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西北工业大学考试试题（卷）
2004 －2005 学年第 一 学期
开课学院 航空学院 课程 结构有限元基础 学时 28
考试日期 2004.11.4 考试时间 2 小时 考试形式（闭开）（
A ）卷
注：1. 命题纸上一般不留答题位置，试题请用小四、宋体打印且不出框。
2. 命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。 共3页 第1页
教务处印制共3页第 2 页
教务处印制共3页第3页
1、针对下图所示得3个三角形元,写出用完整多项式描述得位移模式表达式。 ２、如下图所示，求下列情况得带宽： a)4结点四边形元; b)2结点线性杆元。 ３、对上题图诸结点制定一种结点编号得方法，使所得带宽更小。图左下角得四边形在两种不同编号方式下,单元得带宽分别就就是多大？ 4、下图所示,若单元就就是2结点线性杆单元,勾画出组装总刚后总刚空间轮廓线。系统得带宽就就是多大?按一右一左重新编号（即6变成3等)后,重复以上运算。 5、设杆件1－2受轴向力作用，截面积为Ａ,长度为Ｌ,弹性模量为E,试写出 杆端力F 1，F 2 与杆端位移之间得关系式,并求出杆件得单元刚度矩阵 6、设阶梯形杆件由两个等截面杆件错误!与错误!所组成，试写出三个结点1、2、 3得结点轴向力F 1,F 2 ,F 3 与结点轴向位移之间得整体刚度矩阵[K］。 7、在上题得阶梯形杆件中,设结点３为固定端,结点１作用轴向载荷F １ ＝Ｐ,求各结点得轴向位移与各杆得轴力。 8、下图所示为平面桁架中得任一单元,为局部坐标系,x，y为总体坐标系,轴与x轴得夹角为。 （1) 求在局部坐标系中得单元刚度矩阵 (2）求单元得坐标转换矩阵 [T]; （３) 求在总体坐标系中得单元刚度矩阵
9、如图所示一个直角三角形桁架,已知,两个直角边长度,各杆截面面积，求整体刚度矩阵[Ｋ］。 10、设上题中得桁架得支承情况与载荷情况如下图所示,按有限元素法求出各结点得位移与各杆得内力。 1１、进行结点编号时,如果把所有固定端处得结点编在最后,那么在引入边界条件时就就是否会更简便些？ 12、针对下图所示得３结点三角形单元,同一网格得两种不同得编号方式,单元得带宽分别就就是多大？
西北工业大学 2010年硕士研究生入学考试试题参考答案 一、简答题（每题10分，共50分） 1.请解释γ-Fe与α-Fe溶解碳原子能力差异的原因。 答：α-Fe为体心立方晶体，其八面体间隙为扁八面体，相比而言四面体间隙较大； γ-Fe为面心立方，其八面体间隙大。体心立方的四面体间隙比面心立方的八面体间 隙小很多，因此溶解小原子的能力小很多。 2.请简述位向差与晶界能的关系，并解释原因？ 答：位向差越大晶界能越高；随位向差增大，晶界能先快速增大，后逐渐趋于稳定。 原因：位向差越大，缺陷越多（小角晶界位错密度越大），畸变越严重，因此能量 越高。 3.请简述在固态条件下，晶体缺陷、固溶体类型对溶质原子扩散的影响。 答：晶体缺陷处的原子具有较高能量，且原子排列比较杂乱，有利于扩散。间隙原 子扩散激活能比置换原子扩散激活能低，因此间隙原子扩散速度高。 4.请分析解释在正温度梯度下凝固，为什么纯金属以平面状方式生长，而固溶体合金 却往往以树枝晶方式长大？ 答：正温度梯度下，纯金属的液固界面是等温的，小突起处的过冷度小，生长受到 抑制，因此液固界面保持平直，以平面状生长。固溶体合金由于溶质原子再分配，产生成分过冷，液固界面处的小突起将获得更大过冷度，因此以树枝状生长。 5.铁碳合金中可能出现的渗碳体有哪几种？它们的成分有何不同？平衡结晶后是什么 样的形态？ 答：一次渗碳体（规则的、粗大条状）、共晶渗碳体（莱氏体的连续基体）、二次 渗碳体（沿奥氏体晶界分布，量多时为连续网状，量少时是不连续网状）、共析渗 碳体（层片状）、三次渗碳体（铁素体晶界处）。它们成分没有区别。 二、作图计算题（每题15分，共60分） 1.写出附图的简单立方晶体中ED、C’F的晶向指数和ACH、FGD’的晶面指数，并求 ACH晶面的晶面间距，以及FGD’与ABCD两晶面之间的夹角。（注：G、H点为 二等分点，F点为三等分点） 答：ED：，C’F： ACH：，FGd：
西安交通大学 级研究生课程考试试题 考试（查）科目：有限元方法（II ）时间 年 月 日下午 一、4 ) 4,4(),()5,5(),()2,6(),()2,2(),(4 4332211====y x ， y x ，y x ， y x 母体单元为22?的正方形，如图所示。 求：（1）单元坐标变换()(ξηξ,,, y y x x == （2）变换的Jacobi 行列式detJ 的解析表达式，并分析该变换是否存在奇异性（8分）。 二、分析以下两种单元的位移场是否具备收敛到真实解所需的各项条件。（30） （1） 13结点矩形平面应力单元 结点参数取为：)13~ 1( ,=i v u i i 位移场为： 3 132 2 123 113 102 92 83726524321xy y x y x y xy y x x y xy x y x u ααααααααααααα++++++++++++= 3 262 2 253 243 232 222 2132021918217161514xy y x y x y xy y x x y xy x y x v ααααααααααααα++++++++++++=（2） 6自由度三角形薄板弯曲单元 结点参数取为： ()3~1=i w i ()6~4=??? ????i n w i 位移场为： 2 652 4321y xy x y x w αααααα+++++= 三、13结点平面应力单元如图所示， 在计算单元刚度矩阵时取图示的9个 积分点。试分析在单元一级是否存在 出现零变形能位移模式的可能性。 ,u x 7 8 10 9 11 12 1 2 3 4 5 6
