工程力学(静力学与材料力学)第四版习题答案演示教学.doc
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1、工程力学(静力学与材料力学)第四版习题答案全解静力学部分第一章基本概念受力图2-1 解:由解析法, 故: 2-2 解:即求此力系的合力,沿OB建立x坐标,由解析法,有故: 方向沿OB。2-3 解:所有杆件均为二力杆件,受力沿直杆轴线。(a) 由平衡方程有: (拉力)(压力)(b) 由平衡方程有: (拉力)(压力)(c) 由平衡方程有: (拉力)(压力)(d) 由平衡方程有: (拉力)(拉力)2-4解:(a)受力分析如图所示: 由 由 (b)解:受力分析如图所示:由 联立上二式,得:2-5解:几何法:系统受力如图所示三力汇交于点D,其封闭的力三角形如图示所以:(压力)(与X轴正向夹150度)2-
2、6解:受力如图所示:已知, ,由 由 2-7解:受力分析如图所示,取左半部分为研究对象由 联立后,解得: 由二力平衡定理 2-8解:杆AB,AC均为二力杆,取A点平衡由 联立上二式,解得:(受压)(受压)2-9解:各处全为柔索约束,故反力全为拉力,以D,B点分别列平衡方程(1)取D点,列平衡方程由 (2)取B点列平衡方程:由 2-10解:取B为研究对象:由 取C为研究对象:由 由 联立上二式,且有解得:取E为研究对象:由 故有:2-11解:取A点平衡: 联立后可得: 取D点平衡,取如图坐标系: 由对称性及 2-12解:整体受力交于O点,列O点平衡由 联立上二式得: (压力)列C点平衡 联立上二
3、式得: (拉力) (压力)2-13解:(1)取DEH部分,对H点列平衡 联立方程后解得: (2)取ABCE部分,对C点列平衡 且 联立上面各式得: (3)取BCE部分。根据平面汇交力系平衡的几何条件。 2-14解:(1)对A球列平衡方程 (1) (2)(2)对B球列平衡方程 (3) (4)且有: (5)把(5)代入(3),(4)由(1),(2)得: (6)又(3),(4)得: (7)由(7)得: (8)将(8)代入(6)后整理得: 2-15解:,和P构成作用于AB的汇交力系,由几何关系: 又整理上式后有: 取正根 第三章 力矩 平面力偶系3-1试分别计算图示各种情况下力P对点O之矩。3-2已知
4、P1=P2=P3=P5=60KN,P4=P6=40KN,图中长度单位为mm,求图示平面力偶系合成的结果。解:构成三个力偶因为是负号,故转向为顺时针。3-3图示为卷扬机简图,重物M放在小台车C上,小台车上装有A轮和B轮,可沿导轨ED上下运动。已知重物重量G=2KN,图中长度单位为mm,试求导轨对A轮和B轮的约束反力。解:小台车受力如图,为一力偶系,故 , 由3-4锻锤工作时,如工件给它的反作用力有偏心,则会使锻锤C发生偏斜,这将在导轨AB上产生很大的压力,从而加速导轨的磨损并影响锻件的精度,已知打击力P=1000KN,偏心距e=20 mm,锻锤高度h=200mm,试求锻锤给导轨两侧的压力。解:锤
5、头受力如图,锤头给两侧导轨的侧压力和构成一力偶,与,构成力偶平衡由 3-5炼钢用的电炉上,有一电极提升装置,如图所示,设电极HI和支架共重W,重心在C上。支架上A,B和E三个导轮可沿固定立柱JK滚动,钢丝绳在D点。求电极等速直线上升时的钢丝绳的拉力及A,B,E三处的约束反力。解:电极受力如图,等速直线上升时E处支反力为零 即: 且有:由 3-6已知m1=3KNM,m2=1KNM,转向如图。=1m试求图示刚架的A及B处的约束反力。解:A,B处的约束反力构成一力偶由 3-7四连杆机构在图示位置时平衡,=30,=90。试求平衡时m1/m2的值。解:,受力如图,由,分别有: 杆: (1)杆: (2)且
