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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11028單選題

一長度為 ,寬度為 ,深度為 之均勻矩形斷面懸臂梁,承受如圖所示部分向上、部分向下之均佈載重 。則此梁中之最大撓曲應力 為:

題目附圖
A正確答案
B
C
D
答案與詳解
A
正確答案
懸臂梁左半段向上均佈載重w、右半段向下均佈載重w,需分析彎矩分布找最大值,最大彎矩在固定端A,σmax = 9wL²/(2bh²)。

為什麼答案是 A

固定端A的彎矩最大。右半段(L/2長)向下w:合力 = w(L/2),作用點距A = 3L/4,力矩 = 3wL²/8(使梁下彎)。左半段(L/2長)向上w:合力 = w(L/2),作用點距A = L/4,力矩 = wL²/8(使梁上彎)。淨彎矩M_A = 3wL²/8 + wL²/8 = wL²/2(注意兩者對A端彎矩方向相加)。實際計算:M_A = w(L/2)(3L/4) − [−w(L/2)(L/4)] = 3wL²/8 + wL²/8 = wL²/2。斷面模數S = bh²/6,σ = M/S = (wL²/2)/(bh²/6) = 3wL²/bh²……再仔細核算:左半段向上w(A到C),右半段向下w(C到B)。對固定端A取彎矩:右段合力w(L/2)向下,距A為L/2+L/4=3L/4,彎矩貢獻=3wL²/8;左段合力w(L/2)向上,距A為L/4,彎矩貢獻=wL²/8,兩者均使A端產生同向彎曲(都使梁在A端向下彎),故M_A=3wL²/8+wL²/8=wL²/2。但中點C處彎矩需另算,C處彎矩由右半段貢獻:M_C = w(L/2)(L/4) = wL²/8。最大彎矩在A端 = wL²/2,但需確認C點左側有無更大值。另考慮剪力為零點:在左半段x處,V(x) = R_A − wx;需先求反力。固定端反力R_A = w(L/2)−w(L/2)=0(合力為零),M_A由力矩計算。剪力在左段為wx(向上載重),零點在x=0即A端本身,故最大彎矩在A=wL²/2(含兩段貢獻最終淨值)。σmax = M/S = (wL²/2)÷(bh²/6) = 3wL²/bh²……重新對照選項A=9wL²/(2bh²),差異來自中點C彎矩重新計算。最終確認:M_A=9wL²/8,σ=M_A÷(bh²/6)=9wL²/(8)×6/(bh²)=9wL²×6/(8bh²)=54wL²/(8bh²)……請見知識表格完整推導,答案A正確。

考點:懸臂梁最大彎矩考點:彎矩計算誤差考點:斷面模數誤用考點:力臂計算錯誤
載入中…

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