工程力学专业毕业答辩基础题100题及答案Word下载.docx
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9.在进行强度计算时所用到的许用应力
如何定义?
9.答:
许用应力是根据实验测定的极限应力除以安全系数得到的。
脆性材料取强度极限,塑性材料取屈服极限。
10.计算超静定结构时,如何建立相当系统?
需要列几个关系求解?
10.答:
在原来的超静定结构中,去掉多余约束,用相应的约束力代替得到的新结构为原超静定结构的相当系统;
求解超静定问题一般需要建立3个关系:
静力关系,几何关系,物理关系。
11.切应力互等定理只有材料处于线弹性范围才成立?
这句话对吗?
并说明理由。
11.答:
推导切应力互等定理时只用到了平衡条件,没有涉及材料是否处于线弹性,因此,只要处于平衡状态,切应力互等定理就成立。
12.铸铁圆试件扭转时沿哪个面破坏?
并分析其破坏原因。
12.答:
铸铁试件扭转时沿45度发生破坏,是由于此截面最大拉应力作用的结果。
13.纯弯曲时,梁内与轴平行的各层纤维将发生什么变化?
什么是中性层?
中性轴?
中性轴在横截面上什么地方?
13.答:
纯弯曲变形时,位于梁凸的一侧处于拉伸状态,凹的一侧处于压缩状态;
处于交界的部位称为中性层,中性层即不伸长也不缩短。
中性层与横截面的交线称为中性轴。
14.在写剪力方程和弯矩方程时,函数的定义域在什么情况下是开区间、什么情况下是闭区间?
14.答:
在写剪力方程时,集中力作用处剪力要突变,此处为方程间断点为开区间;
在写弯矩方程时,集中力偶作用处弯矩要突变,此处为方程间断点为开区间。
15.梁的挠曲线近似微分方程的应用条件是什么?
15答:
在推导挠曲线近视微分方程时用到了
,而推导此公式时用到了物理关系
,所以挠曲线近视微分方程要求构件处于线弹性阶段。
16.在材料力学中,经常运用叠加原理进行计算,试问叠加原理的适用条件。
16答:
叠加原理是材料力学的计算中经常使用的方法,要求应用此方法时需要满足两个条件:
①构件处于小变形;
②所求参数与外荷载之间是线性关系。
17.什么是应力状态?
应力状态分为几种:
根据什么分类?
17答:
受力构件内一点处不同方位截面上应力的集合,称为一点处的应力状态。
应力状态根据主应力的取值分为三类:
三个主应力只有一个不等于0时称为单向应力状态,两个不等于0时称为平面应力状态,三个全不等于0称为空间应力状态。
18.天气较冷时,往玻璃杯中注入沸水时,玻璃杯发生破裂?
请问杯子从内壁还是从外壁先裂?
18答:
沸水注入玻璃杯后,内壁温度显然高于外部温度,因而壁内部有膨胀变形的趋势,但壁外部限制了此变形,所以内壁产生压应力,壁内部的膨胀变形迫使壁外部伸长,故其产生拉应力。
而玻璃是脆性材料,抗拉性较差,所以先从受拉侧破坏,即从外壁开始裂。
19.运用强度理论进行强度计算时,脆性材料一般选择一、二强度理论,塑性材料一般选择三、四强度理论?
这种选择方法是否正确?
19答:
强度理论是按照破坏形式进行选择的,发生脆性断裂选一、二强度理论,发生屈服破坏选择三、四强度理论。
塑性材料一般发生屈服破坏所以选择三、四强度理论,但有一种情况即处于三向受拉时发生短裂破坏,这时应选择一强度理论。
所以并不能按照材料来选强度理论。
20.在什么条件下,莫尔积分法可以用图形互乘法代替?
20答:
在莫尔积分
中,只要
、
有一个是线性,此积分就可简化为图形互乘的代数运算。
21.与其他材料的结构相比,钢结构有哪些特点?
