材料力學第五版第七章应力状态答案.doc

第 七 章 应力状态与强度理论 一、教学目标和教学内容 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。 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。 　　应力状态分析（Analysis of Stress-State）是用平衡的方法，分析过一点不同方向面上应力的相互关系，确定这些应力的极大值和极小值以及它们的作用面。 　　一点处的应力状态，可用同一点在三个相互垂直的截面上的应力来描述，通常是用围绕该点取出一个微小正六面体（简称单元体element）来表示。单元体的表面就是应力作用面。由于单元体微小，可以认为单元体各表面上的应力是均匀分布的，而且一对平行表面上的应力情况是相同的。例如，图7.1截面mm上a~d点的应力状态表示方式，如图（c）所示。 图7.1 　　7.2节中的分析将表明，一点处不同方向面上的应力是不相同的。我们把在过一点的所有截面中，切应力为零的截面称为应力主平面，简称为主平面（principal plane）。例如，图（c）中a、d单元体的三对面及b、c单元体的前后一对表面均为主平面。由主平面构成的单元体称为主单元体（principal element），如图（c）中的a、d单元体。主平面的法向称为应力主方向。简称主方向（principal direction）。主平面上的正应力称为主应力（principal stresss），如图（c）中a、d单元体上的及。用弹性力学方法可以证明，物体中任一点总可找到三个相互垂直的主方向，因而每一点处都有三个相互垂直的主平面和三个主应力；但在三个主应力中有两个或三个主应力相等的特殊情况下，主平面及主方向便会多于三个。 　　一点处的三个主应力，通常按其代数值依次用来表示，如图（c）中a、d单元体，虽然它们都只有一个不为零且绝对值相等的主应力，但须分别用，表示。根据一点处存在几个不为零的主应力，可以将应力状态分为三类： 　　1）单向（或简单）应力状态：三个主应力中只有一个主应力不为零，如图7.2（a）所示。 　　2）二向应力状态：三个主应力中有两个主应力不为零，如图7.2（b）所示。 　　3）三向（或空间）应力状态：三个主应力均不为零，如图7.2（c）所示。 图7.2 　　单向及二向应力状态常称为平面应力状态（plane state of stresses）。二向及三向应力状态又统称为复杂应力状态。因为，一个单向应力状态与另一个单向应力状态叠加，可能是单向、二向或零应力状态；一个单向应力状态与一个二向应力状态叠加，可能是单向、二向或三向应力状态；……。也就是说，一个应状态与另一个应力状态叠加，不一定属于原有应力状态。 　　对于平面应力状态，由于必有一个主应力为零的主方向，可以用与该方向相垂直的平面单元来表示单元体，例如图7.1（c）示各单元体，可以用图7.1（d）示平面单元表示。这时，应将零主应力方向的单元体边长理解为