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1、第二单元 直杆的基本变形练习题一、名词解释1杆件 杆件是指纵向（长度方向）尺寸远大于横向（垂直于长度方向）尺寸的构件。2内力 在外力作用下，材料（或杆件）产生变形，杆件内部产生阻止变形的抗力称为内力。3应力 杆件在外力作用下，其截面上单位面积上的内力称为应力。4应变 应变是杆件在外力作用下其内部某一点的变形程度。5力学性能 力学性能又称为机械性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能。6抗拉强度 抗拉强度是指拉伸试样拉断前承受的最大标称拉应力。7塑性 塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。8扭转变形 构件受到作用面与轴线垂直的外力偶作用时，各横截面绕轴线发生相对转动的现象，称为扭转
2、变形。9弯曲变形 杆件受到垂直于轴线的外力或作用面在轴线所在平面内的外力偶作用时，杆件的轴线将由直线变为曲线，这种变形称为弯曲变形。10交变应力随时间发生周期性变化的应力称为交变应力。二、填空题1杆件有两个主要几何要素，即 横截面 和 轴线 。 横截面 是指垂直于杆件轴线方向的截面； 轴线 是指各横截面形心（几何中心）的连线。2根据载荷作用性质的不同，载荷分为 静 载荷、 冲击 载荷和交变载荷。3根据载荷作用形式的不同，载荷又可分为 拉伸 载荷、 压缩 载荷、 弯曲 载荷、剪切载荷和扭转载荷等。4杆件的基本变形形式主要有拉伸（或压缩）变形、 剪切 变形、 扭转 变形和弯曲变形。5通常将产生轴向
3、拉伸变形的杆件称为 拉 杆，将产生轴向压缩变形的杆件称为 压 杆。6 内 力是杆件内部产生阻止变形的抗力， 外 力是作用于杆件上的载荷和约束力。7应力分为 正 应力和 切 应力。8材料的力学性能指标有 强度 、 塑性 、硬度、韧性和疲劳强度等。9从退火低碳钢的力（F）-伸长（）曲线图可以看出，拉伸试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、 屈服 阶段、变形强化阶段、 缩颈 与断裂四个阶段。10强度是材料在力的作用下，抵抗永久变形和 断裂 的能力。11材料在静拉伸试验中的强度指标主要有: 屈服 强度、规定总延伸强度、 抗拉 强度等。12工程上广泛使用的表征材料塑性大小的主要指标是： 断后 伸长率和
4、 断面 收缩率。13压缩试样通常采用 圆 截面或 方 截面的短柱体。14常用的硬度测试方法有 布氏 硬度(HBW)和 洛氏 硬度(HRA、HRB、HRC等)。15夏比摆锤冲击试样主要有 V 型缺口试样和 U 型缺口试样两种。16冲击吸收能量K大，表示金属材料抵抗冲击试验力而不破坏的能力 越强 ，即韧性越好。17如果安全因数过大，则许用应力过 低 ，将造成材料使用过多或浪费；如果安全因数过小，则材料用量 减少 ，但安全得不到保障，在过载时容易导致事故。18应用轴向拉（压）杆的强度条件可以解决拉（压）杆的 强度 校核、截面尺寸 选择 、许用载荷确定等问题。19圆轴扭转变形的特点是：圆轴各横截面绕轴
5、线发生相对 转动 ，但圆轴轴线始终保持直线。20圆轴扭转变形时，其横截面圆心处的切应力为 0 ，边缘圆周上各点的切应力最大，同一圆周上各点的切应力 相等 。21机械工程中，通过对支座的简化，可将梁分为简支梁、 悬臂 梁和 外伸 梁三种形式。22如果将梁设想成由无数纵向纤维所组成，正的弯矩使梁下侧的纵向纤维受 拉 ，上侧的纵向纤维受 压 。23粗短压杆和细长压杆的失效是截然不同的，前者是 强度 问题，后者是 稳定性 问题。24构件表面加工质量高，表面粗糙度值越 小 ，应力集中越 小 ，疲劳强度也越高。三、单项选择题1材料（或杆件）抵抗变形的能力称为 B 。A强度； B刚度。2起重机起吊重物时，钢
