材料力学_南华大学最新改后版(2012年)答案
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材料力学练习册答案
1
第二章 轴向拉伸和压缩
2.1 求图示杆11-、22-、及33-截面上的轴力。 解:11-截面,取右段如)(a 由0=∑x F ,得 01=N F
22-截面,取右段如)(b
由0=∑x F ,得 P F N -=2
33-截面,取右段如)(c
由0=∑x F ,得 03=N F
2.2 图示杆件截面为正方形,边长
cm a 20=,杆长m l 4=,kN P 10=,比重
3/2m kN =γ。在考虑杆本身自重时,11-和22-截面上的轴力。
解:11-截面,取右段如)(a 由
0=∑x
F
,得
kN la F N 08.04/2
1==γ
22-截面,取右段如)(b
由
0=∑x
F
,得
kN P la F N 24.104/32
2=+=γ
2.3 横截面为2
10cm 的钢杆如图所示,已知kN P 20=,kN Q 20=。试作轴力图并求杆的总伸长及杆下端横截面上的正应力。GPa E 200=钢。 解:轴力图如图。 杆的总伸长:
m EA l F l N 5
9
102001.0102001.02000022
-?-=???-?==? 杆下端横截面上的正应力:
MPa A F N 201000
20000
-=-==
σ 2.4 两种材料组成的圆杆如图所示,已知直径mm d 40=,杆的总伸长cm l 21026.1-?=?。试求荷载P 及在P 作用下杆内的最大正应力。(GPa E 80=铜,GPa E 200=钢)。 解:由∑=?EA
l F l N ,得
)10
4010806
.0410********.04(
1026.16
296294---?????+?????=?ππP 解得: kN P 7.16=
杆内的最大正应力:
4
/4
/4/4
/
)(a )
(b )
(c 2N
1
N )
(a kN
kN 图
N
F cm cm
cm
材料力学练习册答案
2
MPa A F N 3.1340
16700
42=??==
πσ 2.5 在作轴向压缩试验时,在试件的某处分别安装两个杆件变形仪,其放大倍数各为
1200
=A k ,1000=B k ,标距长为cm s 20=,受压后变形仪的读数增量为mm n A 36-=?,
mm n B 10=?,试求此材料的横向变形系数ν(即泊松比)。 解:纵向应变: 0015.01200
2036
-=?-=?=
A A A sk n ε 横向应变: 0005.01000
2010
=?=?=B B B sk n ε
泊松比为: 3
1
=-=A B εεν
2.6 图示结构中AB 梁的变形和重量可忽略不计,杆1为钢质圆杆,直径mm d 201=,
GPa E 2001=,杆2为铜质圆杆,直径mm d 252=,GPa E 1002=,试问:
⑴荷载P 加在何处,才能使加力后刚梁AB 仍保持水平? ⑵若此时kN P 30=,则两杆内正应力各为多少? 解: 2/1Px F N =。2/)2(2x P F N -=
⑴要使刚梁AB 持水平,则杆1和杆2的伸长量相等,
有 2
2251004
1)2(2020045.1????-=????ππx P Px 解得:m x 9209.0=
⑵ MPa d Px A F N 442029209
.03000042/4/2
2111=????=
==ππσ
MPa d x P A F N 3325
20791
.13000042/)2(4/2
2222=????=-==ππσ 2.7 横截面为圆形的钢杆受轴向拉力kN P 100=,若杆的相对伸长不能超过2000
1,应力不得超过MPa 120,试求圆杆的直径。GPa E 200=钢 解:由强度条件][σ≤A
P
得 mm P d 6.3210
120100000
4][46
=???=≥
πσπ 由刚度条件EA
P l
l =?得
材料力学练习册答案
3
mm E l Pl
d 7.3510
2002000
100000449
=????=?≥
ππ. 则圆杆的直径mm d 36=。 2.8 由两种材料组成的变截面杆如图所示。AB 、BC 的横截面面积分别为220cm A AB =和210cm A BC =。若P Q 2=,钢的许用应力MPa 160][1=σ,铜的许用应力MPa 120][2=σ,试求其许用荷载][P 。 解:由钢的强度条件][σ≤A
P 得
kN A P 1201201000][111=?=≤σ 由铜的强度条件][2σ≤A
P 得
kN A P 1602/16020002/][222=?=≤σ 故许用荷载kN P 120][=
2.9 结构如图所示,水平梁CD 的刚度很大,可忽略其变形,AB 为一钢杆(GPa E 200=钢),直径cm d 3=,m a 1=,试问:
⑴若在AB 杆上装有杠杆变形仪,加力后其读数增量为14.3格(每格代表mm 1000
1
)
,杠杆仪标距cm s 2=,试问P 为多少?
