剪力F S =120 kN 及弯矩m kN 10⋅=M 。

绘出表示1、2、3及4点应力状态的微体，并求出各点的主应力。

b = 60 mm ，h = 100 mm 。

解题分析：从图中可分析1、4点是单向应力状态，2点在中性轴上为纯剪切应力状态，31取平行和垂直与梁横截面的六个平面，构成微体。

则各点处的应力状态如图示。

2、梁截面惯性矩为点微体上既有正应力又有切应力。

解：、画各点处微体的应力状态图计算各点处主应力4843333m 1050012m 10100(106012−−−×=×××==）bh I z 1点处弯曲正应力（压应力）MPa 100Pa 10100m10500m 1050m N 101064833−=×=×××⋅×==−−z I My σ1点为单向压缩受力状态，所以021==σσ，MPa 1003−=σ2点为纯剪切应力状态，MPa 30Pa 1030m10100602N1012036263=×=×××××=−τ（向下）容易得到，MPa 301=σ，02=σ，MPa303−=σ3点为一般平面应力状态弯曲正应力MPa50Pa 1050m 10500m 1025m N 101064833=×=×××⋅×==−−z I My σ弯曲切应力σ14τ2F S =120 kN题图1中性轴324hστ25 mm 31b M =10 kN·mσ3150 mm 1MPa 5.22Pa 1050.22m10500m 1060m 105.372560N 101206483393*S =×=××××××××==−−−zz bI S F τMPa6.8MPa6.58Pa)10522()2Pa 1050(2Pa 1050)2(22626622minmax −=×+×±×=+−±+=x y x yx τσσσσσσ所以 MPa 6.581=σ，02=σ，MPa 6.83−=σ4点为单向拉伸应力状态，拉伸正应力的大小与1点相等。

材料力学第五版答案引言材料力学是研究材料在外力作用下力学性能变化规律的学科，通过对材料的形变、应力、应变等力学参数的研究，能够揭示材料的力学特性。

本文将对《材料力学第五版》中的习题答案进行整理和总结，以供学习和参考。

第一章弹性力学基本理论1.1 弹性力学的基本概念习题答案：弹性力学是一门研究材料在外力作用下发生弹性变形时，形变与应力之间的关系及各种外力引起材料体内产生的应变和应力分布规律的学科。

其基本概念包括：•弹性变形：材料在外力作用下发生的可恢复的形变。

•弹性体：能够经历弹性变形的材料。

•应变：材料的形变量，以单位长度的变化表示，分为正应变和剪应变。

•应力：材料的内外力分布情况，以单位面积的力表示，分为正应力和剪应力。

•弹性模量：衡量材料抵抗变形能力的指标，常用符号为E。

•泊松比：衡量材料横向膨胀与纵向收缩的比值，常用符号为ν。

1.2 弹性体的应力应变关系习题答案：弹性体的应力应变关系可以通过《材料力学第五版》中的应变能密度公式和胡克定律来描述。

具体公式如下：•应变能密度公式：$$\\sigma = \\dfrac{1}{2}E\\epsilon^2$$•胡克定律：$$\\sigma = E\\epsilon$$其中，$\\sigma$ 表示应力，E表示弹性模量，$\\epsilon$ 表示应变。

这两个公式可以互相推导，给出了应力和应变之间的关系。

1.3 杨氏模量和泊松比习题答案：杨氏模量和泊松比是描述材料力学性质的重要参数。

•杨氏模量（Young’s modulus）：表示单位面积下材料沿着垂直方向的形变和应力之间的关系，常用符号为E。

•泊松比（Poisson’s ratio）：表示材料横向膨胀和纵向收缩之间的比例关系，常用符号为E。

杨氏模量和泊松比的计算公式如下：•杨氏模量：$$E = \\dfrac{\\sigma}{\\epsilon}$$•泊松比：$$\ u = -\\dfrac{\\epsilon_\\perp}{\\epsilon_\\parallel}$$1.4 平面应力和平面应变习题答案：平面应力和平面应变是指材料中只发生在某一平面上的应力和应变。

