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1、工程力学习题选解1-2 试画出以下各题中AB杆的受力图。AWCB(c) D(a)AWCEB(b)AWCDBABF(d)CABW(e)C(a)FDFBFEDAWCEB(b) AWCDBFDFBFA(c) AWCBFBFA解：ABW(e)CFBFAABF(d)CFBFAAWCB(a) WABCD(c) ABFqD(b) C1-3 试画出以下各题中AB梁的受力图。CABFWDADB(d) ABFq(e) AWCB(a) FBFAABFqD(b) FCFDWABC(c) FCFB解：CABFWD(d) FBFAFDABFq(e) FBxFByFA1-4 试画出以下各题中指定物体的受力图。(a) 拱AB
2、CD；(b) 半拱AB部分；(c) 踏板AB；(d) 杠杆AB；(e) 方板ABCD；(f) 节点B。ABF(a) DCWAF(b) DB(c) FABDDABF(d) CDWABCD(e) WABC(f) 解：ABF(a) DCWFAxFAyFDAF(b) CBFBFA(c) FABDFBFDABF(d) CFBFCWABCD(e) FBFAWB(f) FABFBC1-5 试画出以下各题中指定物体的受力图。(a) 结点A，结点B；(b) 圆柱A和B及整体；(c) 半拱AB，半拱BC及整体；(d) 杠杆AB，切刀CEF及整体；(e) 秤杆AB，秤盘架BCD及整体。(c) BCW1W2FABCW
3、1W2FAFCxFCyFAxFAyBW1FAFAxFAyFBxFByBCW2FCxFCyFBxFBy解：(c)2-2 杆AC、BC在C处铰接，另一端均与墙面铰接，如图所示，F1和F2作用在销钉C上，F1=445 N，F2=535 N，不计杆重，试求两杆所受的力。CcABF2F14330o解：(1) 取节点C为研究对象，画受力图，注意AC、BC都为二力杆， FACFBCCcF2F1xy(2) 列平衡方程：AC与BC两杆均受拉。2-3 水平力F作用在刚架的B点，如图所示。如不计刚架重量，试求支座A和D 处的约束力。DAa2aCB解：(1) 取整体ABCD为研究对象，受力分析如图，画封闭的力三角形：
4、FFDFADACBFFAFD(2) 由力三角形得2-4 在简支梁AB的中点C作用一个倾斜45o的力F，力的大小等于20KN，如图所示。若梁的自重不计，试求两支座的约束力。AB45oF45oC解：(1) 研究AB，受力分析并画受力图：AB45oFFBFACDE(2) 画封闭的力三角形：FFBFAdce相似关系：几何尺寸：求出约束反力：2-6 如图所示结构由两弯杆ABC和DE构成。构件重量不计，图中的长度单位为cm。已知F=200 N，试求支座A和E的约束力。EDCABF6486解：(1) 取DE为研究对象，DE为二力杆；FD = FEEDFEFD(2) 取ABC为研究对象，受力分析并画受力图；画
5、封闭的力三角形：FFAFDBDAFFDFA3432-7 在四连杆机构ABCD的铰链B和C上分别作用有力F1和F2，机构在图示位置平衡。试求平衡时力F1和F2的大小之间的关系。DCAB60o30o45o90oF1F2解：（1）取铰链B为研究对象，AB、BC均为二力杆，画受力图和封闭力三角形；BF1FBCBCFABFBCBCFABF145oCF2FCBFCDF2FCBFCD(2) 取铰链C为研究对象，BC、CD均为二力杆，画受力图和封闭力三角形；由前二式可得：3-1 已知梁AB上作用一力偶，力偶矩为M，梁长为l，梁重不计。求在图a，b，c三种情况下，支座A和B的约束力l/3ABl(b)Ml/2AB
6、l(a)Ml/2ABl(c)Ml/2ABlMFAFB解：(a) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；列平衡方程：(b) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；l/3ABlMFAFB列平衡方程： (c) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；l/2ABlMFBFA列平衡方程：3-2 在题图所示结构中二曲杆自重不计，曲杆AB上作用有主动力偶，其力偶矩为M，试求A和C点处的约束力。CABa3aM2aa解：(1) 取BC为研究对象，受力分析，BC为二力杆，画受力图；BFBFCC(2) 取AB为研究对象，受力分析，A、B的约束力组成一个力偶，画受力图；ABFBFAM
7、23-3 齿轮箱的两个轴上作用的力偶如题图所示，它们的力偶矩的大小分别为M1=500 Nm，M2 =125 Nm。求两螺栓处的铅垂约束力。图中长度单位为cm。M2M1AB50FBFA解：(1) 取整体为研究对象，受力分析，A、B的约束力组成一个力偶，画受力图；(2) 列平衡方程：3-8 在图示结构中，各构件的自重都不计，在构件BC上作用一力偶矩为M的力偶，各尺寸如图。求支座A的约束力。AM2BCDllll解：(1) 取BC为研究对象，受力分析，画受力图；M2BCFBFC(2) 取DAC为研究对象，受力分析，画受力图；ACDFCFAFD画封闭的力三角形；FAFCFD解得4-1 试求题4-1图所示
8、各梁支座的约束力。设力的单位为kN，力偶矩的单位为kNm，长度单位为m，分布载荷集度为kN/m。(提示：计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。ABCD0.80.80.40.50.40.72(b)ABC12q =2(c)M=330oABCD0.80.80.8200.8M=8q=20(e)解：(b)：(1) 整体受力分析，画出受力图(平面任意力系)；ABCD0.80.80.40.50.40.72FBFAxFA yyx(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；ABC12q =2M=330oFBFAxFA yyxdx2dxx约束力的方向如图所示。(c)：(1) 研究AB杆，受力分析，画出受力图(平
9、面任意力系)；(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；约束力的方向如图所示。(e)：(1) 研究CABD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；ABCD0.80.80.8200.8M=8q=20FBFAxFA yyx20dxxdx(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；约束力的方向如图所示。ABCDaMqaaa4-16 由AC和CD构成的复合梁通过铰链C连接，它的支承和受力如题4-16图所示。已知均布载荷集度q=10 kN/m，力偶M=40 kNm，a=2 m，不计梁重，试求支座A、B、D的约束力和铰链C所受的力。CDMqaaFCFDxdxqdxyx解：(1) 研究CD杆，受力分析，画出受力图(
