11.1. 长为l横截面面积为a的杆以加速度a向上提升,如图所示。若密度为ρ,试求杆内的最大应力。
解:(1) 重力和分布惯性力集度。
2) 截面上的轴力。
3) 杆内最大应力。
11.2. 桥式起重机上吊起的重物g=50 kn,以匀速度v=1 m/s向前移动(在图中移动的方向垂直于纸面)。
若起重机突然停止移动,重物将象单摆一样向前摆动。若梁为14号工字钢,吊索截面面积a=5×10-4 m2,试问当惯性力为最大值时,梁及吊索内的最大应力增加多少?
解:(1) 起重机突然停止时,吊索以初速v作圆周运动,此时吊索轴力增量是。
2) 吊索的应力增量是。
3) 梁内最大弯矩的增量是。
4) 查表得梁的抗弯截面系数。
5) 梁内最大正应力的增量是。
11.4. 图示轴上装有钢质圆盘,盘上有圆孔。若轴以=40 1/s的匀角速度转动,试求轴内因这一圆孔引起的最大正应力。
解:(1) 假设挖空圆盘和圆孔部分的质量分别是m和m,它们的质心距轴线的距离分别为r的r,则有。
2) 挖空圆盘的惯性力是。
上式中钢的重量密度取。
3) 轴内的最大正应力增量是。
11.5. 图示钢轴ab的直径为80 mm,轴上有一直径为80 mm钢质杆cd,cd与ab的轴线垂直。
若ab以匀角速度=40 rad/s转动。材料的许用应力=70 mpa,密度为7.8 g/cm3。
试校核ab轴及cd杆的强度。
解:(1) 分析cd的受力,不计重力的影响:
则有。2) ab轴的弯曲强度。
结论:ab和cd的强度足够。
11.6. 图示ad轴以匀角速度转动。在轴的纵向对称面内,于轴线的两侧有两个重为w的偏心载荷,如图所示。试求轴内的最大弯矩。
解:(1) 计算惯性力。
2) 分析ad受力,画弯矩图。
约束力。3) 最大弯矩。
11.8. 重量为q的重物自高度h下落冲击于梁上的c点,设已知梁的抗弯刚度ei及抗弯截面系数w,试求梁内最大正应力及跨度中点的挠度。
解:(1) 重物静止作用在c处时。
查表得静挠度为。
最大静应力。
查表得梁中点的静挠度。
2) 自由落体的动荷系数是。
3) 求最大动应力和跨度中点的动挠度。
11.9. 长为l=6 m,直径d=300 mm的圆木桩,如图所示,下端固定,上端受w=2 kn的重锤作用。木材的e1=10 gpa。求下列三种情况下木桩的最大正应力。
a) 重锤以静载的方式作用于木桩上(图a)
b) 重锤从离桩顶0.5 m的高度自由下落(图b)
c) 在桩顶放置直径为150 mm,厚为40 mm,弹性模量为e2=8 mpa的橡皮垫。重锤从离橡皮垫顶面0.5 m的高度自由下落(图c)
解:(a) 静载的情况下杆的正应力。
b) 静位移。
自由落体的动荷系数。
杆内的动应力。
c) 静位移。
自由落体的动荷系数。
杆内的动应力。
11.10. 图示ab杆的下端固定,长为l。
在c点受沿水平方向运动的物体的冲击,物体的重量为q,与杆件接触时的速度为v。设杆件的e、i、和w皆为已知量,试求ab杆同最大应力。
解:(1) 载荷q作用在c处时梁的弯矩图。
c点的静挠度是。
最大静应力是。
2) 冲击的动荷系数。
3) 最大动应力。
11.11 长度相等材料相同的变截面杆和等截面杆如图所示。若两杆最大截面面积相同,变截面截杆直径为d的部分长为2l/5。在h颇大的情况下,为便于比较,可把动荷系数取为。
试求两根杆件的动应力。
解:(1) 两根杆的静变形。
2) 自由落体时两根杆的动荷系数。
3) 两杆内的静应力。
4) 两杆内的动应力。
11.14. 图示圆轴直径d=60 mm长度l=2 m,左端固定,右端有一直径d=400 mm的鼓轮。
轮上绕以绳,绳的端点a悬挂吊盘。绳长l1=10 m,横截面面积a=120 mm2,e=200 gpa。轴的切变模量g=80 gpa。
重量为q=800 n的物体自h=200 mm处落于吊盘上,求轴内最大切应力和绳内最大拉应力。
解:(1) 重物静止作用在吊盘时,圆轴发生扭转变形,绳索发生拉伸变形;
静位移。圆轴和绳索内的最大静应力为。
2) 自由落体的动荷系数。
3) 圆轴和绳索内的最大动应力为。
11.16. 10号工字钢的c端固定,a端铰支于空心钢管ab上,如图所示。
管的内径和外径分别为30 mm和40 mm。管的b端亦为铰支座。梁及钢的e同为200 gpa。
当重为300 n的重物q落于梁的a端时,试校核ab杆的稳定性,设稳定安全系数规定为2.5。
解:(1) 重物静止作用在a处时。
属一次静不定问题,解除约束a
变形谐调条件。
列补充方程求出约束反力。
2) 计算静位移。
3) 自由落体的动荷系数。
4) ab杆上的动压力。
5) ab杆的稳定计算。
计算ab杆的柔度。
ab是大柔度杆,临界压力是。
工作安全系数。
压杆不稳定。
材料力学第十一章
1 受压直杆在受到干扰后,由直线平衡形式转变为弯曲平衡形式,而且干扰撤除后,压杆仍保持为弯曲平衡形式,则称压杆丧失稳定,简称失稳或屈曲。压杆失稳的条件是受的压力。称为临界力。2 压杆的临界力,临界应力的计算公式与压杆的柔度所处的范围有关。以三号钢的压杆为例 称为大柔度杆,称为中柔度杆,称为小柔度杆,...