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調查局三等申論題 108年 [營繕工程組] 結構分析(包括材料力學與結構學)

第 一 題

📖 題組:
圖三所示金屬平板,其材料性質未知,故設置兩只應變計進行力學性質量測試驗,如圖載重與應變計配置示意。此金屬板厚度 2.5 cm,wx=1400 kN/m,wy= -350 kN/m(壓),已知應變計讀數εa = 1000×10^-6,εb = 244×10^-6。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試求此平板之彈性模數 E 與柏松比ν。(20 分)

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這題核心在於「應力與應變的轉換」。看到這題,首先要將線載重與厚度轉換為平面應力 $\sigma_x$ 與 $\sigma_y$,並從應變計的幾何配置($0^\circ$ 與 $45^\circ$),利用應變轉換公式求出 $\epsilon_y$。最後代入廣義虎克定律的平面應力公式,聯立求解未知數 $E$ 與 $\nu$。遇到圖文標示不一致(如圖示為拉力,但文字註明壓力),應以能推導出合理柏松比(<0.5)之文字敘述為主。

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【解題關鍵】利用平面應力轉換關係由應變計讀數推導出正向應變 $\epsilon_x$ 與 $\epsilon_y$,並代入廣義虎克定律(Generalized Hooke's Law)聯立求解彈性模數 $E$ 與柏松比 $\nu$。 【解答】 計算:

小題 (二)

此載重下,平板上的絕對最大剪應變多大?(5 分)

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這題核心在考平面應力狀態下的「絕對最大剪應變」。看到題目給定邊界只有正向分布載重,就要立刻想到面內無剪應力,故 x, y 軸即為主應變方向(面內剪應變為零)。接著利用 45 度應變計讀數與應變轉換公式,求出未知的 y 向應變。最後,必須驗證三維空間的三個主應變大小,可透過廣義胡克定律與已知應力求出蒲松比進而估算 z 向應變,確認最大與最小主應變後相減即可得解。

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【解題關鍵】利用應變轉換公式求得正交應變,並透過廣義胡克定律驗證三維主應變(ε₁, ε₂, ε₃)的相對大小,代入絕對最大剪應變公式 γ_max,abs = ε_max - ε_min。 【解答】 計算:

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