题目
在平面应力状态下,对于任意两斜截面上的正应力σα=σβ成立的充分必要条件是 ( )。A. σx=σy,τxy≠0B. σx=σy,τxy=0C. σx≠σy,τxy≠0D. σx=σy=τxy
在平面应力状态下,对于任意两斜截面上的正应力σα=σβ成立的充分必要条件是 ( )。
A. σx=σy,τxy≠0
B. σx=σy,τxy=0
C. σx≠σy,τxy≠0
D. σx=σy=τxy
题目解答
答案
B. σx=σy,τxy=0
解析
考查要点:本题主要考查平面应力状态下斜截面正应力的计算公式,以及主应力方向与剪应力的关系。
解题核心:理解斜截面正应力的表达式,并分析其与角度无关的条件。
关键思路:当斜截面正应力与角度无关时,表达式中所有含角度的项必须消失,即对应系数为零。此时平面应力状态退化为均匀应力状态。
平面应力状态下,斜截面正应力公式为:
$\sigma_\alpha = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} + \frac{\sigma_x - \sigma_y}{2} \cos 2\alpha + \tau_{xy} \sin 2\alpha$
题目要求任意两斜截面正应力相等,即$\sigma_\alpha = \sigma_\beta$对所有$\alpha, \beta$成立。这意味着$\sigma_\alpha$与角度$\alpha$无关。因此,公式中含$\cos 2\alpha$和$\sin 2\alpha$的项必须恒为零,即:
- $\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2} = 0$ $\Rightarrow \sigma_x = \sigma_y$
- $\tau_{xy} = 0$
此时,$\sigma_\alpha = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \sigma_x$(因$\sigma_x = \sigma_y$),与角度无关,满足题意。
选项分析:
- A:$\sigma_x = \sigma_y$但$\tau_{xy} \neq 0$,此时$\sigma_\alpha$仍随角度变化。
- B:$\sigma_x = \sigma_y$且$\tau_{xy} = 0$,满足条件。
- C:$\sigma_x \neq \sigma_y$且$\tau_{xy} \neq 0$,$\sigma_\alpha$明显随角度变化。
- D:$\sigma_x = \sigma_y = \tau_{xy}$,若$\tau_{xy} \neq 0$,则$\sigma_\alpha$仍含角度项。