⑵若AB 杆材料的许用应力MPa 160][=σ,试求结构的许用荷载P 及此时D 点的位移。
解:⑴AB 杆的内力为:P F N 2=
AB 杆的应变为:
41015.720
10003.14-?=?=ε
则 kN EA P 5.501015.72
4302002/42
=?????
==-πε
⑵ kN A P 55.561602
4302/][2=???=
≤πσ
AB 杆的应变为: 4108-?==
E
σ
ε
AB 杆的变形为: m l l 4108-?==?ε D 点的位移为: m l l D 3106.122-?==?=?ε
第三章 扭转
材料力学练习册答案
4
3.1 图示圆轴的直径mm d 100=,cm l 50=,m kN M ?=71,m kN M ?=52,GPa G 82=, ⑴试作轴的扭矩图; ⑵求轴的最大切应力;
⑶求C 截面对A 截面的相对扭转角AC ?。 解:⑴扭矩图如图。
⑵轴的最大切应力 MPa W T n
BC 5.2510
5000163
max =??==πτ ⑶C 截面对A 截面的相对扭转角AC ?
rad GI l T GI l T p
BC p
AB AC 34
1086.110
8200032501000)52(-?-=?????-=+=π?
3.2 已知变截面圆轴上的m kN M ?=181,m kN M ?=122。试求轴的最大切应力和最大相对扭转角。GPa G 80=
解:MPa W T n
BC BC 9.4885
12000163
=??==πτ MPa W T n AB AB 2.3625
.730000
163=??==
πτ MPa BC 9.488max ==ττ m rad GI T p BC BC /244.05
80012000324
=???=='π? m rad GI T p AB AB /121.05
.780030000324
=???=='π? m rad BC /244.0max
='='?? 3.3 图示钢圆轴(GPa G 80=)所受扭矩分别为m kN M ?=801,m kN M ?=1202,及
m kN M ?=403。已知:cm L 301= ,cm L 702=,材料的许用切应力MPa 50][=τ,许用
单位长度扭转角m /25.0][ ='?。求轴的直径。 解:按强度条件][max max ττ≤=n
W T 计算
mm T d 20110
508000016]
[1636
3=???=≥πτπ 按强度条件][max max ??'≤='p
GI T 计算
mm G T d 8.21925
.010801808000032][3249
24max =?????='≥π?π 故,轴的直径取mm d 220≥
3.4 实心轴和空心轴通过牙嵌离合器连在一起,已知轴的转速min /100r n =
,传递功率
m
kN ?2m
kN ?30m
kN ?40
材料力学练习册答案
5
kW P 35.7=,MPa 20][=τ。
试选择实心轴的直径1d 和内外径比值为2
1的空心轴的外径2D 。 解:求扭矩:
m N n P T ?=?==925.70110035.795509550 mm T d 3.5610
20925.70116][163631=???=≥πτπ mm T D 6.5715102016925.70116)1]([16363
4=?????=-≥πατπ 故,实心轴的直径mm d 3.561≥,空心轴的外径mm D 6.57≥,内径mm d 8.28≥
3.5 今欲以一内外径比值为6.0的空心轴来代替一直径为cm 40的实心轴,在两轴的许用切应力相等和材料相同的条件下,试确定空心轴的外径,并比较两轴的重量。
解:要使两轴的工作应力相等,有实空W W =,即
3436.01实空)(d d =- cm d d 9.416
.01134=-=实空 两轴的重量比 7024.040
6.019.416.01222222=-=-==)()(实空实空实空d d A A G G 3.6 图示传动轴的转速为min /200r ,从主动轮2上传来的功率是kW 8.58,由从动轮1、3、4和5分别输出kW 4.18、kW 11、kW 05.22和kW 35.7。已知材料的许用切应力
MPa 20][=τ,单位长度扭转角m /5.0][ =θ,切变模量GPa G 82=。试按强度和刚度条件选择轴的直径。
解:求扭矩: m N n P T ?=?==89.1052200
05.22955095504 m N n P T ?=?==6.8782004.189********, m N n P T ?=?==7.2807200
8.58955095502 m N n P T ?=?==25.52520011955095503, m N n P T ?=?==96.35020035.7955095505 最大扭矩m N T ?=1.1929max 按强度条件][max
max ττ≤=n W T 计算: mm T d 9.7810
201.192916][16363=???=≥πτπ 按刚度条件][max ?'≤p GI T 计算: mm G T d 4.725
.010821801.192932][324924max =?????='≥π?π 故,轴的直径取mm d 9.78≥
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6
3.7 图示某钢板轧机传动简图,传动轴直径mm d 320=,今用试验方法测得 45方向的
MPa 89max =σ,问传动轴承受的转矩M 是多少?