6、有: (3) 将(3)代入(2)后由(1)(2)得: 3-8图示曲柄滑道机构中,杆AE上有一导槽,套在杆BD的销子C上,销子C可在光滑导槽内滑动,已知m1=4KNM,转向如图,AB=2m,在图示位置处于平衡,=30,试求m2及铰链A和B的反力。解:杆ACE和BCD受力入图所示,且有:对ACE杆: 对BCD杆: 第四章 平面一般力系4-1 已知F1=60N,F2=80N,F3=150N,m=100N.m,转向为逆时针,=30图中距离单位为m。试求图中力系向O点简化结果及最终结果。 解: =19642 (顺时针转向)故向O点简化的结果为: 由于FR0,L00,故力系最终简化结果为一合力,大小和方向
7、与主矢相同,合力FR的作用线距O点的距离为d。 FR=FR=52.1N d=L0/FR=5.37m4-2 已知物体所受力系如图所示,F=10Kn,m=20kN.m,转向如图。(a)若选择x轴上B点为简化中心,其主矩LB=10kN.m,转向为顺时针,试求B点的位置及主矢R。(b)若选择CD线上E点为简化中心,其主矩LE=30kN.m,转向为顺时针,=45,试求位于CD直线上的E点的位置及主矢R。解:(a)设B点坐标为(b,0) LB=MB()=-m-Fb=-10kN.m b=(-m+10)/F=-1m B点坐标为(-1,0) = FR=10kN,方向与y轴正向一致 (b)设E点坐标为(e,e)
8、LE=ME()=-m-Fe=-30kN.m e=(-m+30)/F=1m E点坐标为(1,1) FR=10kN 方向与y轴正向一致4-3 试求下列各梁或刚架的支座反力。解:(a) 受力如图由MA=0 FRB3a-Psin302a-Qa=0FRB=(P+Q)/3由 x=0 FAx-Pcos30=0 FAx=P由Y=0 FAy+FRB-Q-Psin30=0FAy=(4Q+P)/6(b)受力如图由MA=0 FRBcos30-P2a-Qa=0FRB=(Q+2P)由 x=0 FAx-FRBsin30=0FAx=(Q+2P)由Y=0 FAy+FRBcos30-Q-P=0FAy=(2Q+P)/3(c)解:受
9、力如图:由MA=0 FRB3a+m-Pa=0FRB=(P-m/a)/3由 x=0 FAx=0由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=(2P+m/a)/3(d)解:受力如图:由MA=0 FRB2a+m-P3a=0FRB=(3P-m/a)/2由 x=0 FAx=0由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=(-P+m/a)/2(e)解:受力如图:由MA=0 FRB3-P1.5-Q5=0FRB=P/2+5Q/3由 x=0 FAx+Q=0FAx=-Q由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=P/2-5Q/3(f)解:受力如图:由MA=0 FRB2+m-P2=0FRB=P-m/2由 x=0 FAx+P=0FA
10、x=-P由Y=0 FAy+FRB =0FAy=-P+m/24-4 高炉上料的斜桥,其支承情况可简化为如图所示,设A和B为固定铰,D为中间铰,料车对斜桥的总压力为Q,斜桥(连同轨道)重为W,立柱BD质量不计,几何尺寸如图示,试求A和B的支座反力。解:结构受力如图示,BD为二力杆 由MA=0 -FRBa+Qb+Wl/2cos=0 FRB=(2Qb+Wlcos)/2a 由Fx=0 -FAx-Qsin=0 FAx=-Qsin 由Fy=0 FRB+FAy-W-Qcos=0 FAy=Q(cos-b/a)+W(1-lcos/2a) 4-5 齿轮减速箱重W=500N,输入轴受一力偶作用,其力偶矩m1=600N
11、.m,输出轴受另一力偶作用,其力偶矩m2=900N.m,转向如图所示。试计算齿轮减速箱A和B两端螺栓和地面所受的力。 解:齿轮减速箱受力如图示, 由MA=0 FRB0.5-W0.2-m1-m2=0 FRB=3.2kN 由Fy=0 FRA+FRB-W=0 FRA=-2.7kN4-6 试求下列各梁的支座反力。 (a) (b)解:(a)由Fx=0 FAx=0 (b) 由Fx=0 FAx=0 由Fy=0 FAy=0 由Fy=0 FAy-qa-P=0 由M=0 MA-m=0 MA=m FAy=qa+P 由M=0 MA-qaa/2-Pa=0 MA=qa2/2+Pa (c) (d) (c) 由Fx=0 FA