1．针对下图所示的3个三角形元，写出用完整多项式描述的位移模式表达式。 2．如下图所示，求下列情况的带宽: a) 4结点四边形元； b) 2结点线性杆元。 3．对上题图诸结点制定一种结点编号的方法，使所得带宽更小。图左下角的四边形在两种不同编号方式下，单元的带宽分别是多大？ 4．下图所示，若单元是2结点线性杆单元，勾画出组装总刚后总刚空间轮廓线。系统的带宽是多大？按一右一左重新编号（即6变成3等）后，重复以上运算。 5． 设杆件1－2受轴向力作用，截面积为A ，长度为L ，弹性模量为E ，试写出杆端力F 1，F 2与杆端位移21,u u 之间的关系式，并求出杆件的单元刚度矩阵)(][e k 6．设阶梯形杆件由两个等截面杆件○ 1与○2所组成，试写出三个结点1、2、3的结点轴向力F 1，F 2，F 3与结点轴向位移321,,u u u 之间的整体刚度矩阵[K]。 7． 在上题的阶梯形杆件中，设结点3为固定端，结点1作用轴向载荷F 1=P ，求各结点的轴向位移和各杆的轴力。 8． 下图所示为平面桁架中的任一单元，y x ,为局部坐标系，x ，y 为总体坐标系，x 轴与x 轴的夹角为θ。 （1） 求在局部坐标系中的单元刚度矩阵 )(][e k （2） 求单元的坐标转换矩阵 [T]； （3） 求在总体坐标系中的单元刚度矩阵 )(][e k 9．如图所示一个直角三角形桁架，已知27/103cm N E ?=，两个直角边长度cm l 100=，各杆截面面积210cm A =，求整体刚度矩阵[K]。 10． 设上题中的桁架的支承情况和载荷情况如下图所示，按有限元素法求出各结点的位移与各杆的内力。 11． 进行结点编号时，如果把所有固定端处的结点编在最后，那么在引入边界条件时是否会更简便些？ 12． 针对下图所示的3结点三角形单元，同一网格的两种不同的编号方式，单元的带宽分别是多大？ 13． 下图所示一个矩形单元，边长分别为2a 与2b ，坐标原点取在单元中心。
北京工业大学材料力学试题2002年 【一】填空题（每小题4分，共20分） 1.低碳钢试件经过冷作硬化提高了材料的比例极限；降低了材料的塑性。 2.图示的构件由销轴联结销轴的剪应力τ= 2 2d P π；挤压应力bs σ=d P π2。 题【一】2图 3.用积分法求图所示梁挠曲线时确定积分常数的边界条件是0=A y ；0='A y ；C C y y 21=；0=B y 。并在图上画出挠曲线大致形状。 4.直角三角形坐标如图所示对Y 轴的惯性矩y I =24 3hb ；对坐标系ZOY 的惯性积zy I =0。 题【一】3图 题【一】4图 5.影响构件疲劳极限的主要因素是应力集中；构件尺寸；表面加工质量。 【二】计算题（共80分） 1.（14分）如图所示钢筋混凝土柱，承担300KN 的载荷，其中钢筋面积与混凝土面积之比1:40，而它们的弹性模量之比为10:1，问它们各承担多少载荷？ （答案：1N =60KN 、2N =240KN ） 2.（14分）画图示梁的剪力图和弯矩图。
题【二】1图 题【二】2图 3.（14分）如图所示，受扭圆轴直径D=60mm ，其扭矩T=2.5KN ·m ，试求圆轴表面上任一点A 与母线成α=30°方向上的正应变。已知：钢轴的E=210GP a ，μ=0.28。（答案：4301011.3-?= ε） 题【二】3图 4.（14分）如图所示，一板件，P=12KN ，[]σ=100 MP a ，试求切口的允许深度x 。（答案：x= 5.2mm ） 题【二】4图 5.（14分）如图所示，由五根圆形钢杆组成的正方形结构，联结处均为铰链，杆的直径为d =40mm ，杆长L=1m ，材料为Q235钢，E=200GP a ， p λ=100，0λ=60，a =304 MP a ，b =1.12 MP a ，试求结构的临界载荷。（答案：cr P =247.7KN ）
在平面三结点三角形单元中的位移、应变和应力具有什么特征？ 在平面四结点单元中，位移模式能否取为： （1） 2 872 65243221),(),(y xy x y x v y xy x y x u αααααααα+++=+++= （2）2 876524321),(),(y y x y x v x y x y x u αααααααα+++=+++= 试写出下列单元的位移模式，并求出其形函数矩阵[]N 设图 所示三结点轴力杆件单元 ijm 的位移函数为2 321)(x x x u ααα++=,该位移函数是否满足收敛准则? 求出其形函数矩阵[]N 。 i EA j )(ξx 在1–2 图1–2所示平面三角形桁架，结点坐标为：1（0,0），2（2l ,2l ），3（l 2,0），E 、A 为弹性模量及截 面积。用有限元素法求： （1）结点位移； （2）元素内力； （3）支座反力； 图1–2
