地特三等申論題
109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:
如圖四(i)所示,組合梁 ABC,A 為滾支撐,B 為鉸接,C 為固定端,楊氏模數 E = 200 GPa。斷面為倒 T 形,其尺寸如圖四(ii)所示(單位為 mm)。試求:(五個子題,共40分)
如圖四(i)所示,組合梁 ABC,A 為滾支撐,B 為鉸接,C 為固定端,楊氏模數 E = 200 GPa。斷面為倒 T 形,其尺寸如圖四(ii)所示(單位為 mm)。試求:(五個子題,共40分)
📝 此題為申論題,共 5 小題
小題 (一)
A 及 C 端之反力及反力矩。
思路引導 VIP
本題為靜定組合樑的支撐反力計算。由於 B 點為內部鉸接點(彎矩為零),解題關鍵在於將結構拆解為 AB 段與 BC 段的自由體圖(FBD)。先從只有兩個未知力的 AB 段利用靜力平衡方程式求出 A 端反力及 B 端剪力,再將 B 點受到的剪力反向施加於 BC 段,即可順利求得 C 端的固定端反力與反力矩。
小題 (二)
B 處之撓度。
思路引導 VIP
分析此組合梁時,應先由內部鉸接點 B 將結構拆解為靜定附屬梁 AB 與懸臂主梁 BC。利用靜力平衡求出 AB 段對 B 點造成的集中載重,再應用疊加原理計算懸臂梁 BC 自由端受到集中力與均布載重時的總撓度,最後需計算給定斷面的抗彎剛度 EI 代入式中。
小題 (三)
梁之剪力及彎矩分布圖。
思路引導 VIP
遇到含內部鉸接的組合梁,首要步驟是將結構從鉸接處切開繪製自由體圖(FBD),利用鉸接處彎矩為零的條件求得內部剪力與各支承反力。接著,運用斷面法分段寫出剪力與彎矩方程式,最後依據方程式的次數(水平線、斜直線、拋物線)標示極值並完成繪圖。
小題 (四)
斷面形心位置以及對中性軸之慣性矩 I。
思路引導 VIP
面對組合斷面幾何性質的計算,首先應選定一個明確的參考座標軸(如底邊)。接著將複雜圖形分割為標準矩形,利用力矩平衡概念(面積一階矩)求出形心位置。最後套用平行軸定理,計算各子面積對全斷面形心軸(中性軸)的慣性矩並加總。
小題 (五)
若 L = 1 m,q = 10 kN/m 試求在固定端斷面處之最大彎曲壓應力及最大彎曲拉應力。
思路引導 VIP
本題結合靜力學與材料力學。首先需將組合梁拆解,利用靜力平衡方程式求出固定端 C 點的內部彎矩;接著計算倒 T 形斷面的形心位置與面積慣性矩;最後代入彈性撓曲應力公式 (σ=My/I) 分別計算受拉與受壓側的最大應力。