12、x+P=0 (d) 由Fx=0 FAx=0 FAx=-P 由MA=0 FRB5a+m1-m2-q3a3a/2=0 由Fy=0 FAy-ql/2=0 FRB=0.9qa+(m2-m1)/5aFAy=ql/2 由Fy=0 FAy+FRB-q3a=0 由M=0 MA-ql/2l/4-m-Pa=0 FAy=2.1qa+(m1-m2)/5a MA=ql2/8+m+Pa4-7 各刚架的载荷和尺寸如图所示,图c中m2m1,试求刚架的各支座反力。解: (a) (b)(a)MA=0 FRB6a-q(6a)2/2-P5a=0 FRB=3qa+5P/6 Fx=0 FAx+P=0 FAx =-PFy=0 FAy+FR
13、B-q6a=0 FAy=3qa-5P/6(b) MA=0 MA-q(6a)2/2-P2a=0 MA=18qa2+2Pa Fx=0 FAx+q6a=0 FAx =-6qa Fy=0 FAy-P=0 FAy=P(c) MA=0 MA+m1-m2-q6a2a-P4a=0 MA=12qa2+4Pa+m2-m1 Fx=0 FAx+P=0 FAx=-P Fy=0 FAy-q6a=0 FAy=6qa(d) MA=0 MA+q(2a)2/2-q2a3a=0 MA=4qa2 Fx=0 FAx-q2a=0 FAx =2qa Fy=0 FAy-q2a=0 FAy =2qa4-8 图示热风炉高h=40m,重W=400
14、0kN,所受风压力可以简化为梯形分布力,如图所示,q1=500kN/m,q2=2.5kN/m。可将地基抽象化为固顶端约束,试求地基对热风炉的反力。解:热风炉受力分析如图示, Fx=0 Fox+q1h+(q2-q1)h/2=0 Fox=-60kN Fy=0 FAy-W=0 FAy=4000kN MA=0 M0-qhh/2-(q2-q1)h2h/3/2=0 M0=1467.2kNm4-9 起重机简图如图所示,已知P、Q、a、b及c,求向心轴承A及向心推力轴承B的反力。解:起重机受力如图示, MB=0 -FRAc-Pa-Qb=0 FRA=-(Pa+Qb)/c Fx=0 FRA+FBx=0 FBx=(
15、Pa+Qb)/c Fy=0 FBy-P-Q=0 FBy=P+Q4-10 构架几何尺寸如图所示,R=0.2m,P=1kN。E为中间铰,求向心轴承A的反力、向心推力轴承B的反力及销钉C对杆ECD的反力。解:整体受力如图示 MB=0 -FRA5.5-P4.2=0 FRA=-764N Fx=0 FBx+FRA=0 FBx=764N Fy=0 FBy-P=0 FBy=1kN 由ME=0 FCy2+P0.2-P4.2=0 FCy=2kN 由MH=0 FCx2-FCy2-P2.2+P0.2=0 FCx=FCx=3kN4-11 图示为连续铸锭装置中的钢坯矫直辊。钢坯对矫直辊的作用力为一沿辊长分布的均布力q,已
16、知q=1kN/mm,坯宽1.25m。试求轴承A和B的反力。解:辊轴受力如图示, 由MA=0 FRB1600-q1250(1250/2+175)=0 FRB=625N 由Fy=0 FRA+FRB-q1250=0 FRA=625N4-12 立式压缩机曲轴的曲柄EH转到垂直向上的位置时,连杆作用于曲柄上的力P最大。现已知P=40kN,飞轮重W=4kN。求这时轴承A和B的反力。解:机构受力如图示, MA=0 -P0.3+FRB0.6-W0.9=0 FRB=26kN Fy=0 FRA+FRB-P-W=0 FRA=18kN4-13 汽车式起重机中,车重W1=26kN,起重臂重.kN,起重机旋转及固定部分重
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