如圖四所示,圖中尺寸為mm。陰影區域為一高度12 mm,寬度為8 mm
的矩形區域,其中挖去一直徑為4 mm 的半圓形區域,該半圓形區域的
圓心座落在矩形區域的幾何中心處。請求出該陰影區域之幾何中心點之
座標為何?(請以圖中所標示的X-Y 座標系統表示)。過此幾何中心點
平行X 軸之二次面積矩為何?注意:解題可能需要,圓周率π =3.14159。
(25 分)
A
B
C
D
F
E
4
4
6
6
X
Y
圖四
圖三
正方形斷面桿件如下圖所示,(無外力作用)桿件未變形軸向長度
1250
L
mm
、正方形斷面邊長
50
b
mm
。當承受軸拉力
400
P
kN
,桿
件變形後軸向長度
1251
dL
mm
、正方形斷面邊長縮短為49.99 mm,求
此時桿件軸向應力
x
、正向應變
x及
y、蒲松比、桿件最大剪應力及最
大剪應變。(25 分)
z
x
L
z
y
b
P
P
d
L
b
如下圖所示之平面桁架結構,a點、d 點及f 點為鉸支承,b點承受水平
集中載重120 kN ,求桁架ab、cd 及ef 桿件的軸力。(25 分)
120kN
a
b
c
d
e
f
3m
3m
3m
3m
3m
3m
梁桿件斷面如下圖所示,求此斷面的慣性矩
xI 、
yI 。(25 分)
210mm
210mm
30mm
30mm
210mm
210mm
30mm
y
x
均質材料桿件,材料之應力應變關係如右下圖所示,圖中降伏應力
250
y
MPa
、降伏應變
0.00125
y
,桿件斷面積
2
8
A
cm
,a點及c點
為固定端。當b點承受軸向水平外力
360
P
kN
作用,已知此時ab 桿件
已經降伏,求bc 桿件軸向應力及軸向應變、b 點軸向位移、ab 桿件軸向
應變及其應變能。(25 分)
P
b
a
c
0.8m
2m
y
y
y
y
圖二(a)所示之實心圓桿AB,其長
400 mm
L
,直徑
16 mm
d
。圓桿AB
受到拉力
60 kN
P
作用,若實心圓桿AB 之應力應變關係為:
124000
0
0.03
(
MPa)
1
300
當
的單位為
若圓桿AB 之楊氏模數
124 GPa
E
,求0.2%偏差降伏應力(offset yield
stress)
y
(參考示意圖二(b));當拉力
60 kN
P
作用時,圓桿AB 之伸
長量?又,卸載後,圓桿AB 之永久伸長量
P
?(25分)
圖二(a)
示意圖二(b)
0.2%
E
E
1
1
y
y
0
圖三(a)所示之薄壁管AB 受扭矩T 作用,薄壁管AB 的長
0.5 m
L
,其
截面為厚度
5 mm
t
,半徑
50 mm
r
之薄壁圓管,如圖三(b)所示。已知
薄壁圓管AB 之剪應力
60 MPa
,剪力模數
30 GPa
G
,求:扭矩T 及
B 點之扭轉角
B
(單位以度表之)。又,若薄壁圓管的底座(截面A)是
用6根直徑為
b
d 之錨釘拴緊,錨釘的位置距截面圓心為0
70 mm
r
處,如
圖三(c)所示,若毎根錨釘之允許剪應力(
)
48 MPa
b
allow
,求每根錨釘之
最小直徑
b
d 。(25分)
圖三(a)
圖三(b)
圖三(c)
圖四之梁AB 及梁BCD 於B 點用鉸接連接,於CD 段受到均布載重作
用,梁AB 及梁BCD 之撓曲剛度皆為EI ,求B 點的撓度
B
、C 點旋轉
角
C
、D 點撓度
D
及D 點旋轉角
D
。(請標示方向)(25分)
圖四
Fb
如圖1 所示之二分之一圓弧形桿件,O 點為圓心,半徑
4 m
R =
