范钦珊工程力学教程1第四章.pdf
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1、 36 习题 4-4 图 习题 4-3 图 习题 4-2 图 习题 4-1 图 PF1F3F2FA(a)BRFBERFE60kN40kN(a)HIFHGFEDB60kNBHF26.7kNCDF(b)第第 4 章章 刚体静力学专门问题刚体静力学专门问题 41 塔式桁架如图所示,已知载荷 FP和尺寸 d、l。试求杆 1、2、3 的受力。解:解:截面法,受力如图(a)dlt a n,22cosdld 0 xF,0cos2PFF P222FddlF(拉)0AM,02P1lFdF P12FdlF(拉)0yF,0sin231FFF P33FdlF(压)42 桁架的载荷和尺寸如图所示。试求杆 BH、CD 和
2、 GD 的受力。解:解:1节点 G:0yF,0GDF 2节点 C:0yF,0HCF 3整体,图(a)0BM,0405601015REF 67.26REFkN()4截面法,图(b)0HM,067.26106055CDF 67.6CDFkN(压)0yF,067.266022BHF 1.47BHFkN 43 试判断图示结构中所有零杆。解:解:由节点 C 知,F1=F4=0 再由节点 E 知,F10=0 由节点 D 知,F7=0 由节点 B 知,F13=0 再由节点 A 知,F11=0 44 图示桁架的两部分用铰链 K 连接,在铰链 K 上作用有集中载荷 FP=10kN。试求各杆受力。解:解:1由结构
3、和载荷对称性,只需考虑一半桁架即可。由节点 D,FDF=0 再由节点 F,FHF=0 再由节点 H,FHJ=0 再由节点 J,FKJ=FJF=0 再由节点 F,FFB=0 37 BBCFBEFBQFABF(c)EABFA1q2q(b)CDTCDFFCFFW(a)CDFCDTCCBTCBFCGFCFF(b)PFKKGF30KHF(a)习题 4-5 图 习题 4-6 图 BFAQQGFQDFDEBCT(a)2节点 K(图(a)0yF,030cos2PFFKH 77.53PFFKHkN(受压)77.5CAGCKGDBHDKHFFFFFF kN(压)其余各杆受力均为零。45 已知重 W 的物体及图示结
4、构的尺寸。试求杆件 CF、CG 的受力。解:解:图(a):2WTCD,0FM 03223223WFTCDCD WFCD)212(0 xF,02222CFCDCDFFT WFCF 图(b):节点 C 0 xF,02222)(CGCFCDCDFFFT 02)212(2CGFWWW FCG=0 46 图示构件 AE 和 EQ 铰接在一起做成一个广告牌。它承受给定的分布风载。试求每个二力杆件的受力。解:解:1先将分布载荷合成于 E 点 8 8 8 94.2)7.7 4 02 9 6 3(8.47.7 4 0FN 由节点 C,显然 FCQ=0(1)2截面法,图(a)0DM,08.4538.4QGFF F
5、QG=14815N(拉)(2)0BM,FQD=0 38 习题 4-8 图 3Fx4FB(b)PFPF1F3F4F2FBAP5.2F(a)ADEFADFDEFCGGRFkN100E(a)0yF,054BCQGFF 1 1 8 5 2BCFN(压)(3)3截面法,图(b)0EM,08.04.2)7.7402963(212.14.27.7404.253ABF 2 9 6 3ABFN(压)(4)4节点 B,图(c)0yF,05454BQBCABFFF 0541 1 8 5 22 9 6 354BQF FBQ=11852N(拉)(5)0 xF,0)(53BEBQABFFF,0)1 1 8 5 22 9
6、6 3(53BEF 5 3 3 3BEFN(压)(6)又 11852BCCDFFN(压)(7)47 K 形桁架的尺寸如图所示,已知载荷 FP。试求杆 1、2 受力。解:解:1整体0BM,PR25FFA,(FAx=0)2截面法,取受力图(a)先考虑节点 B 平衡(图 b)0 xF,43FF(1)图(a):0BM 0825433PP12FFFF P121633FFF(2)0 xF,054544321FFFF 由(1)21FF 代入(2)PP267.238FFF(拉)由(3)P167.2FF(压)48 图示结构由等长构件 AE、EG、BD、DK 及杆 DE 铰接而成。C、H 分别为各等长构件的中点。
