材料力学习题册答案-第9章 压杆稳定

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第 九 章 压 杆 稳 定

一、选择题

1、一理想均匀直杆受轴向压力P=PQ时处于直线平衡状态。在其受到一微小横向干扰力后发生微小弯曲变形,若此时解除干扰力,则压杆( A )。

A、弯曲变形消失,恢复直线形状; B、弯曲变形减少,不能恢复直线形状; C、微弯状态不变; D、弯曲变形继续增大。

2、一细长压杆当轴向力P=PQ时发生失稳而处于微弯平衡状态,此时若解除压力P,则压杆的微弯变形( C )

A、完全消失 B、有所缓和 C、保持不变 D、继续增大 3、压杆属于细长杆,中长杆还是短粗杆,是根据压杆的( D )来判断的。

A、长度 B、横截面尺寸 C、临界应力 D、柔度 4、压杆的柔度集中地反映了压杆的( A )对临界应力的影响。

A、长度,约束条件,截面尺寸和形状; B、材料,长度和约束条件;

C、材料,约束条件,截面尺寸和形状; D、材料,长度,截面尺寸和形状; 5、图示四根压杆的材料与横截面均相同, 试判断哪一根最容易失稳。答案:( a )

6、两端铰支的圆截面压杆,长1m,直径50mm。其柔度为 ( C )

A.60; B.66.7; C.80; D.50 7、在横截面积等其它条件均相同的条件下,压杆采用图( D )所示截面形状,其稳定性最好。

8、细长压杆的( A ),则其临界应力σ越大。

A、弹性模量E越大或柔度λ越小; B、弹性模量E越大或柔度λ越大; C、弹性模量E越小或柔度λ越大; D、弹性模量E越小或柔度λ越小; 9、欧拉公式适用的条件是,压杆的柔度( C )

A、λ≤ ?C、λ≥ ?EE B、λ≤?

?s?PE?P D、λ≥?E?s - 1 -

10、在材料相同的条件下,随着柔度的增大( C )

A、细长杆的临界应力是减小的,中长杆不是; B、中长杆的临界应力是减小的,细长杆不是; C、细长杆和中长杆的临界应力均是减小的; D、细长杆和中长杆的临界应力均不是减小的; 11、两根材料和柔度都相同的压杆( A )

A. 临界应力一定相等,临界压力不一定相等; B. 临界应力不一定相等,临界压力一定相等; C. 临界应力和临界压力一定相等; D. 临界应力和临界压力不一定相等;

12、在下列有关压杆临界应力σe的结论中,( D )是正确的。

A、细长杆的σe值与杆的材料无关;B、中长杆的σe值与杆的柔度无关; C、中长杆的σe值与杆的材料无关;D、粗短杆的σe值与杆的柔度无关; 13、细长杆承受轴向压力P的作用,其临界压力与( C )无关。

A、杆的材质 B、杆的长度

C、杆承受压力的大小 D、杆的横截面形状和尺寸

二、计算题

1、 有一长l=300 mm,截面宽b=6 mm、高h=10 mm的压杆。两端铰接,压杆材料为Q235钢,E=200 GPa,试计算压杆的临界应力和临界力。 解:(1)求惯性半径i

对于矩形截面,如果失稳必在刚度较小的平面内产生,故应求最小惯性半径

imin?Imin?Ahb31??12bhb12?612?1.732 mm

(2)求柔度λ

λ=μl/i,μ=1,

故 λ=1×300/1.732=519>λp=100 (3)用欧拉公式计算临界应力

?cr?(4)计算临界力

π2E?2?π220?104?173.2?2?65.8 MPa

Fcr=σcr×A=65.8×6×10=3948 N=3.95 kN

2、一根两端铰支钢杆,所受最大压力P?47.8KN。其直径d?45mm,长度l?703mm。

钢材的E=210GPa,?p=280MPa,?2?43.2。计算临界压力的公式有:(a) 欧拉公式;(b) 直线公式?cr=461-2.568?(MPa)。 试 (1)判断此压杆的类型;

(2)求此杆的临界压力;

