材料力学平面图形几何性质公式大全

（材料力学II ） 圆轴扭转与平面图形几何性质 材II-1、传动轴转速min /300r n =[或： ]，主动轮A 输人功率kw 60=A P ， 三个从动轮B 、C 、D 输出功率分别为kw 10=B P ,kw 20=C P , kw 30=d P 。试求各指定截面上的内力扭矩，并绘该轴的扭矩图。

[答案] 略

材II-2、圆轴截面直径mm 50=d ，如图所示，两端受m kN 1?=e M 的外力偶矩的作用，材料的切变模量a GP 80=G 。

试求： ( l )横截面上半径4d A =ρA 点处的切应力和切应变；

( 2)该截面上最大切应力和该轴的单位长度扭转角。

[答案] 420.4, 2.5510

;40.8; 1.17()/max MPa MPa m A A τγτ?-==?==

材II-3、圆轴的直径mm 50=d ，转速为r/min 120=n 。若该轴横截面上的最大切应力等于MPa 60max =τ,试问所传递的功率P 为多大? [答案] kW 5.18=P

材IV-7、试求图示超静定梁的支反力。[答案] 13,42B A M

e R M M e a =-= A

模拟试卷格式

《建筑力学》96学时模拟试题卷

二、计算题（本题15分

1 若平面图形对某一轴的静矩为零，则该轴必通过图形的（ ）。

A 形心 B 质心

C 中心 D 任意一点

2 在平面图形的一系列平行轴中，图形对（ ）的惯性矩为最小。

A 对称轴 B 形心轴 C 水平轴 D 任意轴

3 平面图形对任意正交坐标轴yoz的惯性积（ ）。

A 大于零 B 小于等于零 C 等于零 D 可为任意值 4 在平面图形的几何性质中，（ ）的值可正、可负、也可为零。

A 静矩和惯性矩 B 极惯性矩和惯性矩 C 惯性矩和惯性积 D 静矩和惯性积

5 在oyz直角坐标系中，一圆心在原点、直径为d的圆形截面图形对z轴的惯性半径为（ ）。

1111d D d A d B d C

8412166 任意图形，若对某一对正交坐标轴的惯性积为零，则这一对坐标轴一定是该图形的（ ）。

《材料力学》复习常用公式

F

一、 拉伸压缩：

1、 拉伸压缩正应力计算公式： =

A

2、 2、拉伸胡克定律：ε= L=

E

F

FLEA

ε′=-μ ε=

E

FαA

LL

3、 拉压杆斜截面上得胡克定律：Pα=α=

Aα

cosα = 0cosα 其

中Aα=A/cosα 正应力为 = Pαcosα= 0cos2α 切应力：τ= 0sin2α

21

4、 拉压杆强度计算：强度校核：

F

N，max

F

N，max

A

≤[ ] , 设计截面：A≥

[ ]

，确定工作载荷：FN≤ .A

二、 扭转：

1、 传动轴的外力偶矩计算：{M}N.m=2、 单位扭转角：

角：φ=

MeLGIρ

dφdx

{P}kw

{n}r/min

×9549

=

TGIρ

，长为L的一段杆两端面间的相对扭转

TρIρ

TWρ

3、 最大切应力：τmax= τmax=4、 对于实心圆：Iρ=

4

π

432

πd432

Wρ为扭转截面系数）

2IρD

, Wρ=

4

πd316

=

对于空心圆：Iρ=

4

2IρD

πd432

（1-α）=D d) ，Wρ=

πd316

（1-α）=

TmaxWρ

，其中α=D

d

5、 扭转强度计算：强度校核： τmax=6、 刚度条件：φ‘max≤[φ] 即：

TmaxGIρ

≤[τ] ，

附录I 截面的几何性质 习题解

[习题I-1] 试求图示各截面的阴影线面积对x 轴的静积。

（a ）

解：)(24000)1020()2040(3mm y A S c x =+??=?=

（b ） 解：)(42250265)6520(3mm y A S c x =?

?=?= （c ）

解：)(280000)10150()20100(3mm y A S c x =-??=?= （d ）

解：)(520000)20150()40100(3mm y A S c x =-??=?=

[习题I-2] 试积分方法求图示半圆形截面对x 轴的静矩，并确定其形心的坐标。

解：用两条半径线和两个同心圆截出一微分面积如图所示。

dx xd dA ?=)(θ；微分面积的纵坐标：θsin x y =；微分面积对x 轴的静矩为：

θθθθθdxd x x dx xd y dx xd y dA dS x ?=??=??=?=sin sin )(2

半圆对x 轴的静矩为：

3

2)]0cos (cos [3]cos []3[sin 3300300

2

r r x d dx x S r r

x =--?=-?=?=??

πθθθπ

π

因为c x y A S ?=，所以c y r r ??=232132π

? 外力偶矩计算公式 （P功率，n转速）

? 弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式

? 轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式 （杆件横截面轴力FN，横截面面积A，拉

应力为正） ?

轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a从x轴正方向逆时针转至外法线的方

位角为正）

?

纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样

直径d1）

?

纵向线应变和横向线应变

?

泊松比

? 胡克定律

? 受多个力作用的杆件纵向变形计算公式?

?? 承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式

?? 轴向拉压杆的强度计算公式

?? 许用应力 ， 脆性材料 ，塑性材料

?? 延伸率

?? 截面收缩率

?? 剪切胡克定律（切变模量G，切应变g）

?? 拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式

?? 圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆

（b）空心圆

?? 圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到圆心距离r ）

?? 圆截面周边各点处最大切应力计算公式

?? 扭转截面系数 ，（a）实心圆

（b）空心圆

?? 薄壁

? 外力偶矩计算公式 （P功率，n转速）

? 弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式

? 轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式 （杆件横截面轴力FN，横截面面积A，拉

应力为正） ?

轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a从x轴正方向逆时针转至外法线的方

位角为正）

?

纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样

直径d1）

?

纵向线应变和横向线应变

?

泊松比

? 胡克定律

? 受多个力作用的杆件纵向变形计算公式?

?? 承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式

?? 轴向拉压杆的强度计算公式

?? 许用应力 ， 脆性材料 ，塑性材料

?? 延伸率

?? 截面收缩率

?? 剪切胡克定律（切变模量G，切应变g）

?? 拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式

?? 圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆

（b）空心圆

?? 圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到圆心距离r ）

?? 圆截面周边各点处最大切应力计算公式

?? 扭转截面系数 ，（a）实心圆

（b）空心圆

?? 薄壁

附录I 截面的几何性质 习题解

[习题I-1] 试求图示各截面的阴影线面积对x轴的静积。

（a）

3解：Sx?A?yc?(40?20)?(20?10)?24000(mm)

（b）

解：Sx?A?yc?(20?65)?（c）

3解：Sx?A?yc?(100?20)?(150?10)?280000(mm)

65?42250(mm3) 2（d）

3解：Sx?A?yc?(100?40)?(150?20)?520000(mm)

[习题I-2] 试积分方法求图示半圆形截面对x轴的静矩，并确定其形心的坐标。

解：用两条半径线和两个同心圆截出一微分面积如图所示。

dA?(xd?)?dx；微分面积的纵坐标：y?xsin?；微分面积对x轴的静矩为： dSx?dA?y?(xd??dx)?y?xd??dx?xsin??x2sin??dxd?

半圆对x轴的静矩为：

1

Sx??r0x3rr32r3?xdx?sin??d??[]0?[?cos?]0??[?(cos??cos0)]?

03332?2r314r???r2?yc yc?因为Sx?A?yc，所以 323?[习题I-3] 试确定图示各图形的形心位置。

（a） 解：

习题I-3(a): 求门形截面的形

材料力学重点及其公式

材料力学的任务 （1）强度要求；（2）刚度要求；（3）稳定性要求。

变形固体的基本假设 （1）连续性假设；（2）均匀性假设；（3）各向同性假设；（4）小变形假设。 外力分类：表面力、体积力；静载荷、动载荷。

内力：构件在外力的作用下，内部相互作用力的变化量，即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法：（1）欲求构件某一截面上的内力时，可沿该截面把构件切开成两部分，弃去任一部分，保留另一部分研究（2）在保留部分的截面上加上内力，以代替弃去部分对保留部分的作用。（3）根据平衡条件，列平衡方程，求解截面上和内力。 应力： p?lim?A?0?PdP正应力、切应力。 变形与应变：线应变、切应变。 ??AdA杆件变形的基本形式 （1）拉伸或压缩；（2）剪切；（3）扭转；（4）弯曲；（5）组合变形。 静载荷：载荷从零开始平缓地增加到最终值，然后不再变化的载荷。 动载荷：载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因：脆性材料在其强度极限

?b破坏，塑性材料在其屈服极限?s时失效。二者统称为极限应力理想情形。塑性材

?????s?????b料、脆性材料的许用应力分别为：

n3，nb，

机械专业材料力学常用公式

1.

外力偶矩计算公式 （P功率，n转速）

2. 弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式

3. 轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式

（杆件

横截面轴力FN，横截面面积A，拉应力为正） 4. 轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角

a 从x

轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正）

5. 纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样直径d1）

6. 纵向线应变和横向线应变

7. 泊松比

8. 胡克定律

9. 受多个力作用的杆件纵向变形计算公式

?

10.

承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公

，塑性材

式

11. 12. 料

13. 14. 15. 16.

轴向拉压杆的强度计算公式

许用应力

延伸率

截面收缩率

， 脆性材料

剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ）

拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式

17. 圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆

（b）空心圆

18.

圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩

T，所求点到圆心距离r ）

19. 圆截面周边各点处最大切应力计算公式

20. 扭转截面系数

，（a）实心圆

（b）空心圆

21.

薄壁圆管（壁厚δ≤ R0 /10 ，R0 为圆管的平均半

径）扭转切应力计算公式

22.

圆轴扭转

附录I 截面的几何性质 习题解

[习题I-1] 试求图示各截面的阴影线面积对x轴的静积。

（a）

解：Sx?A?yc?(40?20)?(20?10)?24000(mm3) （b）

解：Sx?A?yc?(20?65)?（c）

3解：Sx?A?yc?(100?20)?(150?10)?280000(mm)

652?42250(mm)

3（d）

3解：Sx?A?yc?(100?40)?(150?20)?520000(mm)

[习题I-2] 试积分方法求图示半圆形截面对x轴的静矩，并确定其形心的坐标。

解：用两条半径线和两个同心圆截出一微分面积如图所示。

dA?(xd?)?dx；微分面积的纵坐标：y?xsin?；微分面积对x轴的静矩为： dS?dA?y?(xd??dx)?y?xd??dx?xsin??xsin??dxd?

2x半圆对x轴的静矩为：

1

Sx??r0xdx?sin??d??[02?x33]?[?cos?]0?r0?r33?[?(cos??cos0)]?2r33

因为Sx?A?yc，所以

2r33?122??r?yc yc?4r3?

[习题I-3] 试确定图示各图形的形心位置。

（a） 解：

习题I-3(a): 求门形截面的形