材料力学课后习题答案(41页).doc

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1、-8-1 试求图示各杆的轴力，并指出轴力的最大值。F2F(b)FF(a)(d)2kN1kN2kN(c)2kN3kN3kN解：(a)(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2截面；FF1122(2) 取1-1截面的左段；FFN111(3) 取2-2截面的右段；22FN2(4) 轴力最大值：(b)(1) 求固定端的约束反力；F2FFR2121(2) 取1-1截面的左段；F11FN1(3) 取2-2截面的右段；FR22FN2(4) 轴力最大值：(c)(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2、3-3截面；2kN2kN3kN3kN223311(2) 取1-1截面的左段；2kN11FN1(3) 取2-2截面

2、的左段；2kN3kN2211FN2(4) 取3-3截面的右段；3kN33FN3(5) 轴力最大值：(d)(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2截面；2kN1kN1122(2) 取1-1截面的右段；2kN1kN11FN1(2) 取2-2截面的右段；1kN22FN2(5) 轴力最大值：8-2 试画出8-1所示各杆的轴力图。解：(a) FFNx(+)FFNx(+)(-)F(b)FNx(+)(-)3kN1kN2kN(c)FNx(+)(-)1kN1kN(d) 8-5 图示阶梯形圆截面杆，承受轴向载荷F1=50 kN与F2作用，AB与BC段的直径分别为d1=20 mm和d2=30 mm ，如欲使AB与B

3、C段横截面上的正应力相同，试求载荷F2之值。BAF1F2C2121解：(1) 用截面法求出1-1、2-2截面的轴力； (2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同；8-6 题8-5图所示圆截面杆，已知载荷F1=200 kN，F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm，如欲使AB与BC段横截面上的正应力相同，试求BC段的直径。解：(1) 用截面法求出1-1、2-2截面的轴力；(2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同；8-7 图示木杆，承受轴向载荷F=10 kN作用，杆的横截面面积A=1000 mm2，粘接面的方位角= 450，试计算该截面上的正应力与切应力，并画出应力的

4、方向。FFn粘接面解：(1) 斜截面的应力：(2) 画出斜截面上的应力F8-14 图示桁架，杆1与杆2的横截面均为圆形，直径分别为d1=30 mm与d2=20 mm，两杆材料相同，许用应力=160 MPa。该桁架在节点A处承受铅直方向的载荷F=80 kN作用，试校核桁架的强度。FABC30045012解：(1) 对节点A受力分析，求出AB和AC两杆所受的力；FAyx300450FACFAB(2) 列平衡方程 解得：(2) 分别对两杆进行强度计算；所以桁架的强度足够。8-15 图示桁架，杆1为圆截面钢杆，杆2为方截面木杆，在节点A处承受铅直方向的载荷F作用，试确定钢杆的直径d与木杆截面的边宽b。

5、已知载荷F=50 kN，钢的许用应力S =160 MPa，木的许用应力W =10 MPa。FABCl45012FABC30045012FABC30045012解：(1) 对节点A受力分析，求出AB和AC两杆所受的力；Ayx450FACFABFFABFACF(2) 运用强度条件，分别对两杆进行强度计算；所以可以确定钢杆的直径为20 mm，木杆的边宽为84 mm。8-16 题8-14所述桁架，试定载荷F的许用值F。解：(1) 由8-14得到AB、AC两杆所受的力与载荷F的关系；(2) 运用强度条件，分别对两杆进行强度计算； 取F=97.1 kN。8-18 图示阶梯形杆AC，F=10 kN，l1=

6、l2=400 mm，A1=2A2=100 mm2，E=200GPa，试计算杆AC的轴向变形l。2FFFl1l2ACB解：(1) 用截面法求AB、BC段的轴力；(2) 分段计算个杆的轴向变形； AC杆缩短。8-22 图示桁架，杆1与杆2的横截面面积与材料均相同，在节点A处承受载荷F作用。从试验中测得杆1与杆2的纵向正应变分别为1=4.010-4与2=2.010-4，试确定载荷F及其方位角之值。已知：A1=A2=200 mm2，E1=E2=200 GPa。FABC3003001212解：(1) 对节点A受力分析，求出AB和AC两杆所受的力与的关系；FAyx300FACFAB300 (2) 由胡克定

