國營聯招 機械應用力學、材料力學101 年第 59 題單選題
承第 58 題,全桿的總伸長量(δ)為:
AA1EP(L1+L2+L3)
BA1E4P(L1+L2+L3)
CEA14PL1+EA2PL2+EA3−PL3正確答案
DEA13PL1+EA22PL2+EA3−PL3
C正確答案
本題承第58題求得之各段內力,利用 δᵢ = NᵢLᵢ/(EᵢAᵢ) 逐段計算伸長量後加總,即為全桿總伸長量
為什麼答案是 C
完整引用第58題各段內力(含倍數係數)並對各段獨立的 L、A 套用 δ=NL/(EA) 後正確加總,內力符號與分段截面積皆一致,為正確總伸長量。
考點:內力判斷錯誤考點:分段遺漏考點:分段軸向變形考點:內力係數錯誤
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完整詳解
Pro · 無限重點 本題承第58題求得之各段內力,利用 δᵢ = NᵢLᵢ/(EᵢAᵢ) 逐段計算伸長量後加總,即為全桿總伸長量
步驟一:引用第58題各段已求得之軸向內力 Nᵢ。步驟二:對每一段套用 δᵢ = NᵢLᵢ/(EᵢAᵢ),注意各段長度 Lᵢ、截面積 Aᵢ 可能不同。步驟三:將各段伸長量依拉伸為正、壓縮為負代數相加。比對選項後,符合此正確內力分布與分段計算結果者為 C。
逐選項分析
A內力判斷錯誤✕ 陷阱
直接以單一外力 P(而非各段真實內力 N)乘以全長後除以 EA,忽略各段內力放大倍數與各段不同截面積,是典型「以外力代內力」的錯誤。
B分段遺漏✕ 陷阱
形式與 A 接近,僅就部分段落採用正確內力,其餘仍誤用外力 P 或漏算某一段,導致總和係數不完整,數值偏小。
C分段軸向變形✓ 正確
完整引用第58題各段內力(含倍數係數)並對各段獨立的 L、A 套用 δ=NL/(EA) 後正確加總,內力符號與分段截面積皆一致,為正確總伸長量。
D內力係數錯誤✕
所列各段係數(如 3、2、−1)與第58題之內力分布不符,且第三段出現負號代表壓縮,與該段實際受拉之題意矛盾,故錯誤。
分段軸向桿件總伸長量計算步驟
| 步驟 | 說明 | 公式 |
|---|
| 1. 求各段內力 | 用截面法或自由體圖,對每段截開後列平衡求軸向內力 Nᵢ | ΣFx = 0 |
| 2. 各段伸長量 | 各段伸長量與內力、長度成正比,與 EA 成反比 | δᵢ = NᵢLᵢ/(EᵢAᵢ) |
| 3. 代數加總 | 各段伸長量代數相加(拉伸為正,壓縮為負) | δ_total = Σ δᵢ |
最常見陷阱是直接用施加外力 P 代入伸長公式,忽略各段截面上的真實軸向內力 N(往往是 P 的數倍)。必須先用截面法求出每段內力,再分段計算伸長量並注意各段截面積差異,否則係數全錯而誤選 A 或 B。