材料力学第五版课后习题答案1. 弹性力学基本概念。

1.1 什么是应力？什么是应变？应力是单位面积上的内力，是描述物体内部受力情况的物理量；而应变则是物体单位长度的形变量，描述了物体在受力作用下的形变情况。

1.2 什么是胡克定律？胡克定律是描述弹性体在弹性变形范围内应力与应变成正比的关系，即应力与应变成线性关系。

1.3 什么是弹性模量？弹性模量是描述物体在受力作用下的变形程度的物理量，通常用E表示，单位是帕斯卡（Pa）。

2. 线弹性力学。

2.1 什么是轴向力？什么是轴向变形？轴向力是指作用在物体轴向的力，轴向变形是指物体在受到轴向力作用下的形变情况。

2.2 什么是泊松比？泊松比是描述物体在轴向受力作用下，横向变形与轴向变形之间的比值，通常用ν表示。

2.3 什么是弯曲应力？什么是弯曲变形？弯曲应力是指物体在受到弯矩作用下的内部应力情况，弯曲变形是指物体在受到弯矩作用下的形变情况。

3. 弹性力学的能量法。

3.1 什么是弹性势能？弹性势能是指物体在受力变形后，能够恢复原状时所具有的能量，通常用U表示。

3.2 什么是弹性线性势能？弹性线性势能是指物体在弹性变形范围内，弹性势能与形变量成线性关系的势能。

3.3 什么是弹性势能密度？弹性势能密度是指单位体积或单位质量物体所具有的弹性势能，通常用u表示。

4. 弹塑性力学。

4.1 什么是屈服点？屈服点是指物体在受力作用下，开始出现塑性变形的临界点。

4.2 什么是屈服应力？屈服应力是指物体在受力作用下开始发生塑性变形时所具有的应力大小。

4.3 什么是塑性势能？塑性势能是指物体在受到超过屈服应力的作用下，发生塑性变形所具有的能量。

5. 薄壁压力容器。

5.1 什么是薄壁压力容器？薄壁压力容器是指壁厚相对于容器直径而言很小的压力容器。

5.2 薄壁压力容器的内、外压力对容器的影响有哪些？内压力会使容器产生膨胀变形，而外压力会使容器产生收缩变形。

5.3 薄壁压力容器的应力分布情况是怎样的？薄壁压力容器内外表面的应力分布情况是不均匀的，通常集中在壁厚的两侧。

实用文档二、轴向拉伸和压缩2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。

（a ）解：； ； （b ）解： ；；（c ）解：； 。

(d) 解：。

2-2 试求图示等直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。

若横截面面积，试求各横截面上的应力。

解：实用文档实用文档返回2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。

若横截面面积，，，并求各横截面上的应力。

解：返回2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。

屋架的上弦用钢筋混凝土制成。

下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm实用文档×8mm的等边角钢。

已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。

试求拉杆AE和EG横截面上的应力。

解：=1）求内力实用文档取I-I分离体得（拉）取节点E为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)实用文档（拉）实用文档返回2-5(2-6) 图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。

如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。

解：实用文档实用文档返回2-6(2-8) 一木桩柱受力如图所示。

柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。

如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。

实用文档解：（压）（压）实用文档返回2-7(2-9) 一根直径、长的圆截面杆，承受轴向拉力，其伸长为。

试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E。

解：2-8(2-11) 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。

已知该杆材料的弹性常数为E，，试求C与D 两点间的距离改变量。

解：实用文档横截面上的线应变相同因此实用文档返回2-9(2-12) 图示结构中，AB 为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量E=210GPa，已知，，，。

材料力学第五版答案材料力学是研究物质内部相互作用及外部受力情况下的变形和破坏规律的学科。

在材料科学与工程领域中，材料力学是一个基础而又重要的学科，它对于材料的设计、制备和应用具有重要的指导作用。

本文将对材料力学第五版中的一些问题进行解答，帮助读者更好地理解和掌握材料力学的相关知识。

1. 什么是杨氏模量？如何计算材料的杨氏模量？杨氏模量是衡量材料抵抗拉伸变形能力的物理量，通常用符号E表示。

杨氏模量的计算公式为E=σ/ε，其中σ表示应力，ε表示应变。

在材料力学中，杨氏模量是一个重要的材料参数，它可以反映材料的刚度和弹性特性。

杨氏模量的计算需要通过实验测定材料在拉伸过程中的应力-应变曲线，然后利用公式进行计算。

2. 什么是屈服强度？如何确定材料的屈服强度？屈服强度是材料在受力作用下发生塑性变形的临界点，通常用符号σy表示。

确定材料的屈服强度需要进行拉伸试验，通过实验测定材料在拉伸过程中的应力-应变曲线，找到曲线上的屈服点，该点对应的应力即为材料的屈服强度。

屈服强度是衡量材料抗拉伸变形能力的重要参数，对于材料的设计和选择具有重要意义。

3. 什么是断裂韧性？如何评价材料的断裂韧性？断裂韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用符号KIC表示。