1–5 用有限元素法对结构问题进行静力分析中，协调条件、平衡条件、以及物理关系是如何体现的？ 3–12 有中心椭球孔的矩形板，两个侧边受线性分布的侧压p ，如图3–12所示。如何利用对称面条件减少求解的工作量，并画出计算模型，列出计算步骤。(5.5) 3–13 高度为h 、宽度为a 9的矩形板，2/h 高度上有3个尺寸相同的矩形孔 （如图3–13所示），侧面受线性分布侧压。如何利用其自身的几何特点减少计算工作量，并画出计算模型、列出计算步骤。(5.6) 4–1 三结点三角形元素ijm 的位移函数能否选为： （1） ()()2 6543221,,y a x a a y x v y a x a a y x u ++=++= （2） ()()2 652 423221,,y a xy a x a y x v y a xy a x a y x u ++=++= 4–2 推导三结点平板元素在局部坐标系xoy 中的元素刚度矩阵？ 4–3 正方形平板，厚度为t ，边长为a ，弹性模量E ，材料泊桑比μ，载荷P ，按图4–3所示分元，求1、3点的位移？ 4–4 图4–4所示的矩形板1234，分成四个常应变三角形元素 （1）形成这些元素集合的刚度矩阵？ 图4– 2 图4–3
西北工业大学 2004年硕士研究生入学考试试题 试题名称：材料科学基础（A 卷） 试题编号：832 说 明：所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 2 页 一、简答题：（共40分，每小题8分） 1.请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 2.请简述影响扩散的主要因素有哪些。 3.临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 4.有哪些因素影响形成非晶态金属？为什么？ 5.合金强化途径有哪些？各有什么特点？ 二、计算作图题（共60分，每小题12分） 1.求]111[和]120[两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。 2.氧化镁（MgO ）具有NaCl 型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问： 1）若其离子半径 +2Mg r =，-2O r ＝，则其原子堆积密度为多少？ 2）如果+2Mg r /-2O r ＝，则原子堆积密度是否改变？ 3.已知液态纯镍在×105 Pa （1大气压），过冷度为319 K 时发生均匀形核， 设临界晶核半径为1nm ，纯镍熔点为1726 K ，熔化热ΔHm＝18075J/mol ， 摩尔体积Vs ＝mol ，试计算纯镍的液－固界面能和临界形核功。 4.有一钢丝（直径为1mm ）包复一层铜（总直径为2mm ）。若已知钢的屈服强 度σst ＝280MPa ，弹性模量Est ＝205GPa ，铜的σCu ＝140MPa ，弹性模量E Cu ＝110GPa 。问： 1）如果该复合材料受到拉力，何种材料先屈服？ 2）在不发生塑性变形的情况下，该材料能承受的最大拉伸载荷是多少？ 3）该复合材料的弹性模量为多少？ 三、综合分析题：（共50分，每小题25分） 1.某面心立方晶体的可动滑移系为]101[ )111(、 。
1.结点的位置依赖于形态，而并不依赖于载荷的位置（×） 2.对于高压电线的铁塔那样的框架结构的模型化处理使用梁单元。√ 3.平面应变单元也好，平面应力单元也好，如果以单位厚来作模型化处理的话会得到一样的答案（×） 4.用有限元法不可以对运动的物体的结构进行静力分析（×） 5.一般应力变化大的地方单元尺寸要划的小才好（√） 6.四结点四边形等参单元的位移插值函数是坐标x、y的一次函数√ 7.在三角形单元中其面积坐标的值与三结点三角形单元的结点形函数值相等。√ 8.等参单元中Jacobi行列式的值不能等于零。√ 9.四边形单元的Jacobi行列式是常数。× 10.等参元是指单元坐标变换和函数插值采用相同的结点和相同的插值函数。√ 11.有限元位移模式中，广义坐标的个数应与单元结点自由度数相等√ 12.为了保证有限单元法解答的收敛性，位移函数应具备的条件是位移函数必须能反映单元的刚体位移和常量应变以及尽可能反映单元间的位移连续性。√ 13.在平面三结点三角形单元中，位移、应变和应力具有位移呈线形变化，应力和应变为常量特征。√ 1.梁单元和杆单元的区别？(自己分析:自由度不同)杆单元只能承受拉压荷载，梁单元则可以承受拉压弯扭荷载。具体的说，杆单元其实就是理论力学常说的二力杆，它只能在结点受载荷，且只有结点上的荷载合力通过其轴线时，杆件才有可能平衡，像均布荷载、中部集中荷载等是无法承担的，通常用于网架、桁架的分析；而梁单元则基本上适用于各种情况（除了楼板之类），且经过适当的处理（如释放自由度、耦合等），梁单元也可以当作杆单元使用。 2.有限单元法结构刚度矩阵的特点？对称性，奇异性，主对角元恒正，稀疏性，非零元素呈带状分布。 3.有限单元法的收敛性准则？完备性要求，协调性要求。位移模式要满足以下三个条件包含单元的刚体位移。当结点位移由体位移引起时，弹性体内不会产生应变。包含单元的常应变。与位置坐标无关的应变。位移模式在单元内要连续，在相邻单元之间的位移必须协调。当选择多项式来构成位移模式时，单元的连续性总得到满足，单元的协调性就是要求单元之间既不会出现开裂也不会出现重叠的现象。。 4.任何一个有限元分析问题都是空间问题，什么情况下可以简化为平面问题？轴对称问题？空
