工程力学材料力学北京科大、东北大学版第4版4-6习题答案.doc

第四章习题4-1求下列各梁指定截面上的剪力Q和弯矩M。各截面无限趋近于梁上A、B、C等各点。4-2试列出下列各梁的剪力方程和弯矩方程，作剪力图和弯矩图，并求和。4-3用叠加法作以下各梁的弯矩图。并求出。4-4用剪力、弯矩和分布载荷集度之间的微分关系校核前面已画的剪力图和弯矩图是否正确。4-5不列剪力方程和弯矩方程，作以下各梁的剪力图和弯矩图，并求出和。4-6用合适的方法作下列各梁的剪力图和弯矩图。4-7试根据载荷、剪力图和弯矩图之间的关系，检查下列各梁的剪力图和弯矩图是否正确，并对错误之处加以改正。4-8作下列构件的内力图。4-9在梁上行走的小车二轮的轮压均为P，如图所示。问小车行至何位置时梁内的弯矩最大？最大弯矩值是多少？设小车的轮距为c，大梁的跨度为。参考答案4-1解：题（b）（1）求支反力（见图）由，l-Pl=0=由，（2）剪力按计算剪力的规则（3）弯矩按计算弯矩的规则其它各题的答案：（a）（c）（d）（e）（f）4-2解：题c(1)剪力和弯矩方程以左端A为原点，任一截面距左端的距离为x（图）剪力方程:弯矩方程:(2 )剪力图与弯矩图按上述剪力方程和弯矩方程绘剪力图和弯矩图（3）与值由及得=200N=950题（f）（1）求支反力（见图）由，600-1004040=0=由，q4020-60=0=校核：+=2667+1333=4000N=q40=10040所以支反力计算正确（2）剪力和弯矩方程以左端为原点，任一截面距左端的距离为x，则得剪力方程 ：弯矩方程（2）剪力图和弯矩图按上述剪力及弯矩方程绘出图及所示的剪力图和弯矩图所示剪力图和弯矩图.图中最大弯矩的截面位置可由，即剪力的条件求得Q（x）=3333-100x=0 x=33.3cm（4）及由及得=2667N，=355其他各题的答案：（a）=ql=（b）（d）（e）（g）（h）（i）（j）4-3解：题c分别作、q单独作用时的弯矩图（图、），然后将此二图叠加得总的弯矩图。由可知题（）分别作P和q单独作用时的弯矩图（图、），然后将此二图叠加得总的弯矩图。由可知其他各题答案为：（a）（b）（d）（e）4-5解：题（d）（1）求支反力（图）由，3a-P2a-Pa=0=由Pa-Pa-=0=0校核+=P+0=P 满足计算正确（2）绘剪力图及弯矩图如图、所示（3）及其他各题答案：（a）=2P,|=3 Pa(b)=2qa,|=q(c)=ql,=q4-6解:题(a)(1)求支反力(图)由=0，l-q+ql=0校核（2）绘弯矩图如4-7解：题（b）此梁为带中间绞的静定梁。求解时可将梁AB段视为中点受集中力P的简支梁，梁BD段视为在悬臂端受集中力作用的悬臂梁，值可由AB梁的平衡条件求得=。由此绘出两段梁的弯矩图分别如图、所示。由图、知|=题(c)(1)求支反力（图）（2） 弯矩方程以A为截面位置的坐标x的弯矩方程为：（3）弯矩图如图所示。（4）|=0.06415其他各题答案（a）|=(d) |=4-9答：或第五章习题5-1一矩形截面梁如图所示，试计算I-I截面A、B、C、D各点的正应力，并指明是拉应力还是压应力。5-2一外伸梁如图所示，梁为16a号槽刚所支撑，试求梁的最大拉应力和最大压应力，并指明其所作用的界面和位置。5-3一矩形截面梁如图所示，已知P=2KN,横截面的高宽比h/b=3;材料为松木，其许用应力为。试选择横截面的尺寸。5-4一圆轴如图所示，其外伸部分为空心管状，试做弯矩图，并求轴内的最大正应力。5-5一矿车车轴如图所示。已知a=0.6cm,p=5KN,材料的许用应力，试选择车轴轴径。5-6一受均布载荷的外伸刚梁 ，已知q=12KN/m,材料的许用用力。试选择此量的工字钢的号码.5-7图示的空气泵的操纵杆右端受力为8.5KN,截面I-I和II-II位矩形，其高宽比为h/b=3，材料的许用应力。试求此二截面的尺寸。5-8图示为以铸造用的钢水包。试按其耳轴的正应力强度确定充满钢水所允许的总重量，已知材料的许用应力，d=200mm.5-9求以下各图形对形心轴的z的惯性矩。5-10横梁受力如图所试。 已知P=97KN,许用应力。校核其强度。5-11铸铁抽承架尺寸如图所示，受力P=16KN。 材料的许用拉应力。许用压应力。校核截面A-A的强度，并化出其正应力分布图。