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一、计算题

1． 图1所示各结构材料均为线弹性，其弯曲刚度为EI ，拉杆的拉伸刚度为EA ，不计剪力的影响，试计算结构内的应变能。

图1

【答案】（l ）建立如图2（a ）所示的坐标系。由平衡条件求得支反力:

得梁BC 的弯矩方程:

梁的应变能为:

（2）建立如图2（b ）所示的坐标系，得刚架的弯矩方程: AB 段

BC 段

忽略BC 段由于压缩引起的应变能，故刚架内的应变能为:

图2

（3）对梁ABD 进行受力分析，如图2（c ）所示，并建立坐标系，由平衡条件可得约束反力及BC 杆轴力:

分别以A 、D 为坐标原点，列各段弯矩方程: AB 段

BD 段

故结构的应变能:

2． 一组合圆筒，承受荷载F ，如图1（a ）所示。内筒材料为低碳钢，横截面面积为A 2，弹性模量为E l ， 屈服极限为

; 外筒材料为铝合金，横截面面积为A 2，弹性模量为E 2，屈服极限为

。

假设两种材料均可理想化为弹性一理想塑性模型，其应力-应变关系如图1（b ）所示。试求组合筒的屈服荷载F s 和极限荷载F u 。

图1

【答案】（l ）求组合筒的屈服载荷

由图1（b ）可知气εs1<εs2，两筒的变形量相同，随着载荷F 的增加，内筒首先达到屈服状态，而铝合金 仍处于线弹性状态，此时二者承受的载荷分别为:

又此时，内筒和外筒的变形量相同，即有:

因此，外筒承受的载荷:综上可得，组合筒的屈服载荷:（2）求组合筒的极限载荷

内筒达到屈服极限时，随着载荷F 的继续增加，F s

故组合筒的极限载荷:

3． 直径d=200mm的大柔度实心圆截面杆，受力如图所示。已知F=4.5kN，

术材的弹性模量

。 试求杆的最大正应力。

图

【答案】将作用力分解为沿轴线方向的力

，因为杆的最大正应力为压应力，且:

其中，杆横截面面积

横截面的惯性矩

和垂直于轴线方向的力