解:由τσ=max ,则
m kN d
W M n ?=??=
=
=6.57216
89
3216
3
3
πτπτ
3.8 空心轴外径mm D 120=,内径mm d 60=,受外力偶矩如图。m kN M M ?==521,
m kN M ?=163,m kN M ?=64。已知材料的GPa G 80=,许用切应力MPa 40][=τ,许用单位长度扭转角m /2.0][ =θ。试校核此轴。 解:最大扭矩m kN T ?=10max 校核强度条件:
MPa MPa W T n 40][44.3115
1210000
16163
max max =≤=????==
τπτ 校核刚度条件:
m m GI T p /2.0][/375.015
12800180
1000016324
2max max
o o ='>=??????=='?π? 故,轴的强度满足,但刚度条件不满足。
3.9 传动轴长mm L 510=,其直径mm D 50=,当将此轴的一段钻空成内径mm d 251=的内腔,而余下的一段钻成mm d 382=的内腔。设切应力不超过MPa 70。试求:
⑴此轴所能承受的扭转力偶M 的许可值;
⑵若要求两段轴长度内的扭转角相等,则两段的长度各为多少? 解:⑴此轴能承受的扭转力偶M m N D W M ?=?-=
≤9.11447016
)
76.01(][43min πτ
⑵要使两段轴长度内的扭转角相等,即
2
21!p p GI Tl GI Tl =
即41.176.015.0144
2121=--==p p I I l l 故,mm L 4.29851041.241.11=?=
,mm L 6.21151041
.21
2=?= 3.10 直径mm d 20=的实心轴,在轴的两端承受扭转力偶M 作用,在轴的表面某点A ,
用变形仪测得与轴线成 45-方向的线应变为3105.0-?=ε。已知:
3.0=ν,GPa E 200=。试求此时圆轴所承受扭转力偶M 。 解:由广义胡克定律有
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7
121)(1ενσσ=-E
有 MPa E 923.763
.015.020011=+?=+==ν
εστ
m kN d W M n ?=??=
=
=83.12016
923
.762016
33
πτπτ
3.11 等截面传动轴,主动轮输入力矩m kN M ?=9.41,从动轮输出力矩分别为
m kN M ?=1.22,m kN M ?=8.23,已知材料的GPa G 80=,许用切应力MPa 70][=τ,许用
单位长度扭转角m /1][ =θ。
⑴试设计轴的直径;
⑵按经济的观点各轮应如何安排更为合理?为什么? 解:⑴设计轴的直径:最大扭矩m kN T ?=9.4max 按强度条件][max
max ττ≤=n
W T 计算: mm T d 9.7010
704900
16][1636
3
=???=≥πτπ 按刚度条件][max ?'≤p
GI T 计算: mm G T d 3.771
1080180490032][3249
24max =?????='≥π?π 故,轴的直径取mm d 3.77≥
⑵将主动轮与从动轮2对换,这样可以降低最大弯矩值,从而减少材料消耗,而降低成本。
附录I 截面的几何性质
Ⅰ.1、试求图示图形对y 轴的静矩y S ,并求形心坐标C z 。 解:dz z b dA )(=;2
2
2)(z R z b -=
3
220
220
2
2
3
2)(2R z R d z R dz
z R z zdA
S R
R
A
y =
---=-==?