,a 點及
c 點為鉸支承,b 點為鉸接,角度
45
θ =
°,載重
10 kN
P =
、
10 kN
F =
。
分別求a、c 點鉸支承反力的水平與垂直分量,及桿件在e點的彎矩、剪
力與軸力。(25 分)
a
P
F
b
c
e
R
θ
x
y
o
圖1
如圖2 所示構架,桿ab、桿bc 及桿cd 為剛性桿件,a點及d 點為鉸支
承,b點及c 點為鉸接,彈簧係數
125 kN m
k =
,長度
2 m
=
、
3 m
h =
。
求臨界挫屈負載
cr
P 。(25 分)
a
d
h
h
c
b
k
P
圖2
如圖3 所示工型斷面之直樑,材料之彈性模數
240 GPa
E =
。當工型斷面
承受
24 kN m
z
M =
⋅
彎矩及
12.5 kN
y
V =
剪力作用,求此時樑中性軸曲率
半徑、a 點正向應力
x
σ 及b 點剪應力
xy
τ
。(25 分)
20 mm
20 mm
20 mm
300 mm
200 mm
60 mm
a
b
y
z
圖3
某點平面應力狀態如圖4 所示,求其主應力、最大剪應力,及當
60
θ =
°
作用在AB 斜面的應力分量
'x
σ 與
' '
x y
τ
。(25 分)
90 MPa
80 MPa
30 MPa
X
Y
θ
'x
'y
80 MPa
30 MPa
90 MPa
A
B
圖4
一固體材料承受多軸應力作用,如圖二所示,其中
MPa
11
11 =
σ
,
MPa
4
=
=
33
22
σ
σ
,
MPa
5
=
23
τ
,於此多軸應力作用下,求此固體材料所
承受之最大剪應力。(25 分)
圖二
D
F
I
4 m
H
C
4 m
A
J
B
E
G
6 m
3 m
3 m
6m
2 kN 4 kN 2 kN
X3
X2
X1
33
σ
11
σ
23
τ
22
σ
22
σ
11
σ
23
τ
33
σ
MPa
200
=
一長度
之懸臂梁,於其自由端承受一集中力F作用,如圖三所
示,此均勻梁斷面b=12 cm及h=12 cm,其固體材料之應力應變行為屬線
彈性完美塑性(Elastic perfectly plastic),如圖四所示,其中彈性模數
(Elastic modulus)E=200 GPa及降伏強度(Yield strength)
m
10
=
l
y
σ
,
假設此梁產生撓曲變位時,其斷面平面仍保持平面,此梁於a - a斷面處不
同位置之應變量,如圖五所示,求此時梁所承受之集中力F。(25分)
圖六所示為一長度l
之軸桿件,當其承受一均勻拉應力
m
10
=
MPa
10
=
σ
作用時,同時將材料溫度由20℃升高至30℃時,此軸桿件
長度伸長
cm
6.0
=
δ
,若持續承受此拉應力作用,將材料溫度再升高至
50℃時,此軸桿件長度伸長變成
cm
8.0
=
δ
。此軸桿件於未承受任何拉應
力作用時,將其兩端固定(Fixed ends),如圖七所示,當材料溫度由40
℃降低至20℃時,此軸桿件產生拉力開裂破壞,試求此軸桿件之抗拉強
度(Tensile strength)。(25 分)
F
a
a
l
b
h
圖三
σ
y
σ
E
ε
圖四
2
h
y =
ε=0.002
y
0
2
h
−
=
y
ε= -0.002
圖五
圖六
圖七
l
σ
σ
l
δ
請以斷面法求出下示桁架a、b、c 及d 桿件之內力。(25 分)
8 m
4 m
b
c
d
4@4m = 16 m
2@8m = 16 m
B
A
5 kN 15 kN 20 kN 30 kN