- 2 -

?2E?l?l?86 ??解:(1) ??1 ?1???62.5

d?Pi4由于?2????1,是中柔度杆。 (2)?cr =461-2.568??MPa Pcr??crA?478KN

3、活塞杆(可看成是一端固定、一端自由),用硅钢制成,其直径d=40mm,外伸部分的最大长度l=1m,弹性模量E=210Gpa,?1?100。

试(1)判断此压杆的类型;(2)确定活塞杆的临界载荷。

解:看成是一端固定、一端自由。此时??2

,而

,所以,

故属于大柔度杆-

用大柔度杆临界应力公式计算。

4、托架如图所示,在横杆端点D处受到P=30kN的力作用。已知斜撑杆AB两端柱形约束(柱形较销钉垂直于托架平面),为空心圆截面,外径D=50mm、内径d=36mm,材料为A3钢,E=210GPa、?p=200MPa、?s=235MPa、a=304MPa、b=1.12MPa。若稳定安全系数nw=2,试校杆AB的稳定性。

1.5m0.5mPDC30oBA第七题图

解 应用平衡条件可有

- 3 -

2P2?40?103?N?107kN ?MA?0,NBD?1.5?0.51.5sin30?A?32.837cm2,Iy?144cm4,iy?2.04cm,Ix?1910cm4

ix?7.64cm

A3钢的

?P?99.4,?S?57.1

压杆BA的柔度

1.5??lcos30?x???22.7??S

ix0.07641??y??liy1??1.5cos30??82.9??

P0.0209因?x、?y均小于?P,所以应当用经验公式计算临界载荷

Pcr?A?cr?A(a?b?y)?0.00329??304?1.12?82.9??106N

?695kN

??压杆的工作安全系数

n?695?6.5?nst?5 107BA压杆的工作安全系数小于规定的稳定安全系数,故可以安全工作。

5、 如图所示的结构中,梁AB为No.14普通热轧工字钢,CD为圆截面直杆,其直径为d=20mm,二者材料均为Q235钢。结构受力如图所示,A、C、D三处均为球铰约束。若已知Fp=25kN,l1=1.25m,l2=0.55m,?s=235MPa。强度安全因数ns=1.45,稳定安全因数[n]st=1.8。试校

核此结构是否安全。

解:在给定的结构中共有两个构件:梁AB,承受拉伸与弯曲的组合作用,属于强度问题;杆CD,承受压缩荷载,属稳定问题。现分别校核如下。

(1) 大梁AB的强度校核。大梁AB在截面C处的弯矩最大,该处横截面为危险截面,其上的弯矩和轴力分别为

Mmax?(Fpsin30°)l1?(25?103?0.5)?1.25 ?15.63?103(N?m)?15.63(kN?m)

FN?Fpcos30°?25?103?cos30°

?21.65?103(N)?21.65(kN)

由型钢表查得14号普通热轧工字钢的

Wz?102cm3?102?103mm3A?21.5cm?21.5?10mm222

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由此得到

?maxMmaxFN15.63?10321.65?103???? WzA102?103?10?921.5?102?10?4 ?163.2?106(Pa)?163.2(MPa) Q235钢的许用应力为 [?]??sns?235?162(MPa) 1.45?max略大于[?],但(?max?[?])?100%[?]?0.7%?5%,工程上仍认为是安全的。 (2) 校核压杆CD的稳定性。由平衡方程求得压杆CD的轴向压力为

FNCD?2Fpsin30°?Fp?25(kN) 因为是圆截面杆,故惯性半径为 Id??5(mm) A4又因为两端为球铰约束??1.0,所以

i?1.0?0.55?110??p?101

i5?10?3这表明,压杆CD为细长杆,故需采用式(9-7)计算其临界应力,有 ???l? FPcr?d2?2?206?109??(20?10?3)2 ??crA?2????411024?2E ?52.8?103(N)?52.8(kN)

于是,压杆的工作安全因数为

?F52.8?2.11?[n]st?1.8 nw?cr?Pcr??wFNCD25这一结果说明,压杆的稳定性是安全的。

上述两项计算结果表明,整个结构的强度和稳定性都是安全的。

6、一强度等级为TC13的圆松木,长6m,中径为300mm,其强度许用应力为10MPa。现将圆木用来当作起重机用的扒杆,试计算圆木所能承受的许可压力值。

解:在图示平面内,若扒杆在轴向压力的作用下失稳,则杆的轴线将弯成半个正弦波,长度系数可取为??1。于是,其柔度为

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/4cx3.html

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