5-12铸铁T形截面如图所示。设材料的许用应力与许用压应力之比为，试确定翼缘的合理跨度b.5-13试求题5-1中截面I-I上A、B、C、D各点处的切应力。5-14制动装置的杠杆，在B处用直径d=30mm的销钉支承。若杠杆的许用应力，销钉的，试求许可载荷和。5-15有工字钢制成的外伸梁如图所示。设材料的弯曲许用应力，许用且应力，试选择工字钢的型号。5-16一单梁吊车由40a号工字钢制成，在梁中段的上下翼缘上各加焊一块的盖板，如图所示。已知梁跨长=8m,=5.2m,材料的弯曲许用应力，许用且应力。试按正应力强度条件确定梁的许可载荷，并校核梁的切应力。梁的自重不考虑。5-17某车间用一台150KN的吊车和一台20KN的吊车，借一辅助梁共同起吊一重量P=300KN的设备，如图所示。（1）重量矩150KN吊车的距离应在什么范围内，才能保证两台吊车都不致超载；（2）若用工字刚作辅助梁，试选择工字钢的型号，已知许用应力。5-18图示简支梁AB，若载荷P直接参考答案5-1解：截面弯矩(拉)（压）（压）.5-2解：由静力平衡求出支座A、B的支反力最大正弯矩最大负弯矩查表得b=63mm最大拉应力在C截面最下方最大压应力在A截面最下方.5-3解：由静力平衡求出支座A、B的支反力最大弯矩在中间截面上，且又解得，.5-4解：（1）求支反力：由（2）画弯矩（如右图）（3）求最大正应力：由弯矩图上可知最大弯矩发生在截面B。抗弯截面模量圆轴的最大弯曲正应力.5-5解：最大弯矩解得，5-6解：（1）求支反力：由对称性可知（2）画弯矩图（3）选择截面尺寸选择18号工字钢。5-7解：由得在截面在截面解得5-8解：最大应力发生在耳轴根处解得5-9解：（a）（b）（d）（e）查表（f）5-10解：此横梁为变截面梁，应校核C、D二截面的强度（1）计算C、D二截面的弯矩（2）计算惯性矩（3）校核横梁强度D截面处C截面处5-11解：截面A处弯矩截面A的上缘处，截面A的下缘处，得，5-13试求题5-1中截面I-I上A、B、C、D各点处的切应力。5-14解：由平衡条件可得,再用杠杆的弯曲正应力强度条件及销钉的剪应力强度条件。得5-17解：（1）求距离x由，得由，得若使两台吊车都不致超载，就要求（2）选择工字钢型号当重量P在辅助梁的中点时弯矩最大如图（b）（c）。则由弯矩正应力强度条件，查表，选50.b号工字钢。5-18解：提示,算出无幅梁和有幅梁二种情形得罪大弯矩，使前者除以1.3应等于后者。得到.第六章习题61用积分法求以下各梁的转角方程、挠曲线方程以及指定的转角和挠度。已知抗弯刚度EI为常数。6-2、用积分法求以下各梁的转角方程、挠曲线方程以及指定的转角和挠度。已知抗弯刚度EI为常数。6-3、用叠加法求图示各梁中指定截面的挠度和转角。已知梁的抗弯刚读EI为常数。6-4阶梯形悬臂梁如图所示，AC段的惯性矩为CB段的二倍。用积分法求B端的转角以及挠度。6-5一齿轮轴受力如图所示。已知：a=100mm,b=200mm,c=150mm,l=300mm;材料的弹性模量E=210Pa;轴在轴承处的许用转角=0.005rad。近似的设全轴的直径均为d=60mm,试校核轴的刚度。回答：6-6一跨度为4m的简支梁，受均布载荷q=10Kn/m,集中载荷P=20Kn,梁由两个槽钢组成。设材料的许用应力=160Ma,梁的许用挠度=。试选择槽钢的号码，并校核其刚度。梁的自重忽略不计。6-7两端简支的输气管道，外径D=114mm。壁厚=4mm,单位长度重量q=106N/m,材料的弹性模量E=210Gpa。设管道的许用挠度试确定管道的最大跨度。6-845a号工字钢的简支梁，跨长l=10m,材料的弹性模量E-210Gpa。若梁的最大挠度不得超过，求梁所能承受的布满全梁的最大均布载荷q。6-9一直角拐如图所示，AB段横截面为圆形，BC段为矩形，A段固定，B段为滑动轴承。C端作用一集中力P=60N。有关尺寸如图所示。材料的弹性模量E=210Gpa,剪切弹性模量G=0.4E。试求C端的挠度。提示：由于A端固定，B端为滑动轴承，所以BC杆可饶AB杆的轴线转动。C端挠度由二部分组成；（1）把BC杆当作悬臂梁，受集中力P作用于C端产生的挠度，；（2）AB杆受扭转在C锻又产生了挠度，。