第五届全国周培源大学生力学竞赛材料力学试题

1.(10分)如图l所示,一根足够长的钢筋,放置在水平刚性平台上.钢筋单位长度的重量为q,抗弯刚度为El.钢筋的一端伸出桌面边缘B的长度为a,试在下列两种情况下计算钢筋自由端A的挠度介. (1)载荷F=0;(2)载荷F=ga.为El,铰接于圆环内侧的直杆CD的拉压刚度为EA,承受均布切向载荷q和力偶矩从作用,且Me=27rRZq.试确定杆CD的轴力与截面A的内力. 5.(15分)图5所示放置在弹性基础上的细长杆,长为l,两端铰支,承受轴向压力尸.试建立临界载荷Pc,应满足的方程.设基础反力的集度与梁挠度成正比并与挠度方向相反,比例系数为k,杆的抗弯刚度为EL刚性平台图…     

采用自动分组遗传算法的频率约束下桁架拓扑优化

研究了带有频率约束的桁架结构拓扑优化问题.首先比较了同为铰结情况下采用两种不同单元-杆单元和梁单元模拟对频率计算结果的影响,发现杆模型会丢失杆件弯曲振动模态,得到的最大自振频率设计往往含有很细截面的杆件,而实际上具有很低的频率.为克服这一困难,并考虑到实际工程结构的结点具有一定的刚性,建议此类优化问题可以采用刚架模型进...     

关于苏联学者在壳体理论某些问题的工作

設 a=const.(i-1,2)是壳体中間面在变形前的主曲率线: A_1~2da_1~2 A_2~2da_2~2、b_(11)da_1~2十b_22da_~2是它的第一、第二二次式; k_1=A_1~2/b_(11) k_2=-A~2_2/b_(22)是主曲率:i是壳的厚度;u_1,u-2和w分别是位移在a_1=const.,a_2=const.两线切綫方向以及壳体的外法线方向上的投影;再采用下列記号~2     

含刚性斜杆的平面有侧移刚架内力计算

在结构分析中,为简化计算常假定结构体系中某些杆件或杆件沿某个方向为无限刚性,含刚性杆结构的内力分析是结构力学的教学难点.在位移法教学中常涉及有侧移刚架,若刚架中含斜杆和刚性杆件,杆端位移将受到限制,结构体系中必有非独立结点位移出现.本文通过引入刚架中刚性约束的约束方程,获得约束方程的系数矩阵,根据系数矩阵秩的计算确定结...     

钢筋混凝土空间杆件精细非线性分析模型

针对现有钢筋混凝土空间杆件非线性分祈模型进行了评还,应用结构力学方法推导得到了沿秆长配筋分布均匀的钢筋混凝土空间杆件的非线性单元刚度矩阵,建立了应用高斯积分点所在截面的非线性性质描述钢筋混凝土空间杆件非线性的计算过程。对于沿杆长配筋分布不均匀的杆件,根据其实际情况,将其细分为两段或三段沿杆长配筋分布均匀的杆段,以沿杆长配筋分布均匀的钢筋混凝土空间杆件非线性分析模型为基础,建立了沿杆长配筋分布不均匀的空间杆件的非线性分析模型。最后,给出了两个算例。就本文方法及程序的计算结果与模型结构振动台试验结果、常规非线性杆件模型的计算结果进行了比较。     

平衡吊杆系自重重心偏离轴线时对平衡的影响

设计平衡吊时,要求杆系自重重心必须位于杆件铰链的连线(杆件轴线)上.本文分析了当杆系自重重心偏离轴线时对平衡吊平衡的影响是不大的,与其它因素引起的效果相比,可以略去,为解决设计计算和工艺困难提供了理论依据.     

结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究

为确定纸质杆件的材料参数,并研究白卡纸杆件极限承载力的影响因素及杆件极限承载力计算方法,制作多组白卡纸杆试件并进行加载试验.测得白卡纸的泊松比为0.137 3,弹性模量为5.5GPa.杆件的抗压极限承载力受杆件的厚度、内径、长度、截面形状、白卡纸纹理方向以及涂胶宽度的影响;结合压杆稳定相关理论,由数据拟合得到白卡纸杆件极限承载力的近似计算方法;通过公式计算结果与试验结果比较,证明其准确有效.     