7、律：代入前式得：8-23 题8-15所述桁架，若杆AB与AC的横截面面积分别为A1=400 mm2与A2=8000 mm2，杆AB的长度l=1.5 m，钢与木的弹性模量分别为ES=200 GPa、EW=10 GPa。试计算节点A的水平与铅直位移。解：(1) 计算两杆的变形；1杆伸长，2杆缩短。(2) 画出节点A的协调位置并计算其位移；AAA2450l1A1l2FAyx450FACFABFAyx450FACFAB水平位移：铅直位移：8-26 图示两端固定等截面直杆，横截面的面积为A，承受轴向载荷F作用，试计算杆内横截面上的最大拉应力与最大压应力。l/3FD(b)FABCl/3l/3解：(1) 对

8、直杆进行受力分析；FBFAFDFABC列平衡方程：(2) 用截面法求出AB、BC、CD段的轴力；(3) 用变形协调条件，列出补充方程；代入胡克定律；求出约束反力：(4) 最大拉应力和最大压应力； 8-27 图示结构，梁BD为刚体，杆1与杆2用同一种材料制成，横截面面积均为A=300 mm2，许用应力=160 MPa，载荷F=50 kN，试校核杆的强度。FDBCla12a解：(1) 对BD杆进行受力分析，列平衡方程；FDBCFN2FN1FBxFBy (2) 由变形协调关系，列补充方程；代之胡克定理，可得；解联立方程得：(3) 强度计算；所以杆的强度足够。8-30 图示桁架，杆1、杆2与个杆3分别

9、用铸铁、铜与钢制成，许用应力分别为1 =80 MPa，2 =60 MPa，3 =120 MPa，弹性模量分别为E1=160 GPa，E2=100 GPa，E3=200 GPa。若载荷F=160 kN，A1=A2 =2A3，试确定各杆的横截面面积。F1000C300123FCFN1FN3FN2解：(1) 对节点C进行受力分析，假设三杆均受拉； FCFN1FN3FN2画受力图；FCFN1FN3FN2FCFN1FN3FN2 FCFN1FN3FN2列平衡方程；(2) 根据胡克定律，列出各杆的绝对变形； (3) 由变形协调关系，列补充方程；C1CCC2300l1C3l2l3 简化后得： 联立平衡方程可得

10、：1杆实际受压，2杆和3杆受拉。(4) 强度计算；综合以上条件，可得8-31 图示木榫接头，F=50 kN，试求接头的剪切与挤压应力。FF10010010040FF100解：(1) 剪切实用计算公式：(2) 挤压实用计算公式：8-32 图示摇臂，承受载荷F1与F2作用，试确定轴销B的直径d。已知载荷F1=50 kN，F2=35.4 kN，许用切应力 =100 MPa，许用挤压应力bs =240 MPa。450450BACF1F28040DDFBD-Dd6610解：(1) 对摇臂ABC进行受力分析，由三力平衡汇交定理可求固定铰支座B的约束反力； (2) 考虑轴销B的剪切强度；考虑轴销B的挤压强度

11、；(3) 综合轴销的剪切和挤压强度，取8-33 图示接头，承受轴向载荷F作用，试校核接头的强度。已知：载荷F=80 kN，板宽b=80 mm，板厚=10 mm，铆钉直径d=16 mm，许用应力=160 MPa，许用切应力 =120 MPa，许用挤压应力bs =340 MPa。板件与铆钉的材料相等。FFFFbd解：(1) 校核铆钉的剪切强度；(2) 校核铆钉的挤压强度；(3) 考虑板件的拉伸强度；对板件受力分析，画板件的轴力图；FF/4bF/4F/4F/41122FFNx(+)F/43F/4 校核1-1截面的拉伸强度校核2-2截面的拉伸强度 所以，接头的强度足够。9-1 试求图示各轴的扭矩，并指

12、出最大扭矩值。M2M(b)aaMM(a)aa1kNm(d)3003003002kNm3kNm2kNm(c)5005005001kNm1kNm2kNm解：(a) (1) 用截面法求内力，取1-1、2-2截面；MM1122(2) 取1-1截面的左段；xM11T1(3) 取2-2截面的右段；22T2x(4) 最大扭矩值：(b)(1) 求固定端的约束反力；1MAx122M2M(2) 取1-1截面的左段；1MAx1T1(3) 取2-2截面的右段；x22MT2(4) 最大扭矩值：注：本题如果取1-1、2-2截面的右段，则可以不求约束力。(c) (1) 用截面法求内力，取1-1、2-2、3-3截面；2kNm

