工程力学(静力学与材料力学)习题及答案-设计准则

1、习12-2. 12-3 图r r习题124 12-5图工程力学(静力学与材料力学)习题第12章失效分析与设计准则12-1对于建立材料在一般应力状态下的失效判据与设计准则试选择如下合适的论述。(A) 逐一进行试验，确定极限应力：(B) 无需进行试验只需关于失效原因的假说：(C) 需要进行某些试验无需关于失效原因的假说：(D) 假设失效的共同原因，根据简单试验结果。正确答案是12-2对于图示的应力状态(6)若为脆性材料试分析失效可能发生在：(A) 平行于.轴的平而：(B) 平行于2轴的平面：(C) 平行于OYZ坐标血的平面：(D) 平行于Oxy坐标面的平面。正确答案是o12-3对于图示的应力状态，

2、若v =v ,且为韧性材料，试根 据最大切应力准则，失效可能发生在：(A) 平行于)，轴.其法线与X轴的夹角为45°的平面，或平行 于A轴、其法线与y轴的夹角为45°的平面内：(B) 仅为平行于y轴、法线与Z轴的夹角为45°的平而：(C) 仅为平行于二轴、其法线与兀轴的夹角为45°的平面：(D) 仅为平行于X轴.其法线与Y轴的夹角为45°的平面。 正确答案是12-4铸铁处于图示应力状态下.试分析最容易失效的是:(A) 仅图c：(B) 图a和图b：(C) 图a、b和图G(D) 图 a、b、C 和图(L正确答案是。12- 5低碳钢处于图示应力状态下

3、若根据最大切应力准则.试分析最容易失效的是:(A仅图d：(B) 仅图c：(C) 图C和图d：(D) 图a、b和图血正确答案是O12 6韧性材料所处应力状态如图所示，根据最大切应力准则.试分析二者同时失效的条件是:(A) > r r = 23 ：(B) < f r = 43 :(C) = r ；(D) > r . = 2r3o正确答案是。12-7承受内压的两端刼闭的恻柱状薄壁容器由韧性材料制成。试分析因压力过大表血出现裂纹时, 裂纹的可能方向是：(A) 沿圆柱纵向：(B) 沿与圆柱纵向成45°角的方向：(C) 沿与圆柱纵向成30°角的方向：(D) 沿环向。正

4、确答案是。12 8承受内压的两端封闭的圆柱状薄壁容器,由脆性材料制成。试分析因压力过大表面岀现裂纹时, 裂纹的可能方向是：(A) 沿圆柱纵向：(B) 沿与圆柱纵向成45°角的方向：(C) 沿圆柱环向：(D) 沿与圆柱纵向成30°角的方向C正确答案是12-9十韧性材料和脆性材料制成的两个两端封闭的恻柱形薄壁容器因内压发生失效时试分析断口 特征是：(A) 二者断口均沿着纵截面：(B) 二者断口均沿肴横J(f:(C) 韧性材料容器断口平面平行于轴线并与圆周切线方向成45°角：脆性材料容器断口平血沿纵彼而:(D) 脆性材料容器断口平面平行于轴线并与圆周切线方向成45

5、76;角：韧性材料容器断口沿纵截而。正确答案是。12-10有人说，杆件受拉伸时有1l的设汁准则.现在又讲“对于韧性材料，应用最大切应力准 则或形状改变比能准则试问二者是否矛盾？从这里可以得到什么结论？12- H 对干纯切应力状态，若将设汁准则写成rkl试确定两种情形下许用切应力与许用拉应力 之间的关系：1. 脆性材料：2. 籾性材料。12-12构件中危险点的应力状态如图所示，其中(J =45MPa. v= 135MPa. , = 0. rx =0.构件为钢制，拉伸许用应力= 160MPao试选择合适的准则作强度校悅习题12-12和12-13图12-13构件中危险点的应力状态如图所示，其中t =

6、 20MPa. CrY = -25MPa. . = 30MPa. rx. = 0, 构件材料为铸铁，6= 3OiVlPa°试选择合适的准则作强度校核。12-14 图示平面应力状态，应力分虽分别为t=40MPa.匕=40 MPa, G = 60 MPa,试按最大切 应力准则和形状改变比能准则分别确定讣算应力。J2T习题 12-14-12-17 图11412 15图示平面应力状态应力分址分别为6 = 60!VlPa, v=-80MPa. GV=70MPa,试按最大 切应力准则和形状改变比能准则分别确定计算应力。12 16图示平面应力状态，应力分址分别为 =-40MPa, v=50MPa,