结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究1）

为确定纸质杆件的材料参数,并研究白卡纸杆件极限承载力的影响因素及杆件极限承载力计算方法,制作多组白卡纸杆试件并进行加载试验.测得白卡纸的泊松比为0.137 3,弹性模量为5.5GPa.杆件的抗压极限承载力受杆件的厚度、内径、长度、截面形状、白卡纸纹理方向以及涂胶宽度的影响;结合压杆稳定相关理论,由数据拟合得到白卡纸杆件极限承载力的近似计算方法;通过公式计算结果与试验结果比较,证明其准确有效.     

加强型薄壁杆件约束扭转数值分析

在航空、船舶、建筑、机械等各工程领域中,广泛应用由型钢或组合结构组成薄壁杆件.薄壁杆件按其截面力学特征,分开口截面及闭合截面两类.闭合截面远比开口截面具有强劲的抗扭刚度,为了提高开口截面薄壁杆件的抗扭承载能力,可在开口截面上沿杆长方向加设一系列横向联系杆(如板、管、型钢),这就形成第三种类型薄壁杆件,即称之为加强型薄壁杆件,...     

DISCUSSIONS ON“AN ASYMPTOTIC ELASTIC PLASTIC ANALYSIS IN PLANE STRAIN DEFORMATION NEAR A CRACK TIP”

I.In his paper,prof.D.W.Hsueh derived the following functionf(θ)=-[(1 2n)/(1 n)~2-k_1~2]A_1/k_1θ-[(1 2n)/(1 n)~2-k_2~2]A_2/k_2-cosk_2θ(1)In calculation of coefficients A_1,A_2 a mistake occurred.Making use of f′(π)=0 andf(0)=0,     

刚架稳定分析

问题刚架如图1所示,垂直杆AB和CD的弯曲刚度均为EI,长度均为l,水平杆BC的弯曲刚度为E1I1,长度为l1,A和D处固定铰支,B和C处刚性连接。已知刚架B和C处分别受垂直向下的集中力F作用,假设AB和CD均为细长压杆,试求刚架临界载荷Fcr。     

Determination of expression of continuous damage parameter for non-ageing materials under constant tensile load

Under constant uniaxial tensile load continuous damage parameter for non-ageingbrittle materials may be expressed asω(p/A_0)=g(p/A_0)+f_1(P/A_0)f_2(t)The determination of the expression for g(P/A_0) had been pointed out by[4].But howto determine the expressions for f_1(P/A_0)andf_2(t),the solution to this problem is notyet in sight.Now the solution to this problem is given by the present paper.This paper pointsout f_1(P/A_0)f_2(t)=Φ(P/A_0)t and the method of the determination of the expressionfor Φ(P/A_0).     

直撞式霍普金森压杆二次加载技术

利用传统分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验技术来实现试件在较低应变率下的大变形时,需要使用超长的压杆系统,杆件的加工和实验空间限制了该技术的推广应用。鉴于此,提出一种直撞式霍普金森压杆二次加载实验技术,利用透射杆中的应力波在其末端的准刚性壁反射实现对试件的二次加载,并分析了准刚性质量块尺寸对二次加载的影响规律;采用二点波分离方法对叠加的应力波进行了有效分离和计算,在总长4 m的压杆系统中实现了1.2 ms的长历时加载,并可以准确获得试件的加载应变率曲线和应力应变关系。建立了直撞式霍普金森压杆二次加载有限元模型,数值仿真结果表明,该实验技术能有效地实现试件的二次加载,与超长SHPB系统获得的仿真结果相比较,两者的试件应力应变关系完全一致。利用该技术对1100铝合金材料进行动态压缩实验,实现了其在10² s⁻¹量级应变率下的大变形动态力学性能测试。

     

《小问题》2019-5解答

正问题:如图1所示,两个小球构成3自由度的机构,铰链O可以绕竖直轴z轴自由转动,直角弯杆与铰链铰接,可绕过O点的x轴自由转动,小球A固定在弯杆的末端,小球B由直杆约束绕O′A轴自由转动。铰链的质量和尺寸均忽略不计,各杆均为轻杆,直杆和直角弯杆两段的长度均为a,两小球质量均为m。(1)在图1所示位置,小球A的坐标为(0, a,-a),小球B的坐标为(a, a,-a),求系统由静止释放时,施     