??
π
π342/3/32
3
R
R R A
S z y C ==
=
Ⅰ.2 试求图示图形的形心坐标C y 和C z 。 解:(a )选择原来坐标
3
)
(a
材料力学练习册答案
8
mm A A z A z A z C
C C 20100
20060
10002002
22
22
12211-=?-???-??=
++=ππππ
(b )建立坐标如图
mm
A A z A z A z C
C
C 55.4830
1001602015
3010080160202
12211=?+???+??=
++=mm
A A y A y A y C
C C 3930
1001602070
3010010160202
12211=?+???+??=
++=
Ⅰ.3、试求图示图形的y I 、 z I 和yz I 。
解:330
2
4
1
bh dz z h b dA z I h A
y ===?
? 同理:
320
2
12
1
)(hb dy y h y b h dA y I b
A
z =-==?
? 2200
8
1
h b zdydz y zydA I h z
h b A
yz ===?
?
?
Ⅰ.4、试求图示图形对形心轴的C
y I 和 C z I 。 解:(a )建立如图坐标
mm
A A A z A z A z A z C C C C 7.5580
2401804022
)130(18040321332211-=?+???-??=++++=
4
2
3233
212864.188187.55802408024012
1
])7.55130(1804018040121[2cm
I I I I yC yC yC yC =??+??+-??+??=++=43233
21238088024012
1]1001804018040121[
2cm I I I I zC zC zC zC =??+??+??=++=
(b )建立如图坐标
mm A A A z A z A z A z C C C C 68.18200
1006036016080130
60360)140(16080321332211=?+?+???+-??=++++=
)
(b
材料力学练习册答案
42323233
216246.11686)68.18130(3606060360121
68.18100200200100121
68.1581608080160121cm I I
I I yC yC yC yC =-??+??+??+??+??+??=
++= 4
3333
2133.277258016012
110020012160360121cm I I I I zC zC zC zC =??+??+??=++=
第四章 弯曲应力
4.1、作图示结构的弯矩图和剪力图,并求最大弯矩m ax M 和最大剪力m ax ,Q F 。(内力方程法)
P F Q =m ax ;Pa M 2max = qa F Q 611
max =
; 2m a x 36
49qa M =
2
M
Q
F Q
F M
2M
2Q
F Q
F M
4
4
/32qa
材料力学练习册答案
10 qa F Q =max ;2max 25qa M = qa F Q 43max =;2max 4
3qa M =
qL F Q =max ;2max qL M = qa F Q 45max =; 2m a x 43qa M =
qa F Q =max ;2m ax qa M = qa F Q 611max = ;2
max 72121qa M =
4.2、作图示结构的弯矩图和剪
力图,并求最大弯矩m ax M 和最大剪力
m ax S F 。(简易方法)
Q
F 2qL M
Q F M
4
Q F M
Q
F M
6
/72
/
材料力学练习册答案
11
qa F Q 3max =;2max 5qa M =
qa F Q 21
max =
;2max 8
5qa M =
qa F Q 611max =
;2m ax qa M = qa F Q 611
max = ;2max 72
121qa M =
qa
F Q =max ;
2m ax qa M =
Q
F M
2
/qa
8
/5qa
Q
F M
Q
F M
P
Q
qa
Q
M
材料力学练习册答案
12
qa F Q =max ; 2
m a x 4
3qa M =
qa F Q 65max =
;2max 6
5qa M = qa F Q 45
max =;2m ax qa M =
qa F Q =max ;2m ax qa M = qa F S =max ;2m ax qa M =
4.3、截面为24o N 工字型的梁,受力如图所示。 ⑴ 试求梁的最大正应力和最大切应力;
