题目
材料不同的两根受扭圆轴,其直径和长度均一样,在扭矩一样的情况下,它们的最大切应力和相对扭转角之间的关系正确的选项是[ ]A. 最大切应力相等,相对扭转角相等B. 最大切应力相等,相对扭转角不相等C. 最大切应力不相等,相对扭转角相等D. 最大切应力不相等,相对扭转角不相等
材料不同的两根受扭圆轴,其直径和长度均一样,在扭矩一样的情况下,它们的最大切应力和相对扭转角之间的关系正确的选项是[ ]
A. 最大切应力相等,相对扭转角相等
B. 最大切应力相等,相对扭转角不相等
C. 最大切应力不相等,相对扭转角相等
D. 最大切应力不相等,相对扭转角不相等
题目解答
答案
B. 最大切应力相等,相对扭转角不相等
解析
步骤 1:最大切应力的计算
最大切应力 \(\tau_{max}\) 可以通过公式 \(\tau_{max} = \frac{T r}{J}\) 计算,其中 \(T\) 是扭矩,\(r\) 是圆轴的半径,\(J\) 是极惯性矩。对于圆轴,极惯性矩 \(J = \frac{\pi d^4}{32}\),其中 \(d\) 是圆轴的直径。由于两根圆轴的直径和长度相同,且扭矩相同,因此最大切应力 \(\tau_{max}\) 仅取决于材料的性质,即材料的剪切模量 \(G\)。但是,最大切应力 \(\tau_{max}\) 与材料的剪切模量 \(G\) 无关,因此两根圆轴的最大切应力相等。
步骤 2:相对扭转角的计算
相对扭转角 \(\theta\) 可以通过公式 \(\theta = \frac{T L}{G J}\) 计算,其中 \(T\) 是扭矩,\(L\) 是圆轴的长度,\(G\) 是材料的剪切模量,\(J\) 是极惯性矩。由于两根圆轴的直径和长度相同,且扭矩相同,因此相对扭转角 \(\theta\) 仅取决于材料的剪切模量 \(G\)。由于两根圆轴的材料不同,因此它们的剪切模量 \(G\) 不同,因此相对扭转角 \(\theta\) 不相等。
最大切应力 \(\tau_{max}\) 可以通过公式 \(\tau_{max} = \frac{T r}{J}\) 计算,其中 \(T\) 是扭矩,\(r\) 是圆轴的半径,\(J\) 是极惯性矩。对于圆轴,极惯性矩 \(J = \frac{\pi d^4}{32}\),其中 \(d\) 是圆轴的直径。由于两根圆轴的直径和长度相同,且扭矩相同,因此最大切应力 \(\tau_{max}\) 仅取决于材料的性质,即材料的剪切模量 \(G\)。但是,最大切应力 \(\tau_{max}\) 与材料的剪切模量 \(G\) 无关,因此两根圆轴的最大切应力相等。
步骤 2:相对扭转角的计算
相对扭转角 \(\theta\) 可以通过公式 \(\theta = \frac{T L}{G J}\) 计算,其中 \(T\) 是扭矩,\(L\) 是圆轴的长度,\(G\) 是材料的剪切模量,\(J\) 是极惯性矩。由于两根圆轴的直径和长度相同,且扭矩相同,因此相对扭转角 \(\theta\) 仅取决于材料的剪切模量 \(G\)。由于两根圆轴的材料不同,因此它们的剪切模量 \(G\) 不同,因此相对扭转角 \(\theta\) 不相等。