题目
已知单元体应力状态如图示(应力单位为MPα),试求:(1)指定斜截面上的正应力和剪应力;(2)主应力的大小、主平面位置;(3)在单元体上画出平面位置和主应力方向;(4)最大剪应力.
已知单元体应力状态如图示(应力单位为
),试求:(1)指定斜截面上的正应力和剪应力;(2)主应力的大小、主平面位置;(3)在单元体上画出平面位置和主应力方向;(4)最大剪应力.
),试求:(1)指定斜截面上的正应力和剪应力;(2)主应力的大小、主平面位置;(3)在单元体上画出平面位置和主应力方向;(4)最大剪应力.题目解答
答案
解:(1)
斜截面上的应力:
斜截面上的应力:




(2)主应力和主平面











(3)图 


(4)





解析
步骤 1:计算指定斜截面上的正应力和剪应力
根据斜截面上的应力计算公式,可以计算出指定斜截面上的正应力和剪应力。公式如下:
${\sigma }_{m}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}+\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2}\cos (2a)-{\tau }_{xy}\sin (2a)$
${\tau }_{a}=\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2}\sin (2a)+{\tau }_{xy}\cos (2a)$
其中,${\sigma }_{x}$和${\sigma }_{y}$分别是x和y方向的正应力,${\tau }_{xy}$是x和y方向的剪应力,a是斜截面与x轴的夹角。
步骤 2:计算主应力和主平面位置
主应力是单元体中最大和最小的正应力,主平面是主应力作用的平面。主应力和主平面位置的计算公式如下:
${\sigma }_{1}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}+\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$
${\sigma }_{2}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}-\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$
${a}_{n}=\dfrac {1}{2}\arctan (\dfrac {2{\tau }_{xy}}{{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}})$
步骤 3:在单元体上画出平面位置和主应力方向
根据计算出的主应力和主平面位置,可以在单元体上画出主应力方向和主平面位置。
步骤 4:计算最大剪应力
最大剪应力是单元体中最大的剪应力,计算公式如下:
${\tau }_{max}=\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$
根据斜截面上的应力计算公式,可以计算出指定斜截面上的正应力和剪应力。公式如下:
${\sigma }_{m}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}+\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2}\cos (2a)-{\tau }_{xy}\sin (2a)$
${\tau }_{a}=\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2}\sin (2a)+{\tau }_{xy}\cos (2a)$
其中,${\sigma }_{x}$和${\sigma }_{y}$分别是x和y方向的正应力,${\tau }_{xy}$是x和y方向的剪应力,a是斜截面与x轴的夹角。
步骤 2:计算主应力和主平面位置
主应力是单元体中最大和最小的正应力,主平面是主应力作用的平面。主应力和主平面位置的计算公式如下:
${\sigma }_{1}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}+\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$
${\sigma }_{2}=\dfrac {{\sigma }_{x}+{\sigma }_{y}}{2}-\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$
${a}_{n}=\dfrac {1}{2}\arctan (\dfrac {2{\tau }_{xy}}{{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}})$
步骤 3:在单元体上画出平面位置和主应力方向
根据计算出的主应力和主平面位置,可以在单元体上画出主应力方向和主平面位置。
步骤 4:计算最大剪应力
最大剪应力是单元体中最大的剪应力,计算公式如下:
${\tau }_{max}=\sqrt {{(\dfrac {{\sigma }_{x}-{\sigma }_{y}}{2})}^{2}+{\tau }_{xy}^{2}}$