在土木工程学中,某种特制钢筋在弹性限度内的伸长量 ΔL\Delta L(单位:mm\text{mm})与它所受到的拉力 FF(单位:kN\text{kN})成正比例。现对一根长度为 2.0m2.0\text{m} 的钢筋进行拉伸测试,测试数据及变化关系如下图所示:
15 (F)1.2 (ΔL)F/kNΔL/mm
(1) 根据图像,求 ΔL\Delta L 与 FF 之间的函数关系式;
(2) 若该钢筋的最大安全伸长量为其原长的 0.1%0.1\%,求该钢筋在安全范围内所能承受的最大拉力 Fmax⁡F_{\max}。

完整解法

(1)

1. 设正比例关系式并根据图像数据求比例系数

因为伸长量 ΔL\Delta L 与拉力 FF 成正比例,可设:
ΔL=kF(k≠0)\Delta L = k F \quad (k \neq 0)
由图像可知,当 F=15 kNF = 15\text{ kN} 时,ΔL=1.2 mm\Delta L = 1.2\text{ mm}。
代入得:
1.2=15k1.2 = 15k
解得 k=0.08k = 0.08。

2. 写出函数关系式

所以 ΔL\Delta L 与 FF 之间的函数关系式为:
ΔL=0.08F\Delta L = 0.08 F

答案

ΔL=0.08F\Delta L = 0.08 F

(2)

1. 计算钢筋的最大安全伸长量

钢筋的原长 L=2.0 m=2000 mmL = 2.0\text{ m} = 2000\text{ mm}。
最大安全伸长量为:
ΔLmax⁡=2000 mm×0.1%=2 mm\Delta L_{\max} = 2000\text{ mm} \times 0.1\% = 2\text{ mm}

2. 由函数关系式求最大拉力

将 ΔLmax⁡=2 mm\Delta L_{\max} = 2\text{ mm} 代入第(1)问求得的函数关系式 ΔL=0.08F\Delta L = 0.08 F 中:
2=0.08Fmax⁡2 = 0.08 F_{\max}
解得:
Fmax⁡=20.08=25 kNF_{\max} = \frac{2}{0.08} = 25\text{ kN}

答案

25 kN25\text{ kN}

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