a
r = 31.5 mm
T(x)
ρ = 25 mm
Φ (x)
a-a 斷面
T0
L = 3 m
A C
B
d = 63 mm
3T0
L/3
x
a
a
106年特種考試地方政府公務人員考試試題
全一張
(背面)
等
別: 三等考試
類
科: 土木工程
科
目: 靜力學與材料力學
下示AF 梁,B 及E 點為鉸接(Hinge)。請求出A、C、D 及F 點之反力,並繪出AF
梁之剪力圖及彎矩圖(標示相關值或函數)。(25 分)
B C D F
A E
3 m
2 m
4 m
15 kN
3 kN/m
2 m
2 m
2 m
8 kN.m
圖一之結構由長度
m
L
=
之剛性桿件AC 及BC 所組成,在C 點連接一彈簧。在
°
= 0
α
時,彈簧未伸長或縮短;當施加外力
kN
P
10
=
於B 點時,結構之變形如圖一所示。
設彈簧之彈力常數為
m
kN
k
/
20
=
。以能量法(Energy Method)求平衡時之角度α ,
並判斷平衡時是為穩定平衡、不穩定平衡或隨遇平衡。(25 分)
•
•
•
•
α
α
20
/
k
kN m
=
2
L
m
=
2
L
m
=
10
P
kN
=
剛體
A
B
C
圖一
二、托架ABCD 是由垂直桿AB(
m
L
2
=
)、平行於x 軸之BC 桿(
m
a
2.1
=
)及平行於
z 軸之CD 桿(
m
b
8.0
=
)所組成,如圖二所示。外力
kN
P
15
=
作用於D 點指向G 點;
力矩
m
kN
M
⋅
= 2
0
作用於D 點指向F 點。求在A 點截面上的軸力大小、剪力大小、
彎矩大小及扭矩大小。(25 分)
圖二
x
y
z
E
F
G
H
a
a
b
a
b
B
L
M0
C
A
D
P
剛體
105年特種考試地方政府公務人員考試試題
全一張
(背面)
等
別: 三等考試
類
科: 土木工程
科
目: 靜力學與材料力學
圖三中,桿件AB 及AC 為截面積
2
36 mm
A =
之等截面圓形桿件,其應力~應變關係
為:
0.03
0
for
200
1
000
,
104
≤
≤
+
=
ε
ε
ε
σ
(σ 的單位為MPa)
若桿件AB 及AC 之允許拉應力或壓應力均為0.2%偏距降伏應力(offset yield stress),
求允許載重Pallow。(25 分)
A
B
C
1m
1m
2m
P
P
3m
圖三
圖四(a)之簡支梁AB,承受相連兩輪之載重,此載重可移到任何位置(即圖四(a)中的
ξ 為任意值)。梁AB 之截面如圖四(b)所示。設
kN
P
2
=
,
m
L
10
=
,
m
d
5.1
=
。求此
移動載重造成梁內之最大拉應力,及其所在位置。(25 分)
L
3P
P
A
B
ξ
y
x
1c
2c
z
y
300
b
mm
=
80
h
mm
=
12
t
mm
=
12
t
mm
=
圖四(a)
圖四(b)
關於熱膨脹所造成的應變與應力,請回答下列問題:
當物體之溫度由參考溫度提高,若物體並不受到任何束限,可以自由膨脹,此時
根據應變的定義,可以將膨脹量除以原長得到熱應變。請問這時候物體是否承受
應力?若有應力,大小如何表達?(10 分)
物體因為溫度變化所產生的應變是軸向應變?還是剪應變?(5 分)
假設有一物體原來長度為L,受到溫度提升自由膨脹的變形量為δΤ,但是物體無法
任意膨脹,可容許的膨脹量為δ(其中δ < δΤ),物體的彈性模數為E,斷面積為A,
請問斷面上的應力為多少?(10 分)
T=10 N-m
x
P
