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大地工程技師高等考試-大地工程技師考試分階段考試(第一階段考試)材料力學11528單選題

一完全水平的空心圓棒外徑為 50 mm、長度為 1 m,圓棒兩端固定在牆面上,左端固定端為 A 端、右端固定端為 B 端。有一力偶由外力 P 與力臂長度 400 mm 所組成,施加在距離 A 端右側 0.6 m 處。若圓棒之極慣性矩為 300×10⁻⁹ m⁴、容許剪應力為 45 MPa,則容許外力 Pallow 為多少?

A2250 N正確答案
B2250 kN
C2520 N
D2520 kN
答案與詳解
A
正確答案
兩端固定圓軸受扭,最大扭矩發生在距離施力點較遠的固定端(B端),利用扭角為零之相容條件求反力矩後,代入剪應力公式求解容許外力。

為什麼答案是 A

正確。外力偶矩 T_0 = P × 0.4。兩端固定軸受扭時,反力矩與到另一端的距離成正比,故 B 端反力矩 T_B = T_0 × (0.6/1) = 0.6 T_0,此即最大扭矩 T_max。由容許剪應力公式 τ = T_max × c / J,得 T_max = 45×10⁶ × 300×10⁻⁹ / 0.025 = 540 N·m。因此 0.6 T_0 = 540,解得 T_0 = 900 N·m。最後 P = T_0 / 0.4 = 2250 N,數值與單位皆正確。

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