西北工业大学考试试题（A卷） 2004 － 2005 学年第一学期 一、填空题：（每题 3 分，共计 30 分） 1. 塑性是指： ________________________________________________________ ________________________________________________ 。 2. 金属的超塑性可分为 _____ 超塑性和 _____ 超塑性两大类。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有： _____ 和 _____ 。 4. 影响金属塑性的主要因素有： _____ ， _____ ， _____ ， _____ ， _____ 。 5. 等效应力表达__________________________________________________ 。 6. 常用的摩擦条件及其数学表达式： __________________________________ ，__________________________________ 。 7. π平面是指： _____________________________________________________ ______________________________________________________________ _。 8. 一点的代数值最大的 __________ 的指向称为第一主方向，由第一主方 向顺时针转所得滑移线即为 _____线。 9. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σz=______________________ 10. 在有限元法中：应力矩阵 [S]= ________________________ ， 单元内部各点位移{U}=[ ]{ } 二、简答题（共计 30 分） 1. 提高金属塑性的主要途径有哪些？（ 8 分） 2. 纯剪切应力状态有何特点？（ 6 分） 3. 塑性变形时应力应变关系的特点？（ 8 分） 4. Levy-Mises 理论的基本假设是什么？（ 8 分） 三、计算题（共计 40 分） 1 、已知金属变形体内一点的应力张量为Mpa ，求：（ 18 分）（1）计算方向余弦为 l=1/ 2 ， m=1/2 ， n= 的斜截面上的正应力大小。（2）应力偏张量和应力球张量；
2002西北工大材料力学试题 一、 (15分)图示两端固定的压杆,E =210GPa , s σ=235MPa , p σ=200 MPa , a =304 MPa , b =1.12 MPa ；截面有矩形、圆形及空心圆形三种,但其横截面积均为50002 mm ,试求上述 三种情况下压杆 的临界压力 cr F 。 题一图 二、(20分)外径D =80mm,内径d =0.5D 的圆筒在e M =15KN ·m 的力偶矩作用下产生扭转。已知材料的弹性模量E =200GPa , 泊松比μ=0.3。(1).求圆筒表面一点A 沿X 和Y 方向的线应变x ε和y ε；(2).求受扭后圆筒的壁厚。 题二图 三、(20分)图试圆截面折杆,横截面直径均为d , A 端固定,在折杆平面的竖直上方自高度为a 处有一重量为Q 的重物自由下落到C 点。材料的弹性模量为E ,切变模量G =0.4E 。(1).求出动荷系数d K 的表达式。(2).用第三强度理论写出折杆的强度条件表达式。已知折杆的许用应力为[]σ。
题三图 四、(15分)图示结构由直杆AB 和四分之一圆环BC 组成(两杆位于同一平面内),两杆均为圆截面刚杆,AB 的横截面直径1d =20mm,BC 的横截面直径2d =50mm,材料的许用应力[]σ=160MPa 。若外力F =5KN,a =0.6m 试校核结构的强度。(轴力、剪力对曲杆强度的影响忽略不计) 题四图 五、(15分)图示T 字型截面梁,设截面上的内力仅有正弯矩M ,试求T 字型截面的竖直部分(100×20)和水平部分(100×20)各承担弯矩的百分之几。 题五图
例1某三角形3节点单元，3个节点的坐标分别为(0, 0)、(3, 0)、(0, 4)o 作用在单元内的点(1, 1)处作用有一个大小等于10N、方向沿x轴正向的集中 力P。求该集中力的等效节点荷载。 解：(1)形函数及形函数矩阵计算 根据面积比或形函数公式，可计算得到各形函数为: Ar 5 Ar 4 3 A, = —、A 9——、A’ 3 =— 12 12 °12 形函数矩阵为: (2)等效节点荷载计算 例2图示三角形3节点单元，设13边的长度为3m,在13边作用有如图所示的分布荷载，求该分布荷载的等效节点荷载。 解：(1)形函数及形函数矩阵计算 在13边上，节点2的形函数％ = 0,设t为节点1到节点3的位置参数, 在节点1处取0，在节点3处取1,则在13边上有： A* =! —/■> M = t 1 O
-20此一10N3 - 20(1 -/- Wt lot - 20 =3f 1 -1 1 一 I 10￡ - 20 dt = 3 Jo d - t) (io* - 20)' o *(10* - 20) >d t 25 T o o o 20 5 1 - t0 0 0 Z 0 LA;J = 0 1 — f 0 0 0 匕 (2)分布荷载的参数表示 在13 边上，q v = 0 ,设 / = a + bt ,由: t = 0, q x = -20 t = 1 , q x = -10 可求得： a = -20 b = 10 于是有: lOt - 20 Cly 另外，由于在边上为一次函数，也可直接根据形函数插值建立分布函数: （3）等效节点荷载计算 \dl -25 - 20