(1)材料的强度高,塑性和韧性好。
(2)材质均匀,和力学计算的假定比较符合。
(3)钢结构制作简便,施工周期短。
(4)钢结构的质量轻。
(5)钢结构耐腐蚀性差。
(6)钢材耐热但不耐火。
22.从技术角度看,钢结构的合理应用范围包括哪几方面?
(1)大跨度结构。
(2)重型厂房结构。
(3)受动力荷载影响的结构。
(4)可拆卸的结构。
(5)高耸结构和高层建筑。
(6)容器和其他构筑物。
(7)轻型钢结构。
23.加工对钢构件性能的影响主要表现为哪两类?
(1)常温下加工的塑性变形,即冷作硬化和其后的时效影响。
(2)局部高温的影响,主要是焊接的影响,也有氧气切割的影响。
24.钢结构的极限状态分为哪两种?
(1)承载力极限状态。
(2)正常使用极限状态。
25.钢构件的强度破坏是指什么?
构件的某一截面或连接件因应力超过材料强度而导致的破坏。
26.钢结构失稳的原因是什么?
压应力的存在。
27.轴心受压钢构件的失稳形式有哪几种?
(1)弯曲屈曲
(2)扭转屈曲(3)弯扭屈曲
28.设计钢结构需处理哪两方面因素?
(1)结构和构件的抗力
(2)荷载施加于结构的效应。
29.一阶分析是指什么?
结构在荷载作用下必然有变形,当变形和构件的尺寸相比微不足道时,内力分析按结构的原始位形进行,即忽略变形的影响。
30.钢结构设计的基本原则是什么?
技术先进,经济合理,安全适用,确保质量。
31在ANSYS中实体建模有哪些方式?
各有什么特点?
31
(1)自底向上的建模方式和自顶向下的建模方式。
(2)自底向上的建模方式:
建模顺序:
点--线--面--体;
自顶向下的建模方式:
直接生成面或体。
32动力分析与静力分析的不同点?
32静力分析不考虑荷载随时间的变化,结构或构件在不变荷载作用下的反应;
动力分析考虑荷载随时间的变化,由动力方程求解结构的反应。
动力分析分为确定性分析和非确定性分析,即随机分析。
反应由动力荷载和结构本身特性决定。
33模态分析的常用方法有哪些?
33分块Lanczos法,子空间法,PowerDynamics法,缩减法,非对称法,阻尼法和QR阻尼法等。
34什么是谐响应?
求解有哪些方法?
34谐响应是分析结构在承受随时间变化荷载作用下稳态响应的一种技术。
常用求解方法:
完全法,模态叠加法和缩减法。
35简述谱分析的常用计算过程?
351建立模型2计算模态解3获得谱解4扩展模态5合并模态6观察结果。
36在ANSYS中,BEAM3和BEAM4有何异同?
36两单元都是用来模拟梁在荷载作用下的效应。
不同点:
BEAM3为平面梁单元,每个节点有2个平动1个转动3个自由度;
而BEAM4为空间梁单元,每个节点有3个平动3个转动6个自由度。
37非线性分析包括那两种?
各有何特点?
答:
几何非线性和材料非线性。
几何非线性:
由于几何变形导致刚度的改变。
材料非线性:
应力超过屈服应力,应力与应变不再满足一一对应的关系,应力应变曲线与变形历史有关。
38金属材料常有哪些屈服准则?
对于混凝土材料使用哪些屈服准则?
38答:
金属材料适用:
Tresca和Mises屈服准则。
对于混凝土材料适合使用Mohr-Coulumn准则。
39在ansys中单元列表有何用途?
39答:
1能够进行数学结果运算2能够访问其他方法无法访问的数据。
40生成节点和单元的网格划分有哪些步骤?
40答:
1定义单元属性;
2定义单元网格。
3生成网格
41.什么是纯滚动?