6
/qa
Q
M
Q
M
Q
2
/qa
材料力学练习册答案
13
⑵ 绘出危险截面上正应力及切应力的分布图。 解:⑴、作内力图如右。
m kN M ?=2.67max kN F S 168max =
z
W M m ax
m ax =σ MPa 168400
67200
==
b
I S F z z S max max =τ
MPa 35.8210
204168000
=?=
⑵、危险截面在D 的左侧。应力分布如图。
4.4、外径为cm 25,壁厚为mm 5的铸铁管简支梁,跨度为m 12,铸铁的容重
31/8.7cm g =γ。若管内装满水(容重32/1cm g =γ)。试求管内的最大正应力。
解:原结构化为满均布力作用的简支梁。其集度为:
m
N q /7378
.9]1244
8.7)2425(4[222=??+?-=π
π m N M ?=??=132********
1
2max
34
3
231))25
24(
1(32
cm D W z =-=
π MPa W M z 4.57231
13266
max max ===
σ 4.5、图示一铸铁梁。若MPa t 30][=σ,MPa c 60][=σ,试校核此梁的强度。 解:弯矩图如图。
m kN M ?=-4max
m kN M
?=+
5.2max
由比较可知B 截面由拉应力控制,
3
400cm W z
=cm
S I z z 4.20/=
cm
4
763cm I z =
S F
M
分布图
材料力学练习册答案
14
而最大C 截面也由拉应力控制。
MPa I y M z Bt B B 3.27763100524max
,=??==σ
][8.28763
100885.2max
,t z Ct C C MPa I y M σσ<=??==
因此该梁的强度不足。
4.6、吊车主梁如图所示。跨度m l 8=,试问当小车运行到什么位置时,梁内的弯矩最大,并求许用起重荷载。已知MPa 100][=σ。 解:)8
5.7(81x P F -=,)15.0(82x P
F +=
x x P
x M )85.7(8)(1-=
15.02)3.0)(85.7(8)(2?-+-=P
x x P x M
令
0)(1=dx x dM 或0)
(2=dx
x dM ; 得 mm x 3775=或mm x 3925= 故 )(856.0)2(162max m N P a l l
P
M ?=-=
由强度条件
10010
579856.06
max max ≤?==
-P
W M z σ 得: kN P 88.3=
4.7、若梁的MPa 160][=σ,试分别选择矩形(2=b h
)、圆形、及管形(2=d
D )三种截面,并比较其经济性。 解:弯矩图如图。
m kN M ?=25.6max
由强度条件][max
max σσ≤=
z
W M : 矩形: 332
b W z =,得 mm M b 8.38]
[233max =≥σ;
mm h 6.77= 园形: 332
d W z π
=
,得 mm M d 6.73]
[323
max
=≥σπ;
cm h 30=3
597cm W z =4
8950cm I z =1
M
m
kN ?5m
kN ?25.6m
kN ?25.1
材料力学练习册答案
管形: )1(32
43απ
-=
D W z ,得 mm M D 2.75]
)[1(323
4
max
=-≥σαπ; 三面积之比: 3331:4254:3010=管形圆形矩形::A A A 矩形最优,管形次之,圆形最差。
4.8、圆截面为mm d 401=的钢梁AB 。B 点由圆钢杆BC 支承,已知mm d 202=。梁及杆的MPa 160][=σ,试求许用均布荷载q 。
解:1、约束力 q F Ay 43=; q F N 4
9
=
2、作AB 梁的内力图
3、强度计算 AB 梁:][32
/2/31max max
σπσ≤==d q W M z 得: m kN d
q /01.2][16
3
1
=≤
σπ
BC 杆:][4
/4
/92
22σπσ≤==
d q A F N 得: m kN d q /34.22][9
2
2=≤
σπ
故取m kN q /01.2=
4.9、简支梁如图,试求梁的最底层纤维的总伸长。
解:22
2x q
x ql M x -= ()0l x ≤≤
底层纤维的应力
2
2)
(3bh x lx q W M z x x -==σ 底层纤维处于单向应力状态
22)(3Ebh x lx q E x
x -==
σε; 23
022
2)(3Ebh