《结构有限元分析》复习题（闭卷） 一、绪论 1.概述有限元法分析问题的过程。 二、平面问题 2.对平面问题T3单元，推导其位移模式。 3.对平面问题T3单元，证明形函数在本节点取值为1，在其它节点取值为0。 4.对平面问题T3单元，证明形函数在任意一点上取值之和为1。 5.对平面问题T3单元，证明边界上一点的形函数，与相对顶点的坐标无关。 6.对平面问题T3单元，证明边界上的位移协调性。 7.对平面问题T3单元，说明单元边界上无限点的约束等效于对该边节点的约束。 8.对平面问题T3单元，证明Li=Ni（i=i、j、m）。 9.对平面问题T3单元，证明∑NiXi=X，∑NiYi=Y。 10.对平面问题T3单元，利用最小势能原理，推导单元刚度矩阵的矩阵表达式。 11.说明刚度矩阵的性质和物理意义。 12.对平面问题T3单元，推导单元自重的等效节点力。 13.对平面问题T3单元，推导单元边界上均布压力的等效节点力。 14.对平面问题T3单元，推导单元边界上三角形分布压力的等效节点力。 15.对平面问题R4单元，推导其位移模式。 16.对平面问题R4单元，证明边界上的位移协调性。 17.试写出处理约束的两种方法（划0置1法，乘大数法）的过程。 三、空间问题和轴对称问题 18.对轴对称问题T3单元，推导其位移模式。 19.对轴对称问题T3单元，采用简化计算，推导单元自重的等效节点力。 20.对轴对称问题T3单元，采用简化计算，推导离心力的等效节点力。 21.对轴对称问题T3单元，采用简化计算，推导边界上梯形分布压力的等效节点力。 四、等参单元 22.对平面问题Q4等参单元，构造其位移模式。 23.对平面问题Q4等参单元，推导其几何矩阵。 24.对平面问题Q4等参单元，说明雅可比行列式的意义，并加以数学证明。 25.对平面问题Q4等参单元，证明其完备性、协调性。 26.对平面问题Q4-8变节点等参单元，构造其形函数。 27.对空间问题Hex8-20变节点等参单元，构造其形函数。
1．针对下图所示的 3 个三角形元，写出用完整多项式描述的位移模式表达式。 2．如下图所示，求下列情况的带宽: a) 4 结点四边形元； b) 2 结点线性杆元。 3. 对上题图诸结点制定一种结点编号的方法，使所得带宽更小。图左下角的四 边形在两种不同编号方式下，单元的带宽分别是多大？ 4. 下图所示，若单元是2 结点线性杆单元，勾画出组装总刚后总刚空间轮廓线。系统的带宽是多大？按一右一左重新编号（即 6 变成3 等）后，重复以上运算。
5. 设杆件 1－2 受轴向力作用，截面积为 A ，长度为 L ，弹性模量为 E ，试写 出杆端力 F 1 ，F 2 与杆端位移 u 1 , u 2 之间的关系式，并求出杆件的单元刚度矩阵 [ k ] (e) 6. 设 阶 梯形杆件由两个等截面杆件○ 2所组成，试写出三个结点 1、2、3 的结 点轴向力 F 1，F 2，F 3 与结点轴向位移 u 1 , u 2 , u 3 之间的整体刚度矩阵 [K]。 7. 在上题的阶梯形杆件中，设结点 3 为固定端，结点 1 作用轴向载荷 F 1 =P ， 求各结点的轴向位移和各杆的轴力。
8. 下图所示为平面桁架中的任一单元，x, y 为局部坐标系，x，y 为总体坐标系，x 轴与x 轴的夹角为。 （1）求在局部坐标系中的单元刚度矩阵[ k ] (e) （2）求单元的坐标转换矩阵[T]； （3）求在总体坐标系中的单元刚度矩阵[k ] (e) 9. ．如图所示一个直角三角形桁架，已 E 3 10 7 N / cm 2 ，两个直角边长度 知 l 100cm ，各杆截面面积 A 10cm2 ，求整体刚度矩阵[K]。
试卷总分:100 得分:96 一、单选题 (共 11 道试题,共 22 分) 1.下列关于高精度单元描述正确的是（）。 A.等参元的位移模式和坐标变换采用不同的形函数 B.矩形单元形状规则，因而使用范围较广 结点三角形单元、10结点三角形单元、8结点矩形单元和12结点矩形单元的单元刚度矩阵的建立过程是不一样的 结点三角形单元较容易模拟物体的边界形状 正确答案: 2.φ=cxy能解决矩形板（）问题。 A.左右均布拉压 B.上下均布拉压 C.纯剪切 D.纯弯曲 正确答案: 3.下列关于等参元的叙述不正确的是（）。 A.精度较高 B.能较好的模拟边界条件 C.输入的信息量较少 D.输入的信息量较多 正确答案: 4.薄板的边界不包括（）。 A.简支边界 B.固定边界 C.自由边界和荷载边界 D.非固定边界 正确答案: 5.下列属于平面应力问题的是（）。 A.平板坝的平板支墩 B.挡土墙 C.重力水坝 D.受内水压力作用的圆管 正确答案: 6.在应力函数上任意增减一个（），对应力分量无影响。
B.二次项 C.三次项 D.常数项 正确答案: 7.下列不属于提高单元精度的方法是（）。 A.增加单元结点数目 B.在单元内增设结点 C.减少单元结点数目 D.设等参元 正确答案: 8.空间问题的基本平衡微分方程有（）个。正确答案: 9.φ=by2能解决矩形板（）问题。 A.左右均布拉压 B.上下均布拉压 C.纯剪切 D.纯弯曲 正确答案: 10.下列属于不规则单元的有（）。 A.正四面体单元 B.正三棱体单元 C.任意四面体单元 D.正六面体单元 正确答案: 11.空间问题的基本未知位移分量有（）个。