7、已知载荷 FP。试问这是桁架结构吗?若要求杆 DE 受力,可否用图示的截面法求解?答:不是桁架结构,因其 DB、AE 杆不是二力杆,因此不能用本章讲的截面法求解。49 桁架的载荷和尺寸如图所示,试求杆 DE、AB 和 AD 的受力。解:解:1整体 0FM,08100105.2200RGF FRG=130kN()习题 4-7 图 FRA 习题 4-9 图 FRG 39 xC1F2FCFF(b)DCPF2F3FF(a)EFFCFFCBAAyFAxF30kN50kNE2.5m2.5m(a)习题 4-11 图 ABCDEFHJOFJFKFPF(a)习题 4-12 图 习题 4-10 图 FAy FAx
8、 2截面法,图(a)0AM,0100255RGDEFF FDE=170 kN(拉)52t a n,80.21 21t a n,565.26 0 xF,0sincos100ADABDEFFF(1)0yF,0cossinRADABGFFF(2)解(1)、(2)联立,得 1 8 2ABFkN(压)221ADFkN(拉)410 组合桁架由 ADF 和 KHF 两部分用铰链 F 连接而成。桁架的载荷和尺寸如图所示。试求 EF 和CF 两杆的受力。解:解:1整体 0KM,FAy=30 kN()2截面法,图(a):0AM,FEF=30 kN(拉)0yF,02250CFAyFF 4.35CFFkN(压)411
9、 图示桁架的载荷 FP和尺寸 d 均为已知。试求杆件 FK 和 JO 的受力。解:解:截面法,图(a)0JM,04PdFdFFK 4PFFFK(拉)0yF,4PFFJO(压)412 图示桁架所受的载荷 FP和尺寸 d 均为已知。试求杆 1、2、3 受力。40 BCFBFFABFBRFxB6015(b)C2F3FFRF1FPF45O(a)习题 4-13 图 xCEFExBFFPFADFD4545F7575(a)习题 4-14 图 FRF 解:解:1截面法,图(a):0 xF,F3=0 0DM,0322PdFdF P232FF(压)2节点 C,图(b):3223t a ndd 0 xF,0sinc
10、os21FF P2194t a nFFF(压)413 复杂桁架的结构、尺寸和载荷如图所示。试求 AB 杆受力。解:解:1整体(题图)0AM,PP21FFB(1)2截面法,图(a)设 DE=EF=FD=l 0 xF,045cos75cos75sinADCEBFFFF(2)0yF,045sin75sin75cosADCEBFFFF(3)0DM,045sin275sinP lFlFlFBFCE(4)解(2)、(3)、(4)联立,得 P1728.0FFBF(压)3节点 B,图(b)0 xF,060cos30cos45cosRBABBFFFF 0212123221728.0PPFFFAB FAB=0.4
11、31FP 414 平面桁架的结构、尺寸和载荷如图所示。为了求杆 1、2 和 3 的受力,试确定计算方案。(设2aEFAB,aDECDBC)解:解:1整体(题图)0AM,0)45cos2(2RPaaFaFF FRF=0.914FP 2截面法,图(a):0 xF,P2FF(压)0OM,0)45sin2(45sin1PaaFaF P1293.0FF(压)0yF,0R31FFFF P321.1FF(压)415 一叠纸片按图示形状堆叠,其露出的自由端用纸粘连,成为两叠彼此独立的纸本 A 和 B。每张纸重 0.06N,纸片总数有 200 张,纸与纸之间以及纸与桌面之间的摩擦因数都是 0.2。假设其中一叠纸
12、是固定的,试求拉出另一叠纸所需的水平力 FP。41 习题 4-15 图 iANisFSisFxSiFxNiF(a)WOODFOAF60(a)FFCNFFNFFWC(b)OAFByFABxFBCFCNF(c)SisFNisFxNiFxSiFiB(b)习题 4-16 图 O 解:解:1将 A 从 B 中拉出:A 中最上层,这里称第 1 层纸,其上、下所受正压力分别为 FN1=mg=0.06N FN2=2mg 以此类推,A 中第 i 层纸上、下受力图(a)mgiFi)12(sN i m gFi2xN 其最下层,即第 100 层纸,上、下受正压力 FN100s=199 mg FN100 x=200 m
