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地特三等申論題 105年 [機械工程] 工程力學(包括靜力學、動力學與材料力學)

第 一 題

📖 題組:
五、一懸臂梁右端固定,受力狀況及其截面之形狀與尺寸如下圖所示:
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試求圖中 A 點處之彎曲應力及剪應力,並繪製其應力元素圖。(12 分)

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看到此題,首先需取左側自由體,計算出A點所在截面(距左端 0.9 m)的內力(剪力與彎矩)。接著,計算I型梁的截面慣性矩,並找出A點的位置與對應的面積一次矩。最後代入彎曲應力與剪應力公式求值,並根據受力與變形方向繪製正確的應力元素圖。

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【解題關鍵】計算A點所在截面的內力(剪力與彎矩),並運用截面性質代入彎曲應力與剪應力公式求解,最後依據內力方向繪製應力元素圖。 【解答】 Step 1:截面內力計算 (位於距左端 $x=0.9$ m 處)

小題 (二)

試求圖中 A 點處的主應力,並繪製其應力元素圖。(8 分)

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這是一題典型的梁截面組合應力分析。第一步,需假想切開A點所在之截面,利用靜力平衡求出該處的內力(剪力與彎矩);第二步,計算工字梁截面的慣性矩 $I$ 與A點以上的面積一次矩 $Q$,代入彎曲應力與剪應力公式求出該點的應力狀態;最後,利用主應力公式求解最大與最小主應力,並依據受力方向描述應力元素圖。

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【解題關鍵】先由靜力平衡求出截面內力,再利用 $\sigma = \frac{My}{I}$ 與 $\tau = \frac{VQ}{It}$ 計算A點之應力狀態,最後代入主應力公式求解。 【解答】 一、計算 A 點所在截面之內力

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