以圆盘在水平面上沿直线运动为例说明其主要特点。
答:
纯滚动就是圆盘的边缘上的点与水平面上直线的点存在一一对应关系,或者说在运动过程中接触点的相对速度为零。
42.某平面力系向A、B两点简化的主矩皆为零,此力系简化的最终结果可能是一个力吗?
可能是一个力偶吗?
可能平衡吗?
42答某平面力系向A点简化,主矩为零,则此力系简化结果为通过A点的一个力,或平衡。
若此力系再向B点简化,主矩也为0,则此力系简化的最终结果可能是通过A、B两点的一个力,不可能是一个力偶(零力偶除外),有可能平衡(若主矢也为零)。
43.某平面力系向同平面内任一点简化的结果都相同,此力系简化的最终结果可能是什么?
43答若主矢主矩均为零,此平面力系向任一点简化的结果均相同,此力系简化的结果为平衡;
若主矢为零,主矩不为零,此平面力系向任一点简化的结果均相同,此力系简化的结果为合力偶;
若主矢不为零,主矩无论为零还是不为零,此平面力系向任一点简化的结果均相同,这不可能。
因此,此力系简化的最终结果可能是一个力偶或平衡力系。
44.“刚体作平动时,各点的轨迹一定是直线或平面曲线;
刚体绕定轴转动时,各点的轨迹一定是圆”。
这种说法对吗?
44.答刚体作平动时,各点的轨迹不一定是直线或平面曲线,也可以是空间曲线。
刚体绕定轴转动时,转轴外各点的轨迹一定是圆(或圆弧)。
45.有人说:
“刚体绕定轴转动时,角加速度为正,表示加速转动;
角加速度为负,表示减速转动”。
对吗,为什么?
45答不对。
还应考虑角速度的正负。
当角速度、角加速度均为正或负时,为加速转动;
当角速度、角加速度正负号不同时,为减速转动。
46弹性力学基本方程主要从哪几个方面对弹性体进行研究?
46答:
主要从静力学、几何关系、物理关系三个方面对弹性体进行研究。
47弹性力学中主要采用了哪些基本假定?
47答:
连续性、完全弹性、均匀性、各向同性及小变形假定。
(注意不包含平截面假定)
48请简要说明平面应力问题的应力与应变有哪些特征。
48答:
平面应力问题的应力位于同一平面内,应变是空间的。
(即z≠0,沿空间坐标轴的三个坐标轴方向都存在线应变)
49请简要说明平面应变问题的应力与应变有哪些特征。
49答:
平面应变问题的应变为于同一平面内,应力是空间的。
(即z≠0,沿空间坐标轴的三个坐标轴方向都存在正应力)
50请说明弹性力学中应力的正负方向规定。
50答:
弹性力学中规定正坐标面上的应力以沿坐标轴正方向为正,沿坐标轴负方向为负,负坐标面上的应力以沿坐标轴负方向为正,沿坐标轴正方向为负(或以拉伸正应力为正,压缩正应力为负,切应力的正负向规定同前)。
51检验平面问题中的位移分量是否为正确解答的条件是什么?
51答:
如果位移分量
(1)在区域内满足用位移表达的平衡微分方程,
(2)在边界上满足位移边界条件,或应力边界条件,即为正确解答;
任意一条不满足,不能做为正确解答。
52检验平面问题中的应力分量是否为正确解答的条件是什么?
52答:
应力分量必须满足
(1)区域内的平衡微分方程,
(2)区域内的相容方程,(3)边界上的应力边界条件,(4)如果是多连体,还要满足位移单值条件,才能做为正确解答;
53检验平面问题中的应力函数是否为正确解答的条件是什么?
53答:
应力函数必须满足
(1)区域内的相容方程,
(2)边界上的应力边界条件,(3)如果是多连体,还要满足位移单值条件,才能做为正确解答;
54.轴对称问题中,
和
分别有什么特点?
54答:
与θ无关,
恒为零。
55.极坐标系中,不同位置点的坐标方向是否相同?
不同位置点的位移分量的指向是否相同?