西北工业大学 2011年硕士研究生入学考试试题参考答案 试题名称：材料科学基础（A卷）试题编号：832 说明：所有答题一律写在答题纸上第 1 页共 7 页 一、简答题（每题10分，共50分） 1.请从原子排列、弹性应力场、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、 螺位错的主要特征。 答：刃型位错： 1)1晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体 2)2刃位错引起的应力场既有正应力又有切应力。 3)3位错线可以是折线或曲线, 但位错线必与滑移（矢量）方向垂直 4)4滑移面惟一 5)5位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致） 6)6位错线与柏氏矢量垂直 螺型位错： 1)1上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状 2)2螺位错应力场为纯切应力场 3)3螺型位错与晶体滑移方向平行，故位错线一定是直线 4)4螺型位错的滑移面是不惟一； 5)5位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。 6)6位错线与柏氏矢量平行 2.何谓金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化对后续冷加工带来的困 难？ 答：随变形量增大，强度硬度升高，塑形下降的现象。软化方法是再结晶退火。 3.什么是离异共晶？如何形成的？ 答：在共晶水平线的两个端部附近，由于共晶量少，领先相相依附在初
生相上，另一相独立存在于晶界，在组织学上失去共晶体特点，称为离异共晶。有时，也将端部以外附近的合金，在非平衡凝固时得到的少量共晶，称为离异共晶。 4. 形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。 答：只有置换固溶体才可能形成无限固溶体。且两组元需具有相同的晶体结构、相近的原子半径、相近的电负性、较低的电子浓度。原因：溶质原子取代了溶剂原子的位置，晶格畸变较小，晶格畸变越小，能量越低。电负性相近不易形成化合物。电子浓度低有利于溶质原子溶入。 5. 两个尺寸相同、形状相同的铜镍合金铸件，一个含90%Ni ，另一个含 50%Ni ，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析严重？为什么？ 答：50%Ni 的偏析严重，因为液固相线差别大，说明液固相成分差别大，冷速较快不容易达到成分均匀化。 二、 作图计算题（每题15分，共60分） 1、写出{112}晶面族的等价晶面。 答： )21()12()11()211()12()11( )211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++= 2、 请判定下列反应能否进行：]001[]111[2]111[2a a a →+ 答：几何条件： ]001[]002[2 ]111[2]111[2a a a a ==+，满足几何条件 能量条件： ( )2 2 2 2 2 2 32 2 2222 2222 2 211 004311121)1()1(2a a b a a a b b =++==?? ? ??+++??? ??+-+-=+ 不满足能量条件，反应不能进行。
试题名称：飞行器飞行力学（A 卷） 试题编号： 470 说 明：所有答题一律写在答题纸上 第 1 页 共 2 页 一、 填空题（30分，每小题3分） 1．攻角定义为导弹速度矢量在 的投影与 夹角。 2．轴对称导弹定常飞行时的纵向平衡关系式为 。 3．铅垂平面内弹道曲率半径与法向过载的关系式为 。 4．极限过载与临界迎角的关系式为 。 5．前置量导引法的导引关系式为 。 6．阵风干扰将产生 和 运动参数的初始偏差。 7．用动力系数描述的纵向短周期扰动运动动态稳定条件为 。 8．引入滚转角和滚转角速度信号的自动驾驶仪调节规律为 。 9．纵向阻尼动力系数的表达式为 。 10．轴对称导弹的主要理想操纵关系式为 。 二、问答题（30分，每小题5分） 1．导弹在水平面内作侧滑而无倾斜飞行的方案有哪些？其理想控制关系式分别是怎样的？ 2．何谓横向静稳定性？影响飞航式导弹横向静稳定性的因素有哪些？ 3．前置量导引法的前置角ε?的选取原则是什么？ 4．影响导弹反应舵偏的过渡过程品质指标有哪些？影响它们的传递参数分别主要是什么？ 5．为什么要在法向过载反馈的纵向姿态运动回路中加入限幅器？ 6．导弹按理想弹道飞行，其过载应满足怎样的关系式？ 三、分析讨论题（45分，每小题15分） 1．已知调节规律z K K ??δ???=?+? ，由反应此舵偏信号的z ??δ??? 、、参数偏差的过渡过程曲线，讨论在??参数偏差还为正时，舵面便出现了负偏值，即出现提前偏舵的现象、原因和结果。 2．分析弹道倾角对侧向动态稳定性的影响。 3．分析面对称导弹当存在绕1ox 轴的滚动角速度1x ω时，产生相对于1oy 轴的偏航力矩的物理成因。
