所屬科目:結構分析(包括材料力學與結構學)
一、如圖(a)所示均質、等向性彈性材料之平面應力元素,已知τxy=30MPa、σx=80MPa、σy=0MPa,材料蒲松比v=0.25。如圖(b)所示於該平面應力元素表面貼附應變規,已知θ=45°,其量測所得之應變值為εa=540×10-6。求正向應變εx、εy、材料之剪力彈性模數G值、最大同平面剪應力及最大同平面剪應變。(25分)
參考公式:\( \epsilon_a = \frac{\epsilon_x + \epsilon_y}{2} + \frac{\epsilon_x - \epsilon_y}{2} \cos 2\theta + \frac{\gamma_{xy}}{2} \sin 2\theta \)
二、如圖所示平面桿件結構,a點為鉸支承,b點為滾支承,長度L=10m,桿件有相同彈性模數E與慣性矩I,且EI=4000kN-m2,桿件兩端分別承受大小相等、方向相反之端點彎矩M0。已知此結構之臨界挫屈載重\( P_{cr} = \frac{\pi^2 EI}{L^2} \),當水平外力P=100kN、且端點彎矩M0=18kN-m,考量二階彎矩(Second-ordermoment)的幾何非線性效應,求桿件中點之垂直位移及該點之斷面彎矩。(25分)
提示:\( \frac{d^2 y}{dx^2} + \lambda^2 y = m_1 \);邊界條件y=0,\(y(\ell)=0\) ﹔\( \lambda^2 = \frac{P}{EI} \),\(m_1 = \frac{M_0}{EI}\)微分方程的解\( y(x) = \frac{m_1}{\lambda^2 \sin \lambda \ell} [\sin \lambda \ell - \sin \lambda x - \sin \lambda (\ell - x)] \)
三、如圖所示梁結構,a點為鉸支承,d點及e點為滾支承,c點為鉸接,梁桿件具有相同之彈性模數E與慣性矩I,且EI=20000kN-m2,梁桿件在b點處設置一線性彈簧,其彈簧係數為k。已知b點梁桿件斷面彎矩為,求a點鉸支承之垂直反力、b點彈簧內力、d點Mb=15kN-m(正彎矩)斷面彎矩,以及b點垂直位移與彈簧係數k。(25分)
四、如圖示剛架結構,不考慮桿件的軸向變形,a點及c點為鉸支承,桿件有相同彈性模數E與慣性矩I,且EI=20000kN-m2。已知b點水平位移及轉角均為零,求a點鉸支承之水平與垂直反力、b點垂直位移及其斷面彎矩。(25分)