ql dx Ebh x lx q l l =-=?? 4.10、矩形截面简支梁由圆柱形木材刨成。已知kN P 5=,m a 5.1=,MPa 10][=σ ,试确定此矩形截面
b
h
的比值(使其截面的抗弯截面系数具有最大值)及所需木柱的最小q
M
Q
F q 4/5q 4
/3q 32
/9q 2
/q
材料力学练习册答案
16
直径d 。
解: )(6
16322b bd bh W z -== 由 0=??b W z ;得 3d b =;d h 32= 由 ][3
2362max max σσ≤?==d d Pa W M z mm Pa d 227]
[39=≥σ,取mm d 230= 4.11、悬臂梁受力如图a ,若假想沿中性层把梁分开成上下两部分:
⑴试求中性层截面上切应力沿x 轴的变化规律;(参考图b ) ⑵试说明梁被截下部分的τ由什么力来平衡。
解:(1)、qx x F Q =)(; ()0l x ≤≤
对于矩形截面梁,中性层的切应力 bh qx A F Q x 2323max ,==τ 被截下部分的τ由固定端的正应力σ来平衡
4.12、图示铸铁梁,若cm h 10=,cm t
5.2=。欲使得最大拉应力与最大压应力之比为3
1,试确定尺寸b 应是多少? 解:3
1max,max,==c t c t y y σσ 得:cm h y c 5.743==
由5.75
.7)5.2(1075.35.7)5.2(510=?--??--??==∑∑b b b b A y A y i i i c 解得:cm b 5.22=
kN kN F F Ncr cr 5.225.2/237.93cos 3=??==α
第五章 梁弯曲时的位移
q
)
(b )(a
t
M
Pa
材料力学练习册答案
17
5.1、试用积分法求梁(EI 为已知)的:
⑴ 挠曲线方程; ⑵
A 截面挠度及
B 截面的转角;
⑶ 最大挠度和最大转角。
解:2/)()(2
2
x l q ql x M --= 113)(Px Pa x M -=;)(3)(22a x P Pa x M --=
2/)(22x l q ql w EI -+-='' 12
111
2/3C Px Pax w EI +-=' C x lx x ql x ql w EI ++-+-='6/2/2/3
2
2
2
22
222
2/)(3C a x P Pax w EI +--=' D Cx x lx x ql x ql EIw +++-+-=24
6424
32222 D x C Px Pax EIw ++-=11312116/2/3 由 0=x ,0=w ,0=θ;得 222322
22)(6
23D x C a x P Pax EIw ++--=
,0=C 0D = 021==C C ;021==D D
)622(1322qx qlx x ql EI +--=θ )23(12111x P Pax EI +-=θ;)623(131211x P
Pax EI w +-=
)2464(14322qx qlx x ql EI w +--= ))(2
3(12222a x P Pax EI -+-=θ
)(834max
↑-==EI ql y y A ))(623(1322
22a x P Pax EI w -+-=
)(653max
逆时针EI ql A -==θθ )(6253
max ↑-==EI
Pa y y A
)(32
max
逆时针EI
Pa A -==θθ
)(252
逆时针EI
Pa B -=θ
2
)
B
材料力学练习册答案
18
)124(13211qa qax EI +-=θ )34(12
211Pa Px EI -=θ
)133111212(1x qa qax EI w --= )12
3113
12(1x Pa Px EI w -=
)12112(1322222qa x qa qax EI -+-=θ )3)2(434(122
2222Pa a x P Px EI ---=θ
)21211212(1423222322qa x qa x qa x qa EI w +-+-= )223
23223
)2(12312(1x Pa a x P Px EI w ---=
0=A w )(3
↓=EI Pa w A )(123顺时针EI qa B =θ )(322
顺时针EI Pa B =θ
EI qa w w a x 54343
/
max 1
=== EI
Pa w 3
max = )(63max
顺时针EI qa =θ )(62
7max 顺时针EI
Pa A ==θθ
)
2
346(1x qa x q EI -=
θ )
3
412
24(1x qa x q EI w -= )(244↑-=EI qa w A )(2454