7、 rrv=0,试按最大切应力 准则和形状改变比能准则分别确定计算应力。12 17图示平面应力状态应力分址分别为A = 0, v=0. rtv=45 MPa.试按最大切应力准则和 形状改变比能准则分别确定计算应力。12 18钢制零件上危险点的平面应力状态如图所示，其中0= 207 MPaO已知材料的屈服应力CTS = 330MPao试按最大切应力准则确定是否发生屈服若不屈服确定其安全因数。习fig 12-18, 12-20 图12 19钢制零件上危险点的平面应力状态如图所示.其中S严248 MPao已知材料的屈服应力S = 330!VlPao试按最大切应力准则，确定是否发生屈服若不屈服确定其安全

8、因数。1220钢制寥件上危险点的平面应力状态如图所示，其中0= 290 MPao已知材料的屈服应力CTS = 330MPaO试按最大切应力准则，确定是否发生屈服若不屈服确定其安全閃数。12-21试根据形状改变比能准则，重解习题12 18。12-22试根据形状改变比能准则，重解习题1219。1223试根据形状改变比能准则，重解习题1220。1224钢制构件上危险点的平面应力状态如图所示.其中r0= 60 MPao已知材料的屈服应力为S = 300 MPaO试按形状改变比能准则，确定是否发生屈服若不发生屈服试确定其安全因数C12-25钢制构件上危险点的平面应力状态如图所示，其中r0= 120 MP

9、ao已知材料的屈服应力为6 = 300MPaO试按形状改变比能准则，确定是否发生屈服，若不发生屈服试确定其安全因数。12-26钢制构件上危险点的平面应力状态如图所示，其中r0 =I30 MPa.已知材料的屈服应力为7$ = 300MPao试按形状改变比能准则，确定是否发生屈服若不发生屈服试确定其安全因数。习题 12-24一12-27 图12-27试根据昴大切应力准则重解习题12-24.12-27试根据最大切应力准则重解习题12-25.12-27试根据最大切应力准则重解习题12-26。MHaTI 240 MPa12-28铝合金制成的零件上危险点处的平血应力状态如图所示。材料的屈服应力s = 25

10、0MPaC试按 最大切应力准则确定其安全I大1数。36|90（单位4P2114习题12-2812-29图12-29铝合金制成的零件上危险点处的平面应力状态如图所示。材料的屈服应力5 = 250MPaa试按形 状改变比能准则确定其安全因数。12-30铝合金制成的零件上危险点的平面应力状态如图所示。已知材料的屈服应力s = 250MPaO试 按形状改变比能准则确定其安全閃数。36J 120习题 12-30一一12-31 图12-31铝合金制成的零件上危险点的平面应力状态如图所示。已知材料的屈服应力s = 250MPao试 按最大切应力准则确定其安全I対数。12-32铝合金制成的零件上某一点处的平而

11、应力状态如图所示其屈版应力6 = 2801VIPa°试按最大切应力准则确定:屈服时的6的代数值,习題12-3212-33图12 -33铝合金制成的零件上某一点处的平血应力状态如图所示，其屈服应力s = 280MPa.试按最大 切应力准则确定：安全因数为12时的/、.值。MPaS9=43OMPab57- = 56.7 MPa0.91912-34应力状态分别如图所示。试：应用报大切应力准则确定计算应力。12-35应力状态分别如图所示。试：应用报大切应力准则确定讣算应力。习题12-35图“一至 6 =空一 (0) = 0.919o > 52 MPa一 212412-36对于习題12

12、34和1235中的两种应力状态.若二者的<7、r数值分别相等，且ll>lrc 试：应用形状改变比能准则判I析何者较易发生屈服，并写出它们的设讣准则。12 37薄壁圆柱形锅炉容湍的平均直径为125Omm最大内压强为23个大气压（1个大气斥0.1MPa）, 在r温下匸作时材料的屈服应力6= 182.51VlP転若规定安全因数为1.8,试按最大切应力准则设计容雅的壁12-38平均直径D=1.8n壁厚5= 14mm的圆柱形容器，承受内压作用。若已知容器为钢制.其屈 服应力氐=40OrVIPa耍求安全因数h = 6.0o试用最大切应力准则确定此容湍所能承受的锻大内压力。2.用形状改变比能准则

13、。12 39平均直径D= 1.8m、壁J=I4mm的圆柱形容器，承受内斥作用。若已知容器为钢制.其屈 服应力氐=400MPa,求安全因数/h = 6.0。试用形状改变比能准则确定此容器所能承受的最大内压力。12-40薄壁圆柱形容器受外压力作用.已知压力P = 15MPa.圆柱外径D = 80nm.材料的许用应力 = 160MPaO试按形状改变比能准则确定容器壁厚3。Q /If Ilffl IP*习题1240图1241图示结构中.所有梁的材料.弯曲刚度、梁长等均完全相同：所有杆AB的长度、拉斥刚度等 亦完全相等。在图示四种加載条件下杆AB的稳定工作安全I対数,w(a) nw(b). HW(C)X

