國營聯招 機械應用力學、材料力學114 年第 29 題單選題
有一均勻厚度之正方形板受到三軸應力σx = 60 MPa,σy = -10 MPa,σz = 0 MPa,所產生之應變為εx = 31.5×10-5,εy = -14×10-5,下列敘述何者有誤?
A正方形板之彈性係數E為200 GPa
B正方形板之蒲松比為0.3
C正方形板於z軸之應變量εz = 7.5×10-5正確答案
Dxy面之最大剪應力(τxy)max = 70 MPa正確答案
C、D正確答案
本題求彈性常數與應變、剪應力。E=200GPa、ν=0.3正確;εz應為-7.5×10⁻⁵(漏負號)、面內最大剪應力為35MPa(非70MPa),故C、D有誤。
為什麼答案是 C、D
εz=(1/E)[σz-ν(σx+σy)]=(1/E)[-0.3×(60-10)]=-15/200000=-7.5×10⁻⁵,應為負值,選項漏了負號故有誤。
考點:彈性係數E考點:蒲松比ν考點:z向應變εz考點:最大剪應力
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完整詳解
Pro · 無限重點 本題求彈性常數與應變、剪應力。E=200GPa、ν=0.3正確;εz應為-7.5×10⁻⁵(漏負號)、面內最大剪應力為35MPa(非70MPa),故C、D有誤。
反向題選「錯的」:εz忘了負號、最大剪應力該是(σx-σy)/2=35MPa。
逐選項分析
A彈性係數E✕
由εx=(1/E)[σx-ν(σy+σz)],代入ν=0.3得E=63MPa/315×10⁻⁶=200000MPa=200GPa,敘述正確。
B蒲松比ν✕
用εx、εy兩式相除消去E,解得ν=37.5/125=0.3,敘述正確。
Cz向應變εz✓ 正確
εz=(1/E)[σz-ν(σx+σy)]=(1/E)[-0.3×(60-10)]=-15/200000=-7.5×10⁻⁵,應為負值,選項漏了負號故有誤。
D最大剪應力✓ 正確
xy面內最大剪應力=(σx-σy)/2=(60-(-10))/2=35MPa,選項寫70MPa(誤把差值當成剪應力)故有誤。
三軸應力—廣義虎克定律逐項驗算
| 項目 | 公式 | 代入計算 | 結果 | 選項判定 |
|---|
| 彈性係數E | E=[σx-ν(σy+σz)]/εx | 63/315×10⁻⁶ | 200 GPa | A 正確 |
| 蒲松比ν | 兩式相除消E | 解得ν | 0.3 | B 正確 |
| εz | (1/E)[σz-ν(σx+σy)] | -15/200000 | -7.5×10⁻⁵ | C 有誤(漏負號) |
| 最大剪應力 | (σx-σy)/2 | (60+10)/2 | 35 MPa | D 有誤(應35) |
本題兩大陷阱:C選項是「符號陷阱」,εz因ν(σx+σy)為正值,代負號後結果應為負,考生易漏掉負號;D選項是「公式陷阱」,把主應力差70MPa直接當成最大剪應力,忽略要再除以2,正確面內最大剪應力為35MPa。