13、1kNm1kNm2kNm112233(2) 取1-1截面的左段；2kNm11xT1(3) 取2-2截面的左段；2kNm1kNm22xT2(4) 取3-3截面的右段；2kNm33xT3(5) 最大扭矩值：(d) (1) 用截面法求内力，取1-1、2-2、3-3截面；1kNm2kNm3kNm223311(2) 取1-1截面的左段；1kNm11xT1(3) 取2-2截面的左段；1kNm2kNm2211xT2(4) 取3-3截面的左段；1kNm2kNm3kNm223311xT3(5) 最大扭矩值：9-2 试画题9-1所示各轴的扭矩图。MTx(+)解：(a)MTx(+)(-)M(b)(c)Tx(+)2k

14、Nm2kNm1kNm(d)Tx(-)3kNm1kNm9-4 某传动轴，转速n=300 r/min(转/分），轮1为主动轮，输入的功率P1=50 kW，轮2、轮3与轮4为从动轮，输出功率分别为P2=10 kW，P3=P4=20 kW。(1) 试画轴的扭矩图，并求轴的最大扭矩。(2) 若将轮1与论3的位置对调，轴的最大扭矩变为何值，对轴的受力是否有利。8008008001432P4P3P2P1解：(1) 计算各传动轮传递的外力偶矩；(2) 画出轴的扭矩图，并求轴的最大扭矩；T(Nm) x(+)318.31273.4636.7(-)(3) 对调论1与轮3，扭矩图为；T(Nm) x(+)636.795

15、5636.7(-)所以对轴的受力有利。9-8 图示空心圆截面轴，外径D=40 mm，内径d=20 mm，扭矩T=1 kNm，试计算A点处(A=15 mm)的扭转切应力A，以及横截面上的最大与最小扭转切应力。AA解：(1) 计算横截面的极惯性矩；(2) 计算扭转切应力；9-16 图示圆截面轴，AB与BC段的直径分别为d1与d2，且d1=4d2/3，试求轴内的最大切应力与截面C的转角，并画出轴表面母线的位移情况，材料的切变模量为G。MllMACB解：(1) 画轴的扭矩图；2MTx(+)M (2) 求最大切应力；比较得(3) 求C截面的转角；9-18 题9-16所述轴，若扭力偶矩M=1 kNm，许用

16、切应力 =80 MPa，单位长度的许用扭转角=0.5 0/m，切变模量G=80 GPa，试确定轴径。解：(1) 考虑轴的强度条件；(2) 考虑轴的刚度条件； (3) 综合轴的强度和刚度条件，确定轴的直径；9-19 图示两端固定的圆截面轴，直径为d，材料的切变模量为G，截面B的转角为B，试求所加扭力偶矩M之值。Ma2aACB解：(1) 受力分析，列平衡方程；MBMAMACB (2) 求AB、BC段的扭矩；(3) 列补充方程，求固定端的约束反力偶；与平衡方程一起联合解得(4) 用转角公式求外力偶矩M；10-1 试计算图示各梁指定截面（标有细线者）的剪力与弯矩。ACBl/2l/2(a)FAMe(b)

17、BCl/2l/2aBCAb(c)FqACBl/2l/2(d)解：(a)(1) 取A+截面左段研究，其受力如图；FAFSA+MA+由平衡关系求内力(2) 求C截面内力；取C截面左段研究，其受力如图；CFFSCMC由平衡关系求内力(3) 求B-截面内力截开B-截面，研究左段，其受力如图；ACBFFSBMB由平衡关系求内力(b)(1) 求A、B处约束反力RAAMeBCRB(2) 求A+截面内力；取A+截面左段研究，其受力如图；AMeRAFSAMA+(3) 求C截面内力；取C截面左段研究，其受力如图；AMeCRAFSCMC(4) 求B截面内力；取B截面右段研究，其受力如图；BRBFSBMB(c)(1)

18、 求A、B处约束反力RABCAFRB(2) 求A+截面内力；取A+截面左段研究，其受力如图；ARAFSA+MA+(3) 求C-截面内力；取C-截面左段研究，其受力如图；RAACFSC-MC-(4) 求C+截面内力；取C+截面右段研究，其受力如图；BCRBFSC+MC+(5) 求B-截面内力；取B-截面右段研究，其受力如图；BRBFSB-MB-(d) (1) 求A+截面内力取A+截面右段研究，其受力如图；qACBFSA+MA+-(3) 求C-截面内力；取C-截面右段研究，其受力如图；qCBFSC-MC-(4) 求C+截面内力；取C+截面右段研究，其受力如图；qCBFSC+MC+(5) 求B-截面