评价材料的断裂韧性需要进行冲击试验或者断裂韧性试验，通过实验测定材料在断裂过程中的能量吸收能力，然后利用相应的公式计算断裂韧性参数。

断裂韧性是衡量材料抗断裂能力的重要指标，对于材料的安全可靠性具有重要意义。

4. 什么是疲劳强度？如何评估材料的疲劳性能？疲劳强度是材料在循环载荷作用下发生疲劳破坏的能力，通常用符号σ-1表示。

评估材料的疲劳性能需要进行疲劳试验，通过实验测定材料在循环载荷作用下的疲劳寿命曲线，然后利用相应的方法进行疲劳性能参数的评估。

疲劳强度是衡量材料抗疲劳破坏能力的重要参数，对于材料的可靠性设计具有重要意义。

5. 什么是蠕变？如何评价材料的蠕变性能？蠕变是材料在高温下受持续载荷作用下发生的塑性变形现象，通常用符号ε表示。

第七章 应力状态和强度理论7-1 围绕受力构件内某点处取出的微棱柱体的平面图如图所示，已知该点处于平面应力状态，AC 面上的正应力σ＝－14MPa ，切应力为零，试从平衡方程确定σx 和τx 值。

答：σx ＝37.9MPa ,τx ＝74.2MPa 解：利用公式求解x x x x x cos 2sin 222sin 2cos 22yyyαασσσσσατασστατα+-=+--=+代入数据得x x x x x 9292140.3430.94229200.940.3432σστστ+--=+⨯-⨯-=⨯+⨯σx ＝37.9MPa ,τx ＝74.2MPa7-2 试绘出图示水坝内A 、B 、C 三小块各截面上的应力（只考虑平面内受力情况）。

A: B: C:7-3 已知平面应力状态如图所示，已知σx ＝100MPa ，σy =40MPa,以及该点处的最大主应力σ1＝120MPa ，试用应力圆求该点处的τx 及另外两个主应力σ2，σ3和最大剪应力τmax。

答：MPa,60,0MPa,20max 32===τσσx τ＝40 MPa 解：由应力圆分析可得A BC题 7 - 2 图题 7 - 1 图111(100,),(40,),(,0)x x c D D C ττσ'-x 121004070MPa221207050MPa 705020MPayc c c r r σσσσσσσ++====-=-=∴=-=-=是平面应力状态3=0σ∴222x x 13max (100)40MPa120060MPa 22c r σττσστ∴=-+⇒=--===7-4 已知平面应力状态一点处互相垂直平面上作用有拉应力90MPa 和压应力50MPa ，这些面上还有剪应力，如果最大主应力为拉应力100MPa ，试求：(1) 上述面上的切应力； (2) 此平面上另一主应力； (3) 最大切应力平面上的正应力； (4) 最大切应力。

材料力学第五版第七节应力状态答案第七章应力状态与强度理论一、教学目标和教学内容1．教学目标通过本章学习，掌握应力状态的概念及其研究方法；会从具有受力杆件中截取单元体并标明单元体上的应力情况；会计算平面应力状态下斜截面上的应力；掌握平面应力状态和特殊空间应力状态下的主应力、主方向的计算，并会排列主应力的顺序；掌握广义胡克定律；了解复杂应力状态比能的概念；了解主应力迹线的概念。