13、g 所受总摩擦力 )200199()212()43()21(iimgfFfFiAdNds 2412)1200(20006.02.0N FPA=241 N 2将 B 从 A 中拉出:B 中第 i 层纸上、下受正压力(图 b):mgiFi)22(sN,mgiFi)12(xN 所受总压力 )199198()32()10(NmgF 所受总摩擦力 2 3 92)11 9 9(1 9 906.02.0)199321(dsmgfFBN FPB=239 N 416 一起重用的夹具由 ABC 和 DEF 两相同杆件组成,并由杆 BE 连接,B 和 E 都是铰链,尺寸如图所示,且 ABOA,ODED.此夹具依靠摩
14、擦力提起重物,试问要能提起重物时,静摩擦因数 fs至少应为多大?解:解:图(a):FOA=FOD=W(拉)(1)图(b):0yF,2WF (2)CFfFNs(3)CFfWNs2(4)图(c):0BM 0200150600NFFFCOA(5)(1)、(2)、(4)代入(5),临界时得 02 0 021 5 026 0 0sWfWW fs=0.15 即 15.0sf 417 尖劈起重装置如图所示。尖劈 A 的顶角为,B 块上受力 FQ的作用。A 块与 B 块之间的静摩擦因数为 fs(有滚珠处摩擦力忽略不计)。如不计 A 块和 B 块的重,试求解保持平衡的力 FP的范围。解:解:1B 几乎要下滑时,
15、FP=Fmin 图(a),0yF 0s inc o sQ1N1FFF(1)图(b),0 xF 42 GPFBN1FAdF (b)习题 4-17 图 BNFBN1F1FQF(a)N1FAminFANF1F(b)BNFOFBN2F2F(c)FN22FANFAmaxF(d)习题 4-18 图 FFN2FWN1F(a)0s i nc o sm i n1N1FFF(2)F1=fFN1(3)解(1)、(2)、(3),得:Qm i ns inc o sc o ss inFffF(4)2B 几乎要向上滑时,FP=Fmax 图(c),0yF 0s inc o sQ22NFFF(5)图(d),0 xF 0s i
16、nc o sm a x2N2FFF(6)F2=fFN2(7)解(5)、(6)、(7),得:Qm a xs inc o sc o ss inFffF(8)由(4)、(8),得:QPQs inc o sc o ss ins inc o sc o ss inFffFFff 418 砖夹的宽度为 250mm,杆件 AGB 和 GCED 在点 G 铰接。砖的重为 W,提砖的合力 FP作用在砖夹的对称中心线上,尺寸如图所示。如砖夹与砖之间的静摩擦因数 fs=0.5,试问 d 应为多大才能把砖夹起(d 是点 G 到砖上所受正压力作用线的距离)。解:解:1整体(题图)0yF,FP=W (1)2图(a)0yF,
17、2WF (2)0 xF,FN1=FN2 1NfFF (3)fWfFFF22N1N(4)3图(b)0GM 030951NPdFFF 0223095dfWWW 1 1 0dmm 419 图示购物车因受到某一水平力作用产生运动。试求能够制动其车轮不转的圆形障碍物所具有的最大半径 r。设不计障碍物重;A、B 两接触点的静摩擦因数 fs=0.4。43 NFsFNFsFhm150(a)习题 4-19 图 习题 4-20 图 QFN1FN2FN1Fs1FCes1F(a)N2FMOe(b)习题 4-21 图 NFs1Fs2FNFNF(b)BDECADRmmmmmm(a)r 解:解:车平衡临界状态圆形障碍物受力
18、图(a),图中m为摩擦角,4.0t a ns fm 由图(a)所示几何关系 mBCRcot mBCrtan 2s2t a nfRrm 4.144.09022s Rfrmm 420 图示为凸轮顶杆机构,在凸轮上作用有力偶,其力偶矩的大小为 M,顶杆上作用有力 FQ。已知顶杆与导轨之间的静摩擦因数 fs,偏心距为 e,凸轮与顶杆之间的摩擦可忽略不计,要使顶杆在导轨中向上运动而不致被卡住,试问滑道的长度 l 应为多少?解:解:1对象:凸轮;受力图(b)0OM,eWF2N(1)2对象:顶杆,受力图(a)0yF,2NsQ2FFF(2)2s1ssFFF 1NssFfF (3)(1)、(3)代入(2),得
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- 范钦珊 工程力学 教程 第四
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