55答:
都不相同。
56试解释《结构优化设计》中的概念:
设计空间、设计点
56答:
以设计变量为坐标轴所构成的空间;
设计空间中的点
57试解释《结构优化设计》中的概念:
约束曲面、约束界面
57答:
等式约束在设计空间里绘出的一个个面(或一条条线);
可行域的边界
58试解释《结构优化设计》中的概念:
最优设计、无约束极值问题
58答:
使目标函数值达到最优的可行设计;
设计变量可以任意取值,没有约束条件的极值问题
59试解释《结构优化设计》中的概念:
设计变量、目标函数、约束条件
59答优化设计中待确定的某些参数;
优化设计时判别优化设计方案优劣标准的数学表达式;
优化设计寻求目标函数极值时的某些限制条件;
60试解释《结构优化设计》中的概念:
位移灵敏度、应力灵敏度
60答位移对设计变量的偏导数;
应力对设计变量的偏导数
61优化设计与普通设计的区别是什么?
61答普通设计:
只是一个可行设计;
结构分析起校核作用;
效率低;
优化设计:
众多可行方案中最好的方案;
效率高;
与普通设计具有同样的安全度。
62无约束优化方法中,有的方法只利用目标函数值f,有的方法除利用目标函数值f外,还要利用
,这些方法各有什么优缺点?
62答只利用目标函数值f:
方法简单,程序简单,对目标函数的性质要求低,但求解效率也低。
利用目标函数值f及其导数
:
方法和程序均较复杂,对目标函数的性质要求高,求解效率高。
63序列无约束优化方法(SUMT)的基本思想是什么?
63答序列无约束优化方法(SUMT)的基本思想是:
将约束优化问题中的不等式和等式约束函数进行加权转化后,和原目标函数结合起来,构成一个新的目标函数——惩罚函数,求解该新的目标函数的无约束极小值,以期得到原问题的约束最优解。
按一定的法则改变加权因子的值,构成一系列的无约束优化问题,逐步逼近原约束优化问题的最优解。
64灵敏度分析有几种方法?
各有何优缺点?
64答差分法、半解析法、解析法。
程序依次复杂化,计算精度依次趋高,稳定性依次趋好。
65遗传算法的基本思想是什么?
65答遗传算法从一个种群(代表问题可能潜在解集)开始,(这个种群由一定数目的个体[一个设计方案或一个解]组成),按照适者生存和优胜劣汰的原理,逐代演化产生出越来越好的近似解。
66.利用刚体系虚位移原理求静定结构约束力的优缺点何在?
66答利用刚体系虚位移原理求静定结构约束力的优点是欲求的约束力变成了主动力,在虚功方程中只有主动力,其它约束力不出现。
这是因为如不去掉某一约束,就没有与该约束力相应的虚位移,则其虚功为零。
缺点是有些虚位移的计算比较麻烦。
67.在力法计算中可否利用超静定结构作为基本结构?
67答可以。
力法计算超静定结构的基本思路是:
从原结构中暂时撤去n个多余约束,代以N个未知力,得到基本体系;
根据基本体系与原结构变形相同的条件,沿多余未知力的方向可列出n个变形协调方程,即力法方程。
解方程即可求得基本未知力,于是原结构的内力可求。
当基本结构是静定结构时,柔度系数和自由项是容易计算的。
但从力法计算的原理来看,并未要求基本结构必须是静定结构。
若取超静定结构作为基本结构,同样可以根据变形协调条件列出力法方程进行求解。
问题是确定力法方程中的柔度系数和自由项,必须使用超静定基本结构的位移公式和内力公式。
68用力法计算超静定结构的解是唯一的吗?
68答是唯一的。
超静定结构满足平衡条件的内力解答有无穷多组。
既满足平衡条件,又满足变形协调条件的解则是确定唯一的。
69.求力法方程中的系数与自由项时,单位未知力与荷载可否加于不同的基本结构?
