题目
材料相同,宽度相等,厚度h1/h2=1/2的两板叠放在一起组成一简支梁如图所示,梁上承受均布载荷q。(1)若两板简单叠放在一起,试求此时两板内的最大正应力;(2)若两板胶合在一起不能相互滑动,则此时的最大正应力比前种情况减少了多少? 9-|||-hi-|||-h2-|||-4分 B-|||-b
材料相同,宽度相等,厚度h1/h2=1/2的两板叠放在一起组成一简支梁如图所示,梁上承受均布载荷q。(1)若两板简单叠放在一起,试求此时两板内的最大正应力;(2)若两板胶合在一起不能相互滑动,则此时的最大正应力比前种情况减少了多少?

题目解答
答案



解析
步骤 1:计算两板简单叠放在一起时的最大应力
- 设变形后任一截面处两梁中性层曲率半径分别为ρ1和ρ2,两梁承担的弯矩分别为M1和M2,截面惯性矩分别为I1和I2。
- 由于两板材料相同,宽度相等,厚度比为h1/h2=1/2,因此I1/I2=(h1/h2)^3=1/8。
- 由梁的弯曲理论,弯矩与曲率半径的关系为:$\dfrac{1}{\rho_1}=\dfrac{M_1}{EI_1}$,$\dfrac{1}{\rho_2}=\dfrac{M_2}{EI_2}$,由于ρ1=ρ2,因此M1/M2=I1/I2=1/8。
- 均布载荷q作用下,梁的弯矩分布为:$M_1=\dfrac{1}{8}M_2$,$M_2=\dfrac{1}{9}ql^2$,因此$M_1=\dfrac{1}{72}ql^2$。
- 两板最大弯曲正应力分别为:${\sigma_1}_{max}=\dfrac{M_1}{W_1}=\dfrac{6M_1}{bh_1^2}=\dfrac{ql^2}{12bh_1^2}$,${\sigma_2}_{max}=\dfrac{M_2}{W_2}=\dfrac{6M_2}{bh_2^2}=\dfrac{2ql^2}{3bh_2^2}$。
步骤 2:计算两板胶合在一起时的最大正应力
- 两板胶合在一起时,按一个梁计算,截面惯性矩为:$I=I_1+I_2=\dfrac{bh_1^3}{12}+\dfrac{bh_2^3}{12}=\dfrac{bh_1^3}{12}+\dfrac{8bh_1^3}{12}=\dfrac{9bh_1^3}{12}=\dfrac{3bh_1^3}{4}$。
- 最大弯矩为:$M=\dfrac{1}{8}ql^2$。
- 最大弯曲正应力为:${\sigma}_{max}=\dfrac{M}{W}=\dfrac{6M}{bh_1^2}=\dfrac{ql^2}{4bh_1^2}$。
步骤 3:计算两板胶合前后最大正应力之比
- 两板胶合前后最大正应力之比为:$\dfrac{{\sigma}_{max}}{{\sigma_2}_{max}}=\dfrac{\dfrac{ql^2}{4bh_1^2}}{\dfrac{2ql^2}{3bh_2^2}}=\dfrac{3}{8}$。
- 亦即,两板胶合后最大正应力是未胶合时最大正应力的一半。
- 设变形后任一截面处两梁中性层曲率半径分别为ρ1和ρ2,两梁承担的弯矩分别为M1和M2,截面惯性矩分别为I1和I2。
- 由于两板材料相同,宽度相等,厚度比为h1/h2=1/2,因此I1/I2=(h1/h2)^3=1/8。
- 由梁的弯曲理论,弯矩与曲率半径的关系为:$\dfrac{1}{\rho_1}=\dfrac{M_1}{EI_1}$,$\dfrac{1}{\rho_2}=\dfrac{M_2}{EI_2}$,由于ρ1=ρ2,因此M1/M2=I1/I2=1/8。
- 均布载荷q作用下,梁的弯矩分布为:$M_1=\dfrac{1}{8}M_2$,$M_2=\dfrac{1}{9}ql^2$,因此$M_1=\dfrac{1}{72}ql^2$。
- 两板最大弯曲正应力分别为:${\sigma_1}_{max}=\dfrac{M_1}{W_1}=\dfrac{6M_1}{bh_1^2}=\dfrac{ql^2}{12bh_1^2}$,${\sigma_2}_{max}=\dfrac{M_2}{W_2}=\dfrac{6M_2}{bh_2^2}=\dfrac{2ql^2}{3bh_2^2}$。
步骤 2:计算两板胶合在一起时的最大正应力
- 两板胶合在一起时,按一个梁计算,截面惯性矩为:$I=I_1+I_2=\dfrac{bh_1^3}{12}+\dfrac{bh_2^3}{12}=\dfrac{bh_1^3}{12}+\dfrac{8bh_1^3}{12}=\dfrac{9bh_1^3}{12}=\dfrac{3bh_1^3}{4}$。
- 最大弯矩为:$M=\dfrac{1}{8}ql^2$。
- 最大弯曲正应力为:${\sigma}_{max}=\dfrac{M}{W}=\dfrac{6M}{bh_1^2}=\dfrac{ql^2}{4bh_1^2}$。
步骤 3:计算两板胶合前后最大正应力之比
- 两板胶合前后最大正应力之比为:$\dfrac{{\sigma}_{max}}{{\sigma_2}_{max}}=\dfrac{\dfrac{ql^2}{4bh_1^2}}{\dfrac{2ql^2}{3bh_2^2}}=\dfrac{3}{8}$。
- 亦即,两板胶合后最大正应力是未胶合时最大正应力的一半。