6、丝绳不被拉断是因为钢丝绳具有足够的 A 。A强度； B刚度。3下列零件中没有剪切变形的是 C 。A销； B铆钉； C拉杆 D键。4通常建筑物的立柱会产生 B 。A拉伸变形； B压缩变形 C扭转变形。5挤压变形是构件的 B 变形。A轴向压缩； B局部互压； C全表面。6下列构件在使用中可产生扭转变形的是 B 。A起重吊钩； B钻孔的钻头； C火车车轴。7传动系统中传动轴产生 C 。A拉伸变形； B压缩变形 C扭转变形。8如图2-47所示，用截面法求扭矩时，无论取哪一段作为研究对象，其同一截面的扭矩大小和符号是 A 。A完全相同； B正好相反； C不能确定。图2-47 圆轴截面的扭矩9在图2-48
7、中，仅发生扭转变形的轴是 A 。A图2-48a； B图2-48b； C图2-48c； D图2-48d。图2-48 轴受力情况10在梁的弯曲过程中，梁的中性层 A 。A长度不变； B长度伸长； C长度缩短。11如图2-49所示，火车轮轴产生的是 D 。A拉伸或压缩变形； B剪切变形； C扭转变形 D弯曲变形。图2-49 火车轮轴示意图四、判断题（认为正确的请在括号内打“”；反之，打“”）1两根制作材料相同，但粗细不同的杆件，在相同拉力作用下，它们的内力是不相等的。（ ）2两根制作材料相同，但粗细不同的杆件，在相同拉力作用下，它们的应力是不相等的。（ ）3在机械工程中常利用冷变形强化提高构件的承载
8、能力。（ ）4在杆件截面突变处的横截面上，应力分布是均匀的。( )5铸铁在压缩时其抗压强度远大于抗拉强度。( )6一般来说，金属材料的硬度值愈高，零件的耐磨性也愈高。( )7冲击吸收能量K对温度非常不敏感。( )8纯弯曲时，梁的中性层与横截面交线称为中性轴。（ ）9梁的横截面上距离中性轴越远的点，其正应力就越小。（ ）10齿轮轴在工作中既有弯曲变形也有扭转变形。（ ）11偏心拉伸是轴向拉伸与弯曲的组合变形。（ ）12可以采用缩短梁的跨度（或外伸长度）的措施来提高梁的抗弯刚度。（ ）13对于承受轴向压力的杆件，只要满足压缩强度条件即可安全、可靠地工作。（ ）14塑性材料在交变应力作用下，即使发生
9、疲劳破坏，其断口也会有明显的塑性变形。（ ）15构件的尺寸越大，所包含的缺陷越多，出现裂纹的概率越大，因此，其疲劳强度越低。（ ）五、简答题1为了使杆件正常工作，杆件必须满足哪三个基本要求?答：第一，杆件应具有足够的强度，保证杆件在载荷作用下不发生破坏。第二，杆件应具有足够的刚度。第三，杆件应具有足够的稳定性。2拉伸变形（或压缩变形）的特点是什么?答：拉伸变形（或压缩变形）的特点是：作用在杆件上的外力（或外力的合力）的作用线与杆件轴线重合。当作用在杆件上两端面的外力作用线方向离开杆件端面时，杆件发生拉伸变形，杆件主要是轴向伸长，同时杆件横截面尺寸缩小；当作用在杆件上两端面的外力作用线方向指向杆
10、件端面时，杆件发生压缩变形，杆件主要是纵向收缩，同时杆件横截面尺寸增大。3铸铁的R-曲线有何特点？答：铸铁在拉伸过程中，试样从开始至拉断，应力和应变都很小，没有明显的屈服阶段和缩颈现象，断口垂直于试样轴线，即断裂是发生在最大拉应力的作用面。断裂时的应变仅为0.40.5%，说明铸铁是典型的脆性材料。4挤压与压缩有何不同？答：挤压变形发生在两个构件相互接触的表面，产生局部塑性变形；压缩变形是发生在整个构件内，产生整体塑性变形。5圆轴扭转变形的受力特点和变形特点是什么？答：圆轴扭转变形的受力特点是：在与圆轴轴线垂直的平面内受到大小相等、方向相反、作用面垂直于轴线的力偶作用。圆轴扭转变形的特点是：圆轴