69能。
为了简化计算,可以将单位未知力与荷载加于不同基本结构上,力法方程形式不变,内力图结果也相同。
70.在力法计算中,什么情况下可用刚度的相对值?
为什么?
70在荷载作用下,由各向同性、应力与应变成正比的小曲率杆件组成的超静定结构,在用力法计算内力时,各杆刚度可用相对值。
在这种情况下,不论结构形式如何,也不论各杆用何种材料,截面形状和尺寸如何.结构中内力分布只与各杆刚度相对值有关,而与绝对值无关。
当各杆绝对刚度按同一比例增减时,不影响内力分布。
71.位移法可否求解静定结构?
71可以。
因为在静定结构中总是存在具有角位移或线位移的结点,其位移就可作位移法基本未知量;
对应于每个结点角位移或线位移可建立一个平衡方程;
而对于任意单杆总可建立相应的刚度方程。
72.超静定结构在荷载作用下的内力分布随各部分刚度比值变化的规律是什么?
72一般规律是:
相对增加某局部的刚度,则该局部的内力也相对增加,反之则相对减小,在特定情况下,各部分内力分布与刚度分布呈线性关系。
73.刚架计算中什么情况下需要考虑剪切变形的影响?
决定剪切变形影响大小的主要因素是什么?
73一般刚架中杆件截面尺寸与杆长的比值不大,剪切变形对内力和位移的影响都很小,可以忽略。
当上述比值(对于矩形截面或圆形截面杆件即为高跨比)较大时,剪切变形的影响应予考虑。
例如在计算剪力墙构件时就不能忽略剪切变形。
决定剪切变形的主要因素是杆件截面尺寸与杆长比值,同时与截面形状和材料性质也有关。
74.如何用机动法求静定刚架内力的影响线
74用机动法作任何静定结构内力影响线的原理是相同的,其步骤为:
1.撤去与所求影响线的内力相应的约束,形成具有一个自由度的体系;
2.沿该内力正方向给单位虚位移,使体系各部分作符合约束条件的刚体微运动,得虚位移图,
3与广义单位力相应的荷载行走线的虚位移图,就是影响线的轮廓。
再由虚功方程和运动分析求出竖标值并确定正负号。
75.不经过单元坐标变换,可用矩阵位移法解题吗?
75答可以。
在矩阵位移法中利用坐标变换只是一种计算方式.并没有改变问题本身的力学性质。
因此不经过坐标转换,直接确定整体坐标系中的单元刚度矩阵及荷载列阵并完成全部计算是完全可以的。
76.静定组合结构在受力上有何优点?
76答采用组合结构主要是为了减小梁式杆的弯矩,充分发挥材料强度,节省材料。
静定组合结构在受力上的优点是减小了梁式杆的弯矩。
77.有应力就有应变,有应变就有应力,这种说法对吗?
77不对,因为有时有应力而没有应变,有时有应变却没有应力。
78.三铰拱式屋架中,常加拉杆,为什么?
78答在竖向荷载作用下,三铰拱拱脚有水平推力。
如将三铰拱做成屋架,则支撑屋架的墙或柱顶将承受较大的水平推力,为减小三铰拱对墙或柱的水平推力,在三铰拱的屋架拱脚处设置水平拉杆,拉杆的拉力代替了水平推力的作用。
79.力矩分配法中对杆件的固端弯矩,杆端弯矩的正负号是怎样规定的?
79答力矩分配法中对杆件的杆端弯矩(含固端弯矩)的正负号规定为:
作用于杆端的弯矩顺时针方向为正,反之为负。
80.在结点力偶作用下,杆件的分配弯矩和传递弯矩是怎样得到的?
80答在结点力偶作用下,杆近端有分配弯矩,其值为力矩分配系数乘以结点力偶值;
杆远端有传递弯矩,其值为传递系数乘以分配弯矩值。
81极限状态分为哪几类?
81答:
分两类:
承载能力极限状态和正常使用极限状态。
82作用在结构上的荷载分为哪几类?