掌握强度理论的概念。

了解材料的两种破坏形式（按破坏现象区分）。

了解常用的四个强度理论的观点、破坏条件、强度条件。

掌握常用的四个强度理论的相当应力。

了解莫尔强度理论的基本观点。

会用强度理论对一些简单的杆件结构进行强度计算。

2．教学内容应力状态的概念；平面应力状态分析；三向应力状态下的最大应力；广义胡克定律体应变；复杂应力状态的比能；⑥梁的主应力主应力迹线的概念。

讲解强度理论的概念及材料的两种破坏形式。

讲解常用的四个强度理论的基本观点，并推导其破坏条件从而建立强度计算方法。

介绍几种强度理论的应用范围和各自的优缺点。

简单介绍莫尔强度理论。

二、重点难点重点1、平面应力状态下斜截面上的应力计算，主应力及主方向的计算，最大剪应力的计算。

2、广义胡克定律及其应用。

难点1、应力状态的概念，从具体受力杆件中截面单元体并标明单元体上的应力情况。

2、斜截面上的应力计算公式中关于正负符号的约定。

3、应力主平面、主应力的概念，主应力的大小、方向的确定。

4、广义胡克定律及其应用。

5 强度理论的概念、常用的四个强度理论的观点、强度条件及其强度计算。

6 常用四个强度理论的理解。

7 危险点的确定及其强度计算。

三、教学方式采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。

四、建议学时10学时五、讲课提纲1、应力状态的概念所谓“应力状态”又称为一点处的应力状态（state of stresses at a given point）,是指过一点不同方向面上应力的集合。

材料力学第五版课后习题答案Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】二、轴向拉伸和压缩2-1试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。

（a）解：；；（b）解：；；（c）解：；。

(d)解：。

2-2 试求图示等直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。

若横截面面积，试求各横截面上的应力。

解：2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。

若横截面面积，，，并求各横截面上的应力。

解：2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。

屋架的上弦用钢筋混凝土制成。

下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm×8mm的等边角钢。

已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。

试求拉杆AE和EG横截面上的应力。

解：=1）求内力取I-I分离体得（拉）取节点E为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5(2-6)图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。

如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。

解：2-6(2-8) 一木桩柱受力如图所示。

柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。

如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。

解：（压）（压）2-7(2-9)一根直径、长的圆截面杆，承受轴向拉力，其伸长为。

试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E。

解：2-8(2-11)受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。

已知该杆材料的弹性常数为E，，试求C与D两点间的距离改变量。

解：横截面上的线应变相同因此2-9(2-12) 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量E=210GPa，已知，，，。

第 七 章 应力状态 强度理论一、 判断题1、平面应力状态即二向应力状态，空间应力状态即三向应力状态。

(√)2、单元体中正应力为最大值的截面上，剪应力必定为零。

(√)3、单元体中剪应力为最大值的截面上，正应力必定为零。

(×) 原因：正应力一般不为零。

4、单向应力状态的应力圆和三向均匀拉伸或压缩应力状态的应力圆相同，且均为应力轴 上的一个点。

(×) 原因：单向应力状态的应力圆不为一个点，而是一个圆。

三向等拉或等压倒是为一个点。

5、纯剪应力状态的单元体，最大正应力和最大剪应力值相等，且作用在同一平面上。

(×) 原因：最大正应力和最大剪应力值相等，但不在同一平面上6、材料在静载作用下的失效形式主要有断裂和屈服两种。

(√)7、砖,石等脆性材料式样压缩时沿横截面断裂。

(×)8、塑性材料制成的杆件，其危险点必须用第三或第四强度理论所建立的强度条件来校核强度。

(×) 原因：塑性材料也会表现出脆性，比如三向受拉时，此时，就应用第一强度理论9、纯剪应力状态的单元体既在体积改变，又有形状改变。

(×) 原因：只形状改变，体积不变10、铸铁水管冬天结冰时会因冰膨胀被胀裂，而管内的冰不会被破坏，只是因为冰的强度比铸铁的强度高。

(×) 原因：铸铁的强度显然高于冰，其破坏原因是受到复杂应力状态 11．圆杆受扭时，杆内阁点处于纯剪切状态。

（√）12．受扭圆轴内最大拉应力的值和最大切应力的值相等。

(√)二、 选择题1、危险截面是（ C ）所在的截面。

A 最大面积B 最小面积C 最大应力D 最大内力2、关于用单元体表示一点处的应力状态，如下论述中正确的一种是( D )。

A 单元体的形状可以是任意的B 单元体的形状不是任意的，只能是六面体微元C 不一定是六面体，五面体也可以，其他形状则不行D 单元体的形状可以是任意的，但其上已知的应力分量足以确定任意方向面上的硬力 3、受力构件内任意一点，随着所截取截面方位不同，一般来说（ D ） A 正应力相同，剪应力不同 B 正应力不同，剪应力相同 C 正应力和剪应力均相同 D 正应力和剪应力均不同 4、圆轴受扭时，轴表面各点处于（ B ）A 单向应力状态B 二向应力状态C 三向应力状态D 各向等应力状态 5、分析处于平面应力状态的一点，说法正确的是（ B ）。