伪弹性形状记忆合金杆屈曲行为研究

对不同长细比伪弹性TiNi合金矩形截面杆进行了压缩试验,通过应变片和热电偶来捕捉杆中间截面表层材料的相变演化,采用热电偶测量杆中间截面受拉侧的温度,分析了长细比和材料相变对杆件承载能力的影响。结果表明:加载和卸载阶段,两端夹支TiNi杆的载荷-应变曲线随着长细比的改变发生明显的变化,对于短杆,相变会提高其承载能力;对于长杆,其极限承载能力取决于长细比,相变的影响集中在后屈曲阶段;对于低长细比杆件,加载阶段温度持续升高,而高长细比构件,应变达到最大值时温度已开始下降,所有杆件在卸载结束时的温度均低于加载初始时刻。     

周期分布缺陷对韧性材料高应变率拉伸碎裂过程的影响

为研究初始缺陷对材料高应变率碎裂过程的影响,采用有限元方法模拟了具有周期性几何缺陷的韧性金属圆杆在高应变率拉伸过程中的碎裂现象。模拟结果表明:(1)与无初始缺陷的韧性杆件相比,具有一定幅值的初始缺陷的杆件在同等拉伸速度下发生断(碎)裂的时刻一般提前;(2)初始缺陷对碎片的尺寸和大小分布影响明显,在一定的应变率范围内,周期性缺陷完全控制了韧性材料碎裂过程中产生碎片的个数,可称这个碎裂过程为缺陷控制碎裂;(3)改变初始缺陷的空间间距和幅值,出现缺陷控制碎裂的应变率窗口将发生明显变化。进一步讨论了具有2种幅值的复合缺陷对拉伸碎裂过程的影响。     

加肋箱型长杆极限承载力实验研究

为研究加肋箱型空心长杆的力学性能,采用竹皮和竹条制作了147个长度、截面形式和制作方法不同的杆件,测试了承载力和荷质比。结果表明:杆长在250～350 mm杆件破坏载荷介于受压和失稳破坏之间;无论荷质比还是承载力,双层杆件优于单层杆件;在制作杆件时,应对竹皮缺陷、杆件棱角进行补强。本文源自大学生结构设计竞赛中的桥梁结构模型,对培养大学生将力学与实践相结合的创新能力有所助益。     

具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法

本文发展了具有任意连接和约束的空间杆系结构静力分析的回传波矩阵法。以杆端位移和转角为基本未知量,通过结构所有节点的平衡方程和位移协调条件,推导出传递分配矩阵和载荷源向量,并进一步利用设定的同一杆件两个局部坐标系下杆端位移之间的关系,最终得到结构的回传矩阵。据此可求出结构所有杆件的杆端位移及杆端内力。对不同的杆件连接形式,如刚接、铰接、半刚接,以及不同的约束情况,如固定支座、铰支座、定向支座等,本文推导出了空间杆系结构的回传波矩阵表达式,可直接用于相应空间杆系结构内力的计算。同时,针对一个具体刚架结构进行了算例分析,并通过与弯矩分配法和有限元结果的比较,验证了本文方法的精确度。     

小问题

<正>2019-5如图1所示,两个小球构成3自由度的机构,铰链O可以绕竖直轴z轴自由转动,直角弯杆与铰链铰接,可绕过O点的x轴自由转动,小球A固定在弯杆的末端,小球B由直杆约束绕O′A轴自由转动。铰链的质量和尺寸均忽略不计,各杆均为轻杆,直杆和直角弯杆两段的长度均为a,两小球质量均为m。     

弹性杆-刚性体系统动力学分析的广义逆矩阵方法

将多刚体系统的广义逆矩阵方法推广到含弹性杆与刚性体的混合系统的动力学分析中,建立了以节点坐标表示的基于全局惯性坐标系的刚体-柔性体混合系统动力学方程.首先以两端节点坐标为变量推导了弹性杆的动力学方程,以刚性体节点坐标为变量推导了刚性体节点速度约束方程和刚性体动力学方程,最后得到弹性杆与刚性体混合系统的动力学方程和速度约束方程.本方法在同一个惯性坐标系对刚柔多体系统进行描述,具有方法简洁、便于计算建模的特点.论文最后给出两个数值算例,检验了方法的有效性.