19、内力；取B-截面右段研究，其受力如图；BFSB-MB-qABl(d)ql/410-2.试建立图示各梁的剪力与弯矩方程,并画剪力与弯矩图。l/2BCA(c)Fl/2解：(c)BCAFRARCx2x1(1) 求约束反力(2) 列剪力方程与弯矩方程(3) 画剪力图与弯矩图xFSF（+）（-）FMFl/2（-）x(d) qABxql/4(1) 列剪力方程与弯矩方程(2) 画剪力图与弯矩图ql/4xFS3ql/4(-)(+)(+)xM(-)ql2/4ql2/3210-3 图示简支梁，载荷F可按四种方式作用于梁上，试分别画弯矩图，并从强度方面考虑，指出何种加载方式最好。l/3BA(b)F/2l/3l/3F

20、/2l/2BA(a)Fl/2l/5l/5l/5BA(d)F/4F/4l/5F/4l/5F/4l/4BA(c)F/3l/4l/4F/3l/4F/3解：各梁约束处的反力均为F/2，弯矩图如下：xMFl/6(b)xMFl/4(a)x3Fl/20(d)Fl/10Fl/10MxMFl/8Fl/8Fl/6(c)由各梁弯矩图知：(d)种加载方式使梁中的最大弯矩呈最小，故最大弯曲正应力最小，从强度方面考虑，此种加载方式最佳。10-5 图示各梁，试利用剪力、弯矩与载荷集度的关系画剪力与弯矩图。qABl/2l/2(b)qll/2l/2FlF(a)ABA(d)Bl/2l/2qql2A(c)Bl/2l/2qql/3A

21、(f)Bl/3ql/3A(e)Bl/4l/2ql/4解：(a)(1) 求约束力；FFlABRBMB(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFSF(+)xMFl/23Fl/22Fl(b) (1) 求约束力；BqlARAMA(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFSql/2(+)xM(-)ql/2ql2/8(c) (1) 求约束力；RAABqqRB(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFSql/4(-)ql/4ql/4(-)(+)xMql2/32(-)ql2/32(d) RARBABqql2(1) 求约束力；(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFS5ql/8(+)xM9ql2/169ql/8ql2(e) (1)

22、求约束力；RARBABq(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFS(+)xMql2/16ql/4ql2(-)ql/4ql2/163ql2/32(f) (1) 求约束力；RARBABq(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFS(+)xM(-)5ql/95ql2/272ql/97ql/910ql/917ql2/5411-6 图示悬臂梁，横截面为矩形，承受载荷F1与F2作用，且F1=2F2=5 kN，试计算梁内的最大弯曲正应力，及该应力所在截面上K点处的弯曲正应力。401mF1Cy1mF280Kz30解：(1) 画梁的弯矩图(+)7.5kNxM5kN(2) 最大弯矩（位于固定端）：(3) 计算应力：最大应力

23、：K点的应力：11-7 图示梁，由No22槽钢制成，弯矩M=80 N.m，并位于纵向对称面（即x-y平面）内。试求梁内的最大弯曲拉应力与最大弯曲压应力。MMyzy0bC解：(1) 查表得截面的几何性质：(2) 最大弯曲拉应力（发生在下边缘点处）(3) 最大弯曲压应力（发生在上边缘点处）11-8 图示简支梁，由No28工字钢制成，在集度为q的均布载荷作用下，测得横截面C底边的纵向正应变=3.010-4，试计算梁内的最大弯曲正应力，已知钢的弹性模量E=200 Gpa，a=1 m。ABaaqCRARB解：(1) 求支反力(2) 画内力图x(+)x(-)3qa/4FSqa/4qa2/49qa2/32M

24、(3) 由胡克定律求得截面C下边缘点的拉应力为：也可以表达为：(4) 梁内的最大弯曲正应力：11-14 图示槽形截面悬臂梁，F=10 kN，Me=70 kNm，许用拉应力+=35 MPa，许用压应力-=120 MPa，试校核梁的强度。y1003mF3mMe252550200zCCA解：(1) 截面形心位置及惯性矩：(2) 画出梁的弯矩图Mx40kNm30kNm(+)(-)10kNm(3) 计算应力A+截面下边缘点处的拉应力及上边缘点处的压应力分别为：A-截面下边缘点处的压应力为可见梁内最大拉应力超过许用拉应力，梁不安全。11-15 图示矩形截面钢梁，承受集中载荷F与集度为q的均布载荷作用，试确