1 N
T=10 N-m
L=1 m
A
B
104年特種考試地方政府公務人員考試試題
全一張
(背面)
等
別: 三等考試
類
科: 土木工程
科
目: 靜力學與材料力學
如下圖所示,有一桁架系統(truss),在A 處為鉸支承(hinge support),在B 處為滾
支承(roller support)。請回答下列問題:
所謂的桁架系統,所有外力必須作用在何處?(5 分)
請問BE 構件是否為零力構件?若為零力構件,請解釋。(5 分)
請挑出所有的零力構件。(5 分)
請計算出桁架系統中的每一非零力構件所受到的力為多少?(10 分)
P=10 N
a
a
a
a
a
A
B
C
D
E
F
G
如圖所示,兩端均固定之桿件abc,桿件由同一種材料組成,其彈性模數(Elastic
modulus)為E,桿件abc 是由二段組成,ab 段之長度為L,斷面積為A,bc 段之長
度為L,斷面積為2A,已知桿件abc 單位體積自重是γ,今考慮自重的效應,試求:
a 端及c 端之反力。(15 分)
桿件中點b 之位移。(10 分)
a
b
L
L
c
如圖所示之梁,梁長2L,梁上be 段受均佈載重q 作用,梁之a 端則受彎矩M0 作
用,今已知在均佈載重q 及彎矩M0 作用下,梁跨度中央c 處之曲率(curvature)為
零,試求出彎矩M0 的大小(彎矩M0 請以均佈載重q 及L 表示),並繪出此梁之剪
力圖及彎矩圖。(25 分)
a
2
L
q
2
L
2
L
2
L
b
c
0
M
d
e
L
L
a
b
c
L
─
2
L
─
2
L
─
2
L
─
2
q
e
c
b
d
a
103年特種考試地方政府公務人員考試試題
全一張
(背面)
如圖所示之懸臂梁,全長斷面均為直徑d 之實心圓形斷面,此梁自由端承受扭力T
及彎矩My 與Mz 作用,已知彎矩
2
T
M y
而彎矩
2
3T
M z
,在扭力T 及彎矩My 與
Mz 作用下,求懸臂梁之最大主應力(最大主應力請以扭力T 及直徑d 表示)。
(25 分)
T
y
y
M
z
x
z
M
如圖所示,梁AB 為懸臂梁,梁長為L,梁之撓曲剛度為EI,梁承受均佈載重q 作
用,自由端B 下方δ 處有一滾支撐。
考慮自由端B 下方δ 處,無滾支撐條件下,試求自由端B 處之變位及自由端B 處
之傾斜角。(15 分)
載重q 作用下,已知自由端B 已接觸到滾支撐,且梁變位曲線在自由端B 之傾斜
角維持水平,試求均佈載重q 大小(均佈載重q 請以L , EI 及δ 表示)。(10 分)
B
A
q
L
如圖一所示,剛梁ABC,絞支撐於A,彈簧支撐於B、C,其彈簧常數為k。假設
未承載外力前,剛梁為水平。試求:
外力均佈載重q 作用下,各支撐的反力。(15 分)
剛梁ABC 的剪力圖。(5 分)
q
A
B
C
k
C
k
2L
L
圖一
考慮梁斷面如圖二所示(圖內長度單位為mm),試求:
斷面形心之坐標。(15 分)
斷面慣性矩
xI 。(10 分)
圖二
y
26
78
26
26
156
130 26
52
x
102年特種考試地方政府公務人員考試試題
類 科: 土木工程
全一張
(背面)
鋼棒ac(直徑8 cm,
GPa
200
=
s
E
)與銅套管ab(外徑10 cm,
GPa
100
=
b
E
)緊
密結合,如圖三所示,其a、c 兩端為固定端,
cm
。設b 點承受軸力
kN
100
=
L
10
=
P
。同時,系統溫度上升
=
ΔT
200℃。假設鋼棒與銅管的熱膨脹係數分別為