1.针对下图所示的3个三角形元,写出用完整多项式描述的位移模式表达式。 ２.如下图所示,求下列情况的带宽: a)4结点四边形元; b)2结点线性杆元。 ３、对上题图诸结点制定一种结点编号的方法,使所得带宽更小。图左下角的四边形在两种不同编号方式下,单元的带宽分别就是多大? 4、下图所示,若单元就是2结点线性杆单元,勾画出组装总刚后总刚空间轮廓线。系统的带宽就是多大?按一右一左重新编号(即6变成3等)后,重复以上运算。
５. 设杆件1-2受轴向力作用,截面积为Ａ,长度为Ｌ,弹性模量为Ｅ,试写出杆端力Ｆ１,F 2与杆端位移21,u u 之间的关系式,并求出杆件的单元刚度矩阵)(][e k 6、设阶梯形杆件由两个等截面杆件＼o ＼a ｃ(○,1)与错误!所组成,试写出三个结点1、2、3的结点轴向力F 1,F 2,Ｆ3与结点轴向位移321,,u u u 之间的整体刚度矩阵［K]。 7. 在上题的阶梯形杆件中,设结点3为固定端,结点1作用轴向载荷F 1=Ｐ,求各结点的轴向位移与各杆的轴力。 8、 下图所示为平面桁架中的任一单元,y x ,为局部坐标系,ｘ,y 为总体坐标系,x 轴与x 轴的夹角为 。 (1) 求在局部坐标系中的单元刚度矩阵 )(][e k (2) 求单元的坐标转换矩阵 ［T]; (３) 求在总体坐标系中的单元刚度矩阵 )(][e k
９.如图所示一个直角三角形桁架,已知27/103cm N E ?=,两个直角边长度cm l 100=,各杆截面面积210cm A =,求整体刚度矩阵［K ］ 。 10. 设上题中的桁架的支承情况与载荷情况如下图所示,按有限元素法求出各结点的位移与各杆的内力。
重庆大学研究生有限 元大作业
课程研究报告 科目：有限元分析技术教师：阎春平姓名：色学号： 2 专业：机械工程类别：学术 上课时间： 2015 年 11 月至 2016 年 1 月 考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师 (签名)
有限元分析技术作业 姓名: 色序号: 是学号: 2 一、题目描述及要求 钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管，次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。主梁和次梁之间是固接。试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa 的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。 二、题目分析 根据序号为069，换算得钢结构框架为11列13行。由于每个格子的大小为1×1（单位米），因此框架的外边框应为11000×13000（单位毫米）。 三、具体操作及分析求解 1、准备工作 执行Utility Menu：File → Clear＆start new 清除当前数据库并开始新的分析，更改文件名和文件标题，如图1.1。选择GUI filter，执行 Main Menu: Preferences → Structural → OK，如图1.2所示
图1.1清除当前数据库并开始新的分析 图1.2 设置GUI filter 2、选择单元类型。 执行Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add→ select→ BEAM188，如图2.1。之后点击OK(回到Element Types window) →Close
一．填空题（共30分.每小题2分） 1.均质不可压缩流体的定义为 ρ=c 。 2.在常压下,液体的动力粘度随温度的升高而 降低 。 3.在渐变流过流断面上.动压强分布规律的表达式为P/ρg +z=0 。 5.只要比较总流中两个渐变流断面上单位重量流体的 总机械能 大小.就能判别出流动方向。 6.产生紊流附加切应力的原因是 脉动 。 7.在静止流体中.表面力的方向是沿作用面的 内法线 方向。 8.圆管紊流粗糙区的沿程阻力系数λ与 速度梯度 有关。 9.渐变流流线的特征是 近似为平行直线 。 10.任意空间点上的运动参数都不随时间变化的流动称为 恒定流 。 11.局部水头损失产生的主要原因是 漩涡 。 12.直径为d 的半满管流的水力半径R = d/4 。 13.平面不可压缩流体的流动存在流函数的条件是流速x u 和y u 满足 方程 ?U x / ?t + ?U y / ?t =0 。 14.弗劳德数Fr 表征惯性力与 重力 之比。 15.在相同的作用水头下,同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量 大 。 二．（14分）如图所示.一箱形容器.高 1.5h m =.宽（垂直于纸面）2b m =.箱内充满水.压力表的读数为220/kN m .用一半径1r m =的园柱封住箱的一角.求作用在园柱面上的静水总压力的大小与方向。 解： 2220p ()()()82.05()2 p 31 (0.50.5)8220 2.04 4.64 p 45.53c x z z h gh hb g hb kN g gv v r H b H g v kN ρρρπ===+=??→=+?+?==== 三．（14分）如图所示.一水平放置的管道在某混凝土建筑物中分叉。已知主管直径3D m =.主管流量335/Q m s =.分叉管直径2d m =.两分叉管流量均为2Q .