82答:
结构上的荷载,按其作用时间的长短和性质,可分为三类:
(1)永久荷载;
(2)可变荷载;
(3)偶然荷载。
83.根据梁内纵向受拉钢筋配筋率的不同,受弯构件正截面的破坏性形式可分为哪几类?
83答:
可分为三类:
适筋梁;
超筋梁;
少筋梁。
84.根据剪跨比和箍筋用量的不同斜截面受剪破坏的形态又哪几种?
84答:
有三种:
斜压破坏;
剪压破坏;
斜拉破坏。
85.斜截面承载能力计算包括那几个方面?
85答:
包括斜截面受剪承载能力计算和受弯承载能力计算两个方面。
86.什么是抵抗弯矩图?
86答:
抵抗弯矩图是实际配置的钢筋在梁的各正截面所承受的弯矩图。
87.钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的破坏形态分为哪几类?
87答:
分为:
少筋破坏;
适筋破坏;
完全和部分超筋破坏。
88.偏心受压构件按其破坏特征可分为哪几类?
88答:
可分为:
大偏心和小偏心受压。
89.钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度是一个变量,它是怎样变化的?
它是随着荷载的增大而降低,随时间的增大而降低。
90.什么足条件屈服强度?
90答.硬钢的极限强度很高.变形很小,没有明显屈服点,通常取相应残余应
变
时的应力
作为名义屈服点,称为条件屈服强度。
91、什么是位移插值函数?
它有什么性质?
位移函数表示成节点位移函数,例
,其中的系数Ni、Nj和Nm称为单元的位移插值函数:
性质:
(1)
(2)Ni+Nj+Nm=1
(3)对于三角形单元,插值函数是线性的。
92、有限元分析的基本步骤有哪些?
1,结构的离散化(即划分网格),建立计算模型;
2,单元分析。
包括构造单元的位移模式,求解单元的等效节点荷载列阵,应变转换矩阵,应力转换矩阵,和单元刚度矩阵;
3,整体分析。
即将各个单元集合成离散化的结构模型,解出结构的整体节点位移列阵;
4,计算应力
93、结构总体刚度矩阵有哪些性质和特点?
1,对称方阵;
2,元素分布具有高度的稀疏性;
3,当结构未计及约束条件所建立的总体刚度矩阵是奇异矩阵;
4,主对角线上的元素都为正值。
94、单元刚度矩阵中每一个元素的力学意义是什么?
力学含义就是仅仅在节点s沿n方向产生单位位移时引起结点r沿l方向的结点力,这里r、s=i,j,m;
l,n=x,y。
95、为什么位移元解具有下限的性质?
可以这样理解:
单元原来是连续体的一部分,具有无限多个自由度。
在假定了单元的位移函数后,自由度限制为只有以结点位移表示的有限自由度,使单元的刚度较实际连续体加强了,因此连续体的整体刚度随之增加,离散后的刚体较实际刚度大,因此求得位移近似解总体上将小于精确解。
96、有解的收敛准则有哪几个?
(1)完备性要求(若单元内部要满足Cm-1阶连续性,单元内场函数至少要是m次完全多项式。
)
(2)协调性要求(单元插值函数在相邻单元的交界面应有函数直至m-1阶的连续导数。
97、什么是等参单元?
它在有限元法中的地位和作用是什么?
采用等参变化的单元,即把规则的单元转化为其边界为曲面或曲线的相应的单元
98、有哪几种常用的方法可用于改进应力结果?
细分单元,减小单元尺寸;
采用包含更多次项的位移模式
99、杆系结构有限元整体分析的物理实质是什么?
单元不是单独以拉压,扭转,弯曲状态工作的,单元特征矩阵是几种不同单元特性矩阵的组合,所以要进行有限元整体分析。
(参考)
100、单元分析的目的是什么?
可以模拟几何形状复杂的求解域,将连续的无限自由度问题转化为离散的有限自由度问题。
便于分析整体(参考)
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