↓=EI
qa w A
)(33顺时针EI qa B =θ )(83
顺时针EI qa B =θ
EI
qa w w a x 12894
2
/3max 1
-=== A w w =max
2
材料力学练习册答案
19
5.3、已知直梁的挠曲线方程为:)7103(360)(4224l x l x EIl
qx
x y +-=。试求: ⑴ 梁中间截面(2
l
x =
)上的弯矩; ⑵ 最大弯矩:
⑶ 分布荷载的变化规律。
解:1)、)(62
3x l x l
q y EI M --=''=
2)、由0=dx dM
;得 3
l x ±
=,代入得 392max ql M = 3)、由 x l q
dx M d q ==
2
2,即荷载分布规律。 5.4、若图示梁(EI 为常数)
A 截面的转角0=A θ,试求比值
b
a
。 解:在左边力作用下产生
EI
Pbl
6='θ
在右边力作用下产生
EI
Pal
3-=''θ
共同作用
036=-=''+'=EI
Pal
EI Pbl A θθθ
得 2:1:=b a
5.5、若图示梁(EI 为常数)的挠曲线在A 截面处出现一拐点(转折点)。试求比值2
1
M M
解:分别作
与 作用下的弯矩图。 A 点出现拐点表示该处0=M 。
则 03
322
1=-=
M M M 2
1
21=M M
5.6、图示悬臂梁(EI 为常数),截面为矩形,已知][σ。试求在满足强度条件下梁的最大挠度。
P
1
1M 2M
材料力学练习册答案
20
解:Pl M =max ][62max max σσ≤==
bh
Pl
W M z ][62
σl
bh P ≤ 223max
18][3l EI
bh EI Pl w σ== 5.7、重量为P 的直梁(EI 为常数)放置在水平刚性平面上,若受力
P
作用后未提起部分保持与平面密合,试求提起部分的长度a 。 解:由于A 处的0=A w ;0=A θ;0=A M 由平衡条件
023=?-=a
a l P a P M A
则: l a 3
2
=
第六章 简单超静定问题
6.1 已知:钢杆的面积21200cm A =,GPa E 2101=;铜杆的面积22100cm A =,
GPa E 1002=;kN P 1000=,试求杆上、下端的反力及各段横截面上的应力。
解:由静力学:P F F N N =+21
由物理关系:
2211A E a
F l N =
?,2222A E a F l N -=? , 1
1232A E a F l N -=? 由几何关系:0321=?+?+?l l l 联立上述各式,解得,
kN F N 154.5961=
kN F N 846.4032= 作轴力图如图所示。
MPa A F
N 6.59211==σ (拉)
MPa A F
N 4.402
22==σ (压)
596.154k N
材料力学练习册答案
21
MPa A F N 2.201
2
3==
σ (压) 6.2 钢杆如图所示,其横截面面积225cm A =,若在加载前杆的下端与刚性地面的间隙
mm 3.0=δ,GPa E 210=,kN P 200=,cm l 150=,试求上、下端的反力。
解:由于杆在P 的作用下自然伸长量
mm mm m EA Pl l 3.038.00381.010
2510210102004
93
=>==????==?-δ 故,下端支承面对杆有作用力。
由静力学:P F F N N =+21
由物理关系:2211A E a F l N =?,2
222A E a
F l N -=?
由几何关系:δ=?+?21l l
联立上述各式,解得,kN F N 17.1191= kN F N 83.802=
6.3 结构如图所示,P 力施加在刚性平板上,钢、铝的横截面面积相等2
20cm A =,要使钢管与铝杆中产生的应力相等,荷载P 应为多少?GPa E 210=钢,GPa E 80=铝。 解:铝钢σσ= ,即铝铝钢钢A F
A F =
铝钢F F =∴ 由静力学:P F F =+铝钢
由几何关系:5104-?-?=?铝钢l l
由物理关系:钢钢钢
钢钢A E l F l -=?
铝铝铝铝铝A E l
F l -=?
联立上述各式,解得
kN F F 34.41==铝钢(压)
kN P 68.82=
( )
6.4 如图所示刚性梁,由三根钢杆支承,其横截面面积相等均为22cm A =,其中一杆长度做短了l 4
105
=
δ。在下述两种情况下装配后,试求各杆横截面上的应力。GPa E 210=钢。 ⑴短杆在中间(图a );
cm
cm
钢铝
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