孙训方材料力学I第五版课后习题答案

第二章 轴向拉伸和压缩2-1 试求图示各杆 1-1和 2-2横截面上的轴力，并作轴力图。（a）解： ； ； （b）解： ； ；（c）解： ； 。 (d) 解： 。习题 2-3 石砌桥墩的墩身高 ，其横截面面尺寸如图所示。荷载 ，材料的密度ml10 kNF10，试求墩身底部横截面上的压应力。3/5.2mkg解：墩身底面的轴力为： 2-3 图gAlFGN)( )(942.3108.5210)4.32102 kN墩身底面积： )(14.9).32( 22mA因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。 MPakamkN3.07.14.93022-4 图示一混合屋架结构的计算简图。屋架的上弦用钢筋混凝土制成。下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个 75mm8mm的等边角钢。已知屋面承受集度为 的竖直均布荷载。试求拉杆 AE和 EG横截面上的应力。解： = 1） 求内力取 I-I分离体 得 （拉）取节点 E为分离体， 故 （拉）2） 求应力758等边角钢的面积 A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5 图示拉杆承受轴向拉力 ，杆的横截面面积 。如以 表示斜截面与横截面的夹角，试求当 ，30 ，45 ，60 ，90 时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。解：2-6 一木桩柱受力如图所示。柱的横截面为边长 200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量 E=10 GPa。如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。解： （压）（压）习题 2-7 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。解：取长度为 截离体（微元体） 。则微元体的伸长量为： dx，)()(EAFlll xAdEFx00)()(， ，lxr12 21212lrlr，2212)( udlA dxludxld2)( 11，dulx12 )()( 22121udlulxA因此， )()()()( 202100 EFlxFEl lll ll dxldludl 0121021 )()( 212)(11 dldEFl2-10 受轴向拉力 F作用的箱形薄壁杆如图所示。已知该杆材料的弹性常数为 E， ，试求 C与D两点间的距离改变量 。解： 横截面上的线应变相同因此 习题 2-11 图示结构中，AB 为水平放置的刚性杆，杆 1，2，3 材料相同，其弹性模量 ，已知GPaE210， ， ， 。试求 C 点的水平位移和铅垂位移。ml12210mA23150AkNF02-11 图解：（1）求各杆的轴力以 AB 杆为研究对象，其受力图如图所示。因为 AB 平衡，所以， ，0X045cos3N3由对称性可知， ，CH )(1025.21 kNFN（2）求 C 点的水平位移与铅垂位移。 A 点的铅垂位移： mmEAl 476./0221受力图 变形协调图B 点的铅垂位移： mmNEAll 476.01/210222 1、2、3 杆的变形协（谐）调的情况如图所示。由 1、2、3 杆的变形协（谐）调条件，并且考虑到 AB为刚性杆，可以得到C 点的水平位移： )(476.05tan1loBHACHC 点的铅垂位移： )(476.01l习题 2-12 图示实心圆杆 AB 和 AC 在 A 点以铰相连接，在 A 点作用有铅垂向下的力 。已知杆 ABkNF35和 AC 的直径分别为 和 ，钢的弹性模量 。试求 A 点在铅垂方向的位移。md21d52 GPaE210解：（1）求 AB、AC 杆的轴力以节点 A 为研究对象，其受力图如图所示。 由平衡条件得出：0X045sin30sinoABoCN(a)A2：Y3coscosABC(b)703AN(a) (b)联立解得：；kAB1.8 kNNAC621.52（2）由变形能原理求 A 点的铅垂方向的位移2121ElNlF)(212AllA式中， ；(45sin/01 mlo )(1603sin/802 mlo；213.3 22754.A故： )(36.1)7056087(52A 习题 2-13 图示 A 和 B 两点之间原有水平方向的一根直径 的钢丝，在钢丝的中点 C 加一竖向荷载mdF。已知钢丝产生的线应变为 ，其材料的弹性模量 ，3. GPaE20钢丝的自重不计。试求： （1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律） ；（2）钢丝在 C 点下降的距离 ；（3）荷载 F 的值。解：（1）求钢丝横截面上的应力)(7350.21MPaE（2）求钢丝在 C 点下降的距离 。其中，AC 和 BC 各 。)(21mlANl m5.396507.103coso834).ar()(.7tnmo（3）求荷载 F 的值以 C 结点为研究对象，由其平稀衡条件可得：0Y0si2PaNnAP )(239.678.4si1.35702 N习题 2-15水平刚性杆 AB 由三根 BC,BD 和 ED 支撑，如图，在杆的 A 端承受铅垂荷载 F=20KN,三根钢杆的横截面积分别为 A1=12 平方毫米，A2=6 平方毫米，A,3=9 平方毫米，杆的弹性模量 E=210Gpa，求：（1） 端点 A 的水平和铅垂位移。（2） 应用功能原理求端点 A 的铅垂位移。解：（1） 303233110312311 171962,/()/(/)cos45in0.60,0.53.8724llNNNfdxFklkdxlFFKKNFlEAll 有由 胡 克 定 理 ， x2y21.4.730ll 从 而 得 ， ， （ ）（2） y12y+0.VFAlFl（ ）习题 2-17 简单桁架及其受力如图所示，水平杆 BC 的长度 保持不变，斜杆 AB 的长度可随夹角 的变化而l 改变。两杆由同一种材料制造，且材料的许用拉应力和许用压应力相等。要求两杆内的应力同时达到许用应力，且结构的总重量为最小时，试求：（1）两杆的夹角；（2）两杆横截面面积的比值。解：（1）求轴力取节点 B 为研究对象，由其平衡条件得：0YsinFNABi0XcosBCABN2-17cotsinFC（2）求工作应力siABABBCBCFNcot（3）求杆系的总重量。 是重力密度（简称重度，单位： ） 。)(BABllVW 3/mkNcosCA)1(BBl（4）代入题设条件求两杆的夹角条件： ，sinABABFNsinFAB， cotBCBC cotBC条件： 的总重量为最小。W)cos1(BABl )cos1(BCABl)tinFl )sincoi(lcosi12Fl2sinco1l从 的表达式可知， 是 角的一元函数。当 的一阶导数等于零时， 取得最小值。WWW 02sin2cos)1(icos22 FldW03sin2 cos2，1cos3.，o4709).ar(2 45.o（5）求两杆横截面面积的比值，sinFABctABCcos1tsicotiFBCA因为： ， ，12332312，coscos所以： 3BCA习题 2-18 一桁架如图所示。各杆都由两 个等