《周益春-材料固体力学习题解答习题二.》.doc

- 第二章 习题1 初始时刻位于的质点在某时刻的位置为，其中，求格林应变张量的分量。 [解] 采用拉格朗日描述法，，得 由格林应变张量，，，得 习题2 证明是二阶对称张量的分量，而不是任何张量的分量。 [证明] （1） ，显然可得其对称性 对于笛卡尔直角坐标系和，各坐标轴之间的方向余弦如下表 由弹性力学理论知，，恰与张量定义相吻合， 是二阶对称张量的分量 （2）设有一剪应变张量，其分量 取任一矢量，则 ，但不能缩并为，与假设是张量矛盾。 根据张量的商判则，不是任何张量的分量。 习题3 为求平面应变分量、、，将电阻应变片分别贴在方向，与成和方向上，测得应变值以、、表示，试求、、 [解] 平面应变状态下，沿方向，与成和方向上的方向余弦分别为 根据方向线元的工程正应变公式，，得 求得 习题4 假设体积不可压缩位移与很小，，在一定区域内已知，其中，，为常数，求。 [解] 题目条件适用小变形，，得 体积不可压缩， 即 习题5 在平面应变状态下，使用直角坐标和极坐标中应变分量、位移分量的转换公式，写出在极坐标中的应变和位移的关系式。 [解] 在平面应变状态下，由应变分量转换公式，，得 （1） 代入，即 （2） （3） （4） 因此， （5） （6） 将式（2）-（6）代入式（1），得平面应变状态下，极坐标中的应变和位移的关系式： 习题7 证明由下式确定的应变恒满足变形协调方程，。 [证明] 对于单值连续位移场，并存在三阶以上连续偏导数时，偏导数的值与求导顺序无关 关于，对称；关于，对称 对于排列符号 关于，反对称；关于，反对称 即应变恒满足变形协调方程， 习题8 假定物体被加热至定常温度场时，应变分量为；，其中为线膨胀系数，试根据应变协调方程确定温度场的函数形式。 [解] 由应变协调方程，，得 又定常温度场应满足拉普拉斯方程， 故的函数形式中不应含有高于或等于2次的项 温度场的函数形式为 其中，，，和均为常数。 习题9 试导出平面应变轴对称情况下的应变协调方程 [解] 轴对称平面应变情况下，应变分量为 因此，平面应变轴对称情况下的应变协调方程为 习题10 在某一平面轴对称变形情况下，轴向应变为常数，试确定其余两个应变分量和的表达式（材料是不可压缩的） [解] 平面轴对称情况下，变形协调条件为： 当材料不可压缩时，体积应变为零，即，代入上式，得 解得，式中，C是右边界条件确定的常数 习题11 试问什么类型的曲面在均匀变形后会变成球面。 [解] 均匀变形状态可表示为 其中，为常量 设均匀变形前的坐标为，则变形后的坐标为 曲面在均匀变形后变成球面，即 略去刚体位移，当、、为主轴时，变形前的坐标满足 变形前半轴为，，的椭球面在均匀变形后会变成球面。 特别的，当时，表示球面均匀变形后仍为球面。 ‘ 习题12 若物体内各点的位移分量为，其中，均是常数。 试证明，物体内所有各点的应变分量为常数（这种变形状态称为均匀变形），并分别证明在均匀变形后的物体内有： （1）直线在变形后仍然是直线； （2）相同方向的直线按同样的比例伸缩； [证明] 由位移分量求得物体内各点的应变分量为 （1） 即物体内所有各点的应变分量为常数（均匀变形） （1）若物体内任意一点，变形后变为坐标和之间的关系为 （2） 变形前，直线上的点，和满足 （3） 将式（3）代入式（2），并整理，得 （4） 式（4）表明直线在均匀变形后仍然是直线 （2）变形前连接两点，的直线长度为，方向余弦为、、，变形后的两对应点，的直线长度为，方向余弦为、、（图2.1） 将式（2）代入上式，得 （5） 将上式两端除以，得 （7） 而 （6） 对于方向相同的直线，具有相等的方向余弦、、，在均匀变形情况下，由式（6）和（7），知为常数。即 相同方向的直线按同样的比例伸缩； 习题13 物体的位移对称于坐标原点，试用球坐标和笛卡儿坐标表示位移分量和应变分量。 [解] 位移对称于坐标原点，则任意一点的位移沿半径向量的方向，并且只是的函数，其余位移。 （1）由球坐标系中的应变-位移关系，得