=
s
α
14×10-6∕℃及
=
b
α
18×10-6∕℃。試求:
a、c 兩端的反力。(15 分)
b 點的位移。(10 分)
圖三
如圖四所示,均勻斷面懸臂梁ABC,其剛度為EI。若AB 段承受大小為q 之均佈作
用力,且C 點下方Δ 處有一滾支撐。
試求1
q 之大小,使得
1q
q =
時,懸臂梁ABC 正好接觸C 點下方的滾支撐。(15 分)
承題,若
1
2q
=
,試求此時懸臂梁在固定端A 點處的反力。(15 分)
q
A
B
C
L
q
L
a
b
c
L
L
P
鋼
銅
鋼
」」
bc 段斷面
ab 段斷面
Δ
圖四
設有一如圖二所示之斷面為b×2b 之長方形均勻斷面短柱AB,A 點為固定端,B 點
為自由端。B 點承受BA 方向之軸向力P。試以P 力之偏心現象以數學式討論A 端
斷面中承受拉應力的可能性。(設AB 柱適合「平面保持平面」之假設。)(20 分)
b
2b
L = 5b
x
y
P
A
B
圖二
101年特種考試地方政府公務人員考試試題
代號:
類 科: 土木工程
全一張
(背面)
33330
y
L
L
R
P
A
B
C
z
b
b
b
b
b
y
y
x
x
AB 段
斷面
BC 段
斷面
圖三
設有一如圖四所示長度L ,斷面a×a 之懸臂梁。因某原因造成上、下緣有
△T( △T=T2–T1)之溫差,且該溫差在上、下緣間為一次線性之變化。設材料之熱膨脹
係數為α,試求由此溫差造成自由端B點之轉角θB及變位δB。(20 分)
A
T1
T2
B
L
a
a
圖四
設有一半徑為r 之薄壁半圓形斷面,試求此斷面剪力中心的位置。(20 分)
長度為L,重為W之均勻剛性桿件AB,放在牆壁及地板之間,在桿件AB中點施加M0
=WLcosθ之力矩,如圖一所示。設A點及B點之最大靜摩擦係數分別為μA,μB,求桿
件AB在臨界運動(impending motion)狀況之角度θ。(25 分)
B
剛體
0
cos
M
WL
θ
=
L
A
B
θ
圖一
剛體
A
實心圓桿ABC是由AB段(長L1=0.6 m,直徑d1=50 mm)及BC段(長L2=0.3 m,直徑
d2=80 mm)所組成,AB段及BC段中間連接剛性板,如圖三所示。實心圓桿ABC之
楊氏模數E=80 GPa。兩大小相等之外力P=50 kN對稱的作用在剛性板上。在AB段,
有彈性常數k=150 MN/m,未伸長長度為0.6 m之螺旋狀彈簧,螺旋狀彈簧只連接在
剛性板,但沒有連接在固定端A。
求A點及C點的反力RA,RC。(15 分)
求B點的水平位移δB。(10 分)
A
B
C
50
P
kN
=
50
P
kN
=
150
/
k
MN m
=
2
0.3
L
m
=
1
0.6
L
m
=
剛性板
1
50
d
mm
=
2
80
d
mm
=
圖三
剛性板
30o
36
P
kN
=
=
110mm
3m
1m
•
•
B
A
10mm
200mm
10mm
10mm
200mm
•
•
B
A
圖二(a)
圖二(b)
y
x
z
100 年特種考試地方政府公務人員考試試題
代號:
類 科: 土木工程
全一張
(背面)
33130
剛度為EI之梁承受大小為q之均佈載重及C點之集中力矩M0,此梁在B點有彈力常數
為
3
3
L
k =
EI 之彈簧支撐,如圖四所示。
求B點的旋轉角θB;(15 分)
求C點之撓度(deflection)δC。(10 分)
q
C
EI
A
B
L
/ 2
L
3
3 EI
k
L
=
0
M
圖四