10、平面平行力系)；(2) 选坐标系Cxy，列出平衡方程；yxABCaqaFCFAFBxdxqdx(3) 研究ABC杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)；(4) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；约束力的方向如图所示。ABW600CDE8003004-19 起重构架如题4-19图所示，尺寸单位为mm。滑轮直径d=200 mm，钢丝绳的倾斜部分平行于杆BE。吊起的载荷W=10 kN，其它重量不计，求固定铰链支座A、B的约束力。ABW600CDE800300FB yFBxFA yFAxWxy解：(1) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；(2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；(3) 研究A
11、CD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；ACDFA yFAxFD yFDxFC(4) 选D点为矩心，列出平衡方程；(5) 将FAy代入到前面的平衡方程；约束力的方向如图所示。ABCDEFF45o4-20 AB、AC、DE三杆连接如题4-20图所示。DE杆上有一插销F套在AC杆的导槽内。求在水平杆DE的E端有一铅垂力F作用时，AB杆上所受的力。设AD=DB，DF=FE，BC=DE，所有杆重均不计。解：(1) 整体受力分析，根据三力平衡汇交定理，可知B点的约束力一定沿着BC方向；(2) 研究DFE杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；DEFFD yFDx45oBFF(3) 分别选F点和B
12、点为矩心，列出平衡方程；(4) 研究ADB杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；ABDFD yFDxFA yFAxFBxy(5) 选坐标系Axy，列出平衡方程；约束力的方向如图所示。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；FR22F
13、N2(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(+)FNx(+)(-)3kN1kN2kNFFNx(+)(-)F(b)(c
14、)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BC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
15、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F8-26 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：FF100100
16、10040FF100(4) 最大拉应力和最大压应力； 8-31 图示木榫接头，F=50 kN，试求接头的剪切与挤压应力。解：(1) 剪切实用计算公式：(2) 挤压实用计算公式：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/411
17、22FFNx(+)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
18、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；2kNm1kNm1kNm2kNm112233(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；1kNm2kNm3kNm223
19、311xT3(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(+)2kNm2kNm1kNm(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
20、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(+)636.7955636.7(-)所以对轴的受力有利。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
21、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)BCl/2l/2aBCAb(c)FqACBl/2l/2(d)解：(a)(1) 取A+截面左段
22、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) 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；
23、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
24、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/2l/2BA(a)Fl/2l/5l/5l/5BA(d)F/4F/4l/5F/4l/5F/4
25、l/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(f)Bl/3ql/3A(e)Bl/4l/2ql/4解：(a)(1) 求约束力；FFlABR
26、BMB(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) 求约束力；RARBABq(2) 画剪力图和弯矩图；(+)xFS(+)xMql2/16ql/
27、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：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
28、（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(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
29、：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
