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材料力学-自考 06 - 第15章 梁的弯曲应力 - 习题解答 - 白若阳.docx

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第15章梁的弯曲应力习题解答

15-1长度l=1m的悬臂梁受到q=1kN/m的均布载荷作用,梁的横截面形状有如图所示的(a)正方形和(b)矩形两种情况,已知a=40mm,试计算它们的最大弯曲正应力,并比较后能得出何结论?

A

A

B

q

l

(a)

a

y

z

a

(b)

y

z

2a/3

3a/2

题15-1解:

习题15

习题15-1解答图弯矩图

q

A

B

l

M

ql2/2

正方形截面:

矩形截面:

结论:横截面面积相同正方形截面和矩形截面的梁,对于弯曲的正应力强度,后者要好于前者。

15-2直径为d的悬臂梁受如图所示的集中力F和集中力偶Me作用,已知F=6kN,Me=10kN?m,l=0.5m,d=80mm,试求梁的截面1-1和2-2上k1、k2、k3、k4各点的弯曲正应力。

1

1

1

2

2

F

A

B

l

(a)

Me

l

d

z

y

k1

k2

k3

k4

d/4

(b)

题15-2解:

习题15-

习题15-2解答图弯矩图

1

2

2

1

F

A

B

Me

l

l

FA=F

MA=Me-2Fl

M

4kNm

7kNm

3kNm

弯矩图,如图所示。

截面1-1的弯矩为

截面2-2的弯矩为

截面1-1上k1、k2、k3、k4各点的弯曲正应力分别为

15-3如图所示矩形截面简支梁,受到集中力偶Me的作用,已知Me=120kN?m,l=1.2m,试求梁的危险截面上k1、k2、k3、k4各点的弯曲正应力和弯曲切应力。

C

C

Me

B

l/3

2l/3

(a)

A

240

(b)

单位:mm

y

z

k1

k2

k3

k4

60

180

习题15-3

习题15-3解答图

Me

A

B

FA=Me/l

C

l/3

2l/3

FB=Me/l

FS

Me/l

M

2Me/3

Me/3

矩形截面:b=180mm,h=240mm

约束力:(↓),(↑)

剪力图和弯矩图,如图所示。

危险截面为C+截面,

其上内力分量为

危险截面C+上k1、k2、k3、k4各点的

弯曲正应力和弯曲切应力分别为

,,,

15-4承受弯曲的梁横截面初始设计为直径D1=50mm的实心圆,某人建议,不改变梁的其他条件,仅将横截面改为内、外径之比的空心圆,且横截面积不变,可降低梁中应力,提高承载能力。你能通过计算,给出这两种截面的最大弯曲正应力之比,用数据支持某人的建议吗?

D

D2

d2

D1

题15-4解:

实心圆横截面的面积

空心圆横截面的面积,其中

由于

结论:横截面为空心圆的弯曲梁要好于实心圆,提高了承载能力。

15-5长度为l=250mm,截面尺寸的钢板尺由两端外力偶作用弯成60°的圆弧,已知钢的弹性模量E=200GPa,试求钢板尺横截面上的最大正应力。

M习题15-

M

习题15-5解答图

M

60o

b

1.求弯曲后的曲率:

2.求弯矩:

3.求弯曲后横截面上的最大正应力:

或者

15-6在直径D=2.5m的刚性圆轮上绕有直径d=3mm的钢缆,已知钢缆的弹性模量E=210GPa,屈服极限,试求钢缆中的最大弯曲正应力,并确定能使盘绕在圆轮上的钢缆不发生塑性变形的最小圆轮直径Dmin。

D

D

d

D

题15-6解:

钢缆弯曲后的曲率半径为

钢缆不发生塑性变形的条件为

所以钢缆不发生塑性变形的最小圆轮直径为

15-7直径d=30mm的圆截面简支梁,受如图所示的两个相同的集中力F作用,现需要使梁中间的BC段轴线弯曲成为曲率半径的圆弧,已知材料的弹性模量E=200GPa,a=0.5m,试求施加的两个集中力F的大小。此时梁中的最大弯曲正应力为多少?

a

a

D

B

F

C

A

a

F

题15-7解:

BC段为纯弯曲,其弯矩为

因为

z2hb/2b/2Ch/23b3by习题

z

2h

b/2

b/2

C

h/2

3b

3b

y

习题15-8解答图

yC

5h/2-yC

C1

C2

A1

A2

z0

题15-8解:

T形截面的形心位置:

T形截面对形心轴z的惯性矩:

其中,,

,,

最大拉伸弯曲正应力为

最大压缩弯曲正应力为

15-9由脆性材料制成的外伸梁受均布载荷q作用,梁的横截面为倒U形,尺寸如图,C为截面形心,已知:q=8kN/m,a=1m,h=100mm,t=8mm,横截面对中性轴的惯性矩Iz=4.0?106mm4,试计算梁中最大弯曲拉应力和最大弯曲压应力及最大弯曲切应力。

2

2a

a

a

q

A

B

C

z

t

t

t

h/2

y

3h/2

题15-9解:

习题1

习题15-9解

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