11、各横截面绕轴线发生相对转动，但圆轴轴线始终保持直线。6如何确定扭矩的正负号？答：通常采用右手定则确定扭矩的正负号：用右手四指沿扭矩的转向握着轴，大拇指的指向（扭矩的方向）背离截面时，扭矩为正；反之，扭矩为负。7纯弯曲时梁横截面上的正应力如何分布？答：梁纯弯曲变形时，横截面绕中性轴转动。中性轴一侧为拉应力，另一侧为压应力，其大小沿截面高度（y）呈线性分布；横截面上距离中性轴最远的截面上、下边缘上，分别具有最大拉应力和最大压应力；横截面上距离中性轴等距离的各点的正应力相同，中性轴上各点（y=0）的正应力为零。8提高梁抗弯能力的措施有哪些？答：（1）合理布置支座，降低最大弯矩值。（2）合理选用梁的截
12、面形状，充分发挥材料潜力。（3）采用变截面梁。（4）提高梁的抗弯刚度。9疲劳失效具有哪些特征？答：（1）工作应力低。破坏时的最大工作应力一般远低于静载荷下材料的屈服强度。（2）破坏表现为脆性断裂。即使是塑性很好的材料，破坏时断口处也无明显的塑性变形。（3）断口由疲劳源、裂纹扩展区和断裂区三部分组成。（4）断裂前经过多次应力循环作用。（5）疲劳失效往往是突然发生的，事先无明显预兆，一旦发生破坏，往往造成严重后果。六、综合分析题1有三个试样，它们的尺寸相同，但制作材料不同，它们的R-曲线如图2-50所示。试分析哪一种材料的强度高？哪一种材料的刚度大？哪一种材料的塑性好？答：材料1的强度最高；材料2
13、的刚度最大；材料3的塑性最好。2如图2-51所示结构，如果采用铸铁制作杆1，采用退火低碳钢制作杆2，是否合理？为什么？ 图2-50 三个试样的R-曲线 图2-51 结构示意图答：通过分析可知，两图中杆1受到的力是拉力，杆2受到的力是压力。对于杆1来说，由于铸铁是脆性材料，其抗拉强度很低，在受到拉力时，容易发生断裂，因此，铸铁材料不适宜制作杆1。对于杆2来说，由于退火低碳钢塑性好，其抗拉强度较低，在受到压力时，容易变形，因此，退火低碳钢不适宜制作杆2。3试指出图2-52所示构件中哪些是轴向拉伸或轴向压缩？图2-52 构件受力图答：通过分析可知，图2-52a中的构件受到的是一对拉力，而且拉力的作用
14、线通过构件的对称轴线，因此，该构件受到的是轴向拉伸；通过分析可知，图2-52b中的构件受到的是三个压力，其中两边的压力大小相等，对称分布，它们可以转换为通过构件对称轴线的压力，而且2个附加力偶又可相互抵消，因此，该构件受到的是轴向压缩；图2-52c、d中的构件都有附加力偶效应，因此，它们不是单纯的轴向拉伸或轴向压缩。4某铜丝直径d=2mm，长=500mm。该铜丝的R-曲线如图2-53所示。如果使该铜丝的伸长量，试分析该铜丝需要加多大的拉力F？解 由公式，可求出铜丝的应变是由图2-47可求出对应于时的应力R大约是180MPa。再由,可求出=180=565.2N。答：铜丝需要加565.2N的拉力。
15、5车辆制动缸的活塞杆如图2-54所示。制动时，空气压力P=1.2MPa，已知活塞直径D=40cm，活塞杆直径d=6cm，活塞杆制造材料的许用应力。试校核活塞杆的强度。 图2-53 铜丝的R-曲线 图2-54 车辆制动缸解 由公式,可求出压缩空气产生的压力=1.2=1507.2N。活塞杆的横截面积A=28.26mm2。由公式,可求出活塞杆受到的应力=53.33MPa。由于R=53.33MPa，所以，活塞杆的强度满足设计要求。【做课外调研活动】深入社会进行观察或借助有关图书资料，了解常用机械(或工具)在使用过程中的受载特征、受载类型、变形情况，以及力学性能要求等，并针对某一自己喜爱的机械（或工具）写一篇简单的受载特征、受载类型及变形情况分析报告，然后同学之间进行相互交流与探讨。建议：可分析自行车上主要零件的受力特征、受力类型、变形情况及性能要求等。