最后，可得C端的挠度6-10、以弹性元件作为测力装置的实验如图所示，通过测量BC梁中点的挠度来确定卡头A处作用的力P，已知,梁截面宽b=60mm,高h=40mm,材料的弹性模量E=210Gpa。试问当百分表F指针转动一小格（1/100mm）时，载荷P增加多少？6-11试求以下各梁的支反力，并做弯矩图。由图可见有三个支反力，但在平面能够力系中，只可列出二个静力平衡方程，可知此梁是静不定梁问题。（1）选取静定基，建立变形条件假想解除多余约束C，选取静定基如图（b），变形条件为（2）计算变形（3）建立补充方程，解出多余反力利用变形条件，可得补充方程算出中间支座的反力，（4）由平衡条件求其他支座反力因为此梁的载荷和结构有对称性，可知（5）作弯矩图如图c)在中间支座处6-12加热炉内的水管横梁，支持在三个支点上，承受纵管传来的钢锭载荷。求A、B、C处的反力。并作横梁的弯矩图。提示：横管简化成三支点的静不定梁。6-13在车床加工工件，已知工件的弹性模量E=220GP a,试问（1）按图（a）方式加工时，因工件而引起的直径误差是多少？（2）如在工件自由端加上顶尖后，按车刀行至工作中点时考虑（b），这时因工件变形而引起的直径误差又是多少？（3）二者误差的百分比如何？提示：（a）情形可简化成在右端作用一集中力P的静定是悬臂梁，（b）情形可简化成左端固定右端简支的静不定梁，在中点作用一集中力。计算直径的误差时，应是所求得挠度的二倍。4、悬臂梁因强度和刚度不足，用同材料同截面的一根短梁加固，如图所示。问（）支座处的反力为多少？（）梁的最大弯矩和最大挠度要比没有梁 A支撑时减少多少？6-15、图示一铣床齿轮轴AB，已知传动功率，转速n=230rpm,D轮为主动轮。若仅考虑齿轮切向力的影响，试求此轴的弯矩图。参考答案61解：(a)挠曲线微分方程为：积分得：（1）（2）在固定端A，转角和挠度均应等于零，即：当x=0时，；把边界条件代入（1），（2）得C=0D=0再将所得积分常数（3）（4）求B点处转角和挠度x=l时代入（3），（4）（b）任意截面上的弯矩为：挠曲线的微分方程：积分得(1)(2)在固定端B当x=0时将边界条件代入（1）、（2）中，得： C=D=0再将所得积分常数C和D代回（1）、（2）式，得转角方程和挠曲线方程以截面C的横坐标x=l/2代入以上两式，得截面C的转角和挠度分别为(c)求支座反力：=0选取如图坐标，任意截面上的弯矩为：挠曲线的微分方程为：积分得：（1）（2）铰支座上的挠度等于零，故x=0时因为梁上的外力和边界条件都对跨度中点对称，挠曲线也对该点对称。因此，在跨度中点，挠曲线切线的斜率截面的转角都应等于零，即x=时=0分别代入（1）、（2）式，得，D=0以上两式代入（1）（2）得当x=0时，当x=l/2时，6-2解：AC段，（d）、解：取坐标系如图。（1）、求支坐反力、列弯矩方程支座反力，AB段，BC段，(2)列梁挠曲线近似微分方程并积分AB段，BC段，（3）确定积分常数利用边界条件：处，代入上面式中，得，处，再代入式中，得处，由和式可得。处，代入式中，得（4）转角方程和挠度方程AB段，BC段，最后指出，列弯矩方程时，不变，也可取截面右侧的载荷列出，这样可使计算大为简化。6-3、解：（a）计算转角左、右集中力P分别为和表示集中力作用下引起的转角，集中力作用下引起的转角，所以（1）计算挠度集中力作用下引起的挠度，集中力作用下引起的挠度所以答（b），（c）(1)计算转角力偶作用下引起的转角力P作用下引起的转角所以（2）、计算挠度力偶作用下引起的挠度力P作用下引起的转角所以回答(d ),(e),(f)解答：（1计算转角力P作用下引用的转角力偶作用下引起的转角所以（2计算挠度力P作用下引起的挠度力偶作用下引起的挠度所以6-5回答：6-6解：（1）选择截面采用迭加法可求得最大弯矩由正应力强度条件可得（2）校核刚度采用迭加法可求得最大挠度计算可知，此钢梁的刚度够。6-7答：6-8答：6-9提示：由于A端固定，B端为滑动轴承，所以BC杆可饶AB杆的轴线转动。C端挠度由二部分组成；（1）把BC杆当作悬臂梁，受集中力P作用于C端产生的挠度，；（2）AB杆受扭转在C锻又产生了挠度，。最后，可得C端的挠度6-11答：（b）提示：题（c）在固定端处，除有反力偶及竖直反力外，还有水平反力，此梁是一次静不定梁。可以解除支座B，选择反力作多余反力，建立补充方程求解。答：答（d），在固定端。6-12