14、 w(d)之间的关系 有如下结论，试判断哪一结论是正确的。(A) ZJW(a) = w(b) = HW(C) = jw(d):(B) Hyfi(a) w(b) nw(C) Hyfi(d):(C) nw(a) = w(b) < nw(C) < rw(CI):(D) /Jw(a) = ?jw(b) > 仏(C) > g(d)。正确答案是<8)(b)(C)(d>习题12-41图12-42根IVIIkfr役il准则爪杆的许可载荷Fp2LA O当横截血而枳A增加一倍时，试问幵I)Sl将按下列四种规律中的哪一种变化？(A増加一倍：(B) 増加两倍:(C) 増加1/2倍：

15、(D) 丹随着4的増加呈非线性变化。正确答案是 o12- 43图示压杆两端为球钱约束.截Ifti如图所示，为20OmInXl25mmX 18mm的不等边角钢。杆长/ = 5n材料为Q235钢，其弹性模E = 205GPao试求斥杆的临界载荷。12-44图示托架中杆AB的直径d = 40mm,长度I = 800mm. 钢，试：求托架的临界戦荷FPCrO两端可视为球狡链约束材料为Q23512-45习题12411246图图示托架中杆AIi的直径d = 40mm长度/ = 8(X)mnu两端可视为球枚链约束.材料为Q235钢,若已知工作裁荷FP = 70kN,并要求杆AB的稳定安全因数仍k = 2.0

16、,校核托架是否安全。12-46图示托架中杆仙 的直径d = 40mb长度/ = 80Omm两端可视为球饺链约束材料为Q235 钢.若横梁为No.l8热轧工字钢.= 16()MPa,试问托架所能承受的最大載荷有没有变化？12-47关于钢制细长压杆承受轴向圧力达到分叉找荷之后.还能不能继续承拔有如下四种答案，试判 I析哪一种是正确的。(A) 不能C閃为載荷达到临界值时屈曲位移将无限制地増加：(B) 能。因为压杆一直到折断时为止都有承载能力：(C) 能。只要横截倆上的最大正应力不超过比例极限：(D) 不能。因为超过分叉载荷后，变形不再是弹性的。1248图示a、b、c. d四桁架的几何尺寸.恻杆的横截

17、面直径.材料、加力点及加力方向均相同。 关干四桁架所能承受的最大外力FPnUX有如下四种结论，试判断哪一种是正确的。(A ) FPlnaX(a)=Fpux(C)<Fpmax(b)=Fpmax(d)S(B) Fpux( a)=Fpmax(c)=Fpmax( b )=Fpu( d ):(C ) Fpux(a)=Fpmax(d)<Fprnax( b)=Fpmax(C) S(D) FPIniix(a)=Fpu(b)<Fpux(C)=Fpmax(d)。(b)(d)习题12-48图12-49 -端固定.另一端由弹簧侧向支承的细长压杆.可采用欧拉公式FPCr=2f(P试确定压杆的长度系数“

18、的取值范囤：(A) />2.0：(B) 0.7<<2.0:(C) <0.5：(D) 0.5<<0.7o12-50正三角形截面压杆.其两端为球饺链约束，加戦方向通过压杆轴线。半戦荷超过临界值压杆 发生屈曲时，横截面将绕哪一根轴转动？现有四种答案，请判断哪一种是正确的。(A) 绕y轴：(B) 绕通过形心C的任总轴：(C) 绕Z轴：(D) 绕y轴或Z轴。 = 235 MPao它们可以各自独立发生弯曲互不影响。若该结构的稳定安全因数心=2.5,试求所承受的舅 大安全压力。12-55图示正方形桁架结构，由五根恻截浙钢杆组成，连接处均为饺链各杆直径均为J=40mm, "=Imc 材料均为Q235钢,E=200GPa,川St=I& 试：1. 求结构的许可载荷：2. 若斤力的方向与1中相反，问：许可栽荷是否改变，若有改变应为女少？习题12-55图12-56图示结构中AC与CD杆均用3号钢制成，C、D两处均为球饺。已知=2Omm, D=IOOmm,= 180mm： E=200GPa, = 240 MPa. b = 4()0MPa :强度安全因数川=2.0,稳定安全因数加=3.0。试确