姓名：色学号：2 专业：机械工程类别：学术 上课时间：2015年11 月至2016 年 1 月考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师(签名)
有限元分析技术作业 姓名: 色序号: 是学号: 2 一、题目描述及要求 钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管，次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。主梁和次梁之间是固接。试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。 二、题目分析 根据序号为069，换算得钢结构框架为11列13行。由于每个格子的大小为1×1（单位米），因此框架的外边框应为11000×13000（单位毫米）。 三、具体操作及分析求解 1、准备工作 执行Utility Menu：Fi le→Clear＆start new 清除当前数据库并开始新的分析，更改文件名和文件标题，如图 1.1。选择GUI filter，执行Main Menu: Preferences→Structural→OK，如图1.2所示 图1.1清除当前数据库并开始新的分析 1
2 图1.2 设置GUI filter 2、选择单元类型。 执行Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add→ select→ BEAM188，如图2.1。之后点击OK(回到Element Types window) →Close 图2.1选择单元 3、定义材料属性 该钢结构材料为碳素结构钢Q235，其弹性模量为210GPa ，执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic ，此处协调单位制为mmkgs ，故EX 设为2.1E8, PRXY 设置
2010年 一、作图示结构的内力图，其中P=2qa,m=qa 2/2。(10分) 二、已知某构件的应力状态如图，材料的弹性模量E=200GPa,泊松比μ=0.25。试求主应力，最大剪应力，最大线应变，并 画出该点的应力圆草图。（10分） 三、重为G 的重物自高为h 处自由落下，冲击到AB 梁的中点C ，材料的弹性模量为E ，试求梁内最大动挠度。（8分） 四、钢制平面直角曲拐ABC ，受力如图。q=2.5πKN/m ，AB 段为圆截面， [σ]=160MPa ，设L=10d ，P x =qL,试设计AB 段的直径d 。（15分） 五、图示钢架，EI 为常数，试求铰链C 左右两截面的相对转角（不计轴力及剪力对变形的影响）。（12分）
六、图示梁由三块等厚木板胶合而成，载荷P 可以在ABC 梁上移动。已知板的许用弯曲正应力为[σ]=10Mpa ，许用剪应力[τ]=1Mpa ，胶合面上的许用剪应力[τ]胶=0.34Mpa ，a=1m ，b=10cm ，h=5cm ，试求许可荷载[P]。（10分） 七、图示一转臂起重机架ABC ，其中AB 为空心圆截面杆D=76mm ，d=68mm ，BC 为实心圆截面杆D 1=20mm ，两杆材料相同，σp =200Mpa ，σs =235Mpa ，E=206Gpa 。取强度安全系数n=1.5，稳定安全系数n st =4。最大起重量G=20KN ，临界应力经验公式为σcr =304-1.12λ（Mpa ）。试校核此结构。（15分） 八、水平曲拐ABC 为圆截面杆，在C 段上方有一铅垂杆DK ，制造时DK 杆短了△。曲拐AB 和BC 段的抗扭刚度和抗弯刚度皆为GI P 和EI 。且GI P =4 5 EI 。杆DK 抗拉刚度为EA ，且EA=225EI a 。试求： （1）在AB 段杆的B 端加多大扭矩，才可使C 点刚好与D 点相接触？ （2）若C 、D 两点相接触后，用铰链将C 、D 两点连在一起，在逐渐撤除所加扭矩，求DK 杆内的轴力和固定端处A 截面上的内力。（15分）
研究生课程有限元试题 笔试部分，50分 一、简答题（共20分，每题5分） 1、简述有限单元法结构刚度矩阵的特点。 2、简述有限元法中选取单元位移函数（多项式）的一般原则。 3、简述有限单元法的收敛性准则。 4、常用于大型结构有限元分析的方法有哪些？指出你所了解的现代有限元分析 商业软件系统。 二、分析计算题：（每题15分，共30分） 5、已知一矩形等截面（如右图示）弹性体扭转问题的泛函表达式为： ()dxdy y x I a a b b ?? --????????-???? ????+??? ????=φφφφ422 式中，φ为应力函数，且在边界上()0,=y x φ 试求： （1）求其泛函极值必要条件所应满足的微分方程。 （2）若选取φ的近似解形式为： ()() 222 2b y a x --=αφ ，求使泛函I 取极值的具体近似解（α为待定系数）。 6、如图a 所示为正方形薄板，其板厚度为t ，四边受到均匀荷载的作用，荷载集度为21/N m ，同时在y 方向相应的两顶点处分别承受大小为2/N m 且沿板厚度方向均匀分布的荷载作用。设薄板材料的弹性模量为E ，泊松比0ν=。
试求 （1）利用对称性，取图（b）所示1/4结构作为研究对象，并将其划分为4个面积大小相等、形状相同的直角三角形单元。给出可供有限元分析的计算模型（即根据对称性条件，在图（b）中添加适当的约束和荷载，并进行单元编号和结点编号）。 （2）设单元结点的局部编号分别为i、j、m，为使每个单元刚度矩阵e K相同，试在图（b）中正确标出每个单元的合理局部编号；并求单元刚度矩阵e K。（3）计算等效结点荷载。 （4）应用适当的位移约束之后，给出可供求解的整体平衡方程（不需要求解）。