25、定截面尺寸b。已知载荷F=10 kN，q=5 N/mm，许用应力 =160 Mpa。1mmBAqF1mm1mmb2bRARB解：(1) 求约束力：(2) 画出弯矩图：xM3.75kNm2.5kNm(+)(-)(3) 依据强度条件确定截面尺寸解得：11-17 图示外伸梁，承受载荷F作用。已知载荷F=20KN，许用应力=160 Mpa，试选择工字钢型号。BAF4mm1mmRARB解：(1) 求约束力：(2) 画弯矩图：xM20kNm(-)(3) 依据强度条件选择工字钢型号解得：查表，选取No16工字钢11-20 当载荷F直接作用在简支梁AB的跨度中点时，梁内最大弯曲正应力超过许用应力30%。为了消

26、除此种过载，配置一辅助梁CD，试求辅助梁的最小长度a。a/2ma/2mBAF3mmRARB3mmCD解：(1) 当F力直接作用在梁上时，弯矩图为：M(+)3F/2x此时梁内最大弯曲正应力为：解得：.(2) 配置辅助梁后，弯矩图为：M(+)3F/2-Fa/4x依据弯曲正应力强度条件：将式代入上式，解得：11-22 图示悬臂梁,承受载荷F1与F2作用，已知F1=800 N，F2=1.6 kN，l=1 m，许用应力 =160 MPa,试分别在下列两种情况下确定截面尺寸。(1) 截面为矩形，h=2b；(2) 截面为圆形。lF2lF1bhdxyz解：(1) 画弯矩图F2lzyyx2F1l(Mx)(Mz)

27、固定端截面为危险截面(2) 当横截面为矩形时，依据弯曲正应力强度条件：解得：(3) 当横截面为圆形时，依据弯曲正应力强度条件：解得：11-25 图示矩形截面钢杆，用应变片测得其上、下表面的轴向正应变分别为a=1.010-3与b=0.410-3，材料的弹性模量E=210Gpa。试绘横截面上的正应力分布图。并求拉力F及偏心距e的数值。Fa525bFe解：(1) 杆件发生拉弯组合变形，依据胡克定律知：横截面上正应力分布如图：sbsa(2) 上下表面的正应力还可表达为：将b、h数值代入上面二式，求得：11-27 图示板件，载荷F=12 kN，许用应力 =100 MPa，试求板边切口的允许深度x。（=5

28、 mm）FF2020xe解：(1) 切口截面偏心距和抗弯截面模量：(2) 切口截面上发生拉弯组合变形；解得：15-3 图示两端球形铰支细长压杆，弹性模量E200Gpa，试用欧拉公式计算其临界载荷。(1) 圆形截面，d=25 mm，l=1.0 m；(2) 矩形截面，h2b40 mm，l1.0 m；(3) No16工字钢，l2.0 m。bFdlhzyyz解：(1) 圆形截面杆：两端球铰： =1， (2) 矩形截面杆：两端球铰：=1， IyIz(3) No16工字钢杆：两端球铰：=1， IyIz查表Iy93.110-8 m415-8 图示桁架，由两根弯曲刚度EI相同的等截面细长压杆组成。，设载荷F与

29、杆AB的轴线的夹角为q，且0qp/2，试求载荷F的极限值。aFABC1260o解：(1) 分析铰B的受力，画受力图和封闭的力三角形：90oFF1F2F2F1F (2) 两杆的临界压力： AB和BC皆为细长压杆，则有：(3) 两杆同时达到临界压力值， F为最大值；由铰B的平衡得：15-9 图示矩形截面压杆，有三种支持方式。杆长l300 mm，截面宽度b20 mm，高度h12 mm，弹性模量E70 GPa，p50，030，中柔度杆的临界应力公式为cr382 MPa (2.18 MPa) 试计算它们的临界载荷，并进行比较。(b)0l(c)lFl(a)AAA-AhbzyFF解：(a)(1) 比较压杆弯

30、曲平面的柔度：长度系数： =2(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力；(b)(1) 长度系数和失稳平面的柔度：(2) 压杆仍是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力；(c)(1) 长度系数和失稳平面的柔度： (2) 压杆是中柔度杆，选用经验公式计算临界力三种情况的临界压力的大小排序：15-10 图示压杆，截面有四种形式。但其面积均为A3.210 mm2， 试计算它们的临界载荷，并进行比较。材料的力学性质见上题。D(d)b3m(a)2b(c)da(b)0.7DFazyzy解：(a)(1) 比较压杆弯曲平面的柔度：矩形截面的高与宽：长度系数：=0.5(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力：(b)(1) 计算压杆的柔度：正方形的边长：长度系数：=0.5 (2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力：(c)(1) 计算压杆的柔度：圆截面的直径：长度系数：=