周建方版材料力学习题解答[第四章]15303.pdf

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1、实用文档.4-1 图 4-13 所示钢杆横截面面积为2100mmA，如果kNF20，钢杆的弹性模量GPaE200，求端面A的水平位移。解：（一）绘制轴力图 （二）计算：题 4-1 图 4-2 拉杆如图 4-14 所示，求该杆的总伸长量。杆材料的弹性模量GPaE150。题 4-2 图 解：4-3 相同材料制成的AB杆和CD杆（图 4-15），其直径之比为21/d/dCDAB，若使刚性杆BD保持水平位置，试求x的大小。解：（一）求反力（二）根据条件求解 题 4-3 图 伸长）(5)10002100010002(100102001020)22(33321mmlllEAFEAlFliNiFF2F2F2

2、FF+mmmmEAlFliiNi1625.010625.11025.11075.3102010150250101520201015015010151123333lxlFFAB)(lxFFCDxFABFCD实用文档.4-4 图 4-16 所示一均质杆，长为l，横截面面积为A，杆重W，材料的弹性模量为E，求杆端B及中间截面C在自重作用下的位移。解，如图 题 4-4 图 4-5 试计算以下各题刚性梁AB的B处位移（图 4-17）。其它杆件为弹性杆，刚度EA。（a）4-5（b）lxxxlrrAAFFAElFAElFllCACACACCCCAAAACDAB544122则：即：llABllllBEAWlE

3、AqldxxlEAqxEAdxxNlEAWllWqlEAqlxlEAqdxxlEAqEAqdxxlxEAdxxNl8383)()()(22)()()()(220200220 xdxABEAqlCCBBBEAqlCCEAqlEAlqlCDqlllqlFMDCDCA22228224422424F02220点的位移：则故：求反力：qFDCCBBCDADEAFlCCBBBEAFlCCECCCEAFlEAlFECFlFlFMCDDCDCDCA6234233223F032320点位移：根据图的关系：则：故：杆反力：计算BBCCEDA实用文档.4-5（c）4-6 求图 4-18 所示节点B的水平位移和竖向位

4、移。AB杆和BC杆的抗拉刚度EA相同。解：题 4-6 图 4-7 在图 4-19 所示结构中，AB为水平放置的刚性杆，1、2、3 杆材料相同，其弹性模量GPaE210，已知ml1，221100mmAA，23150mmA，kNF20。试求C点的水平位移和铅直位移。解：EAFlEAFlEAFlEAFlEAlFEAlFEAFlEAlFFFlFlFMFFMCOAOCOCODAOC)124(242)(222222222(202200(12312131211111二）求变形因此：算一）受力分析，反力计ABCDFO1AFO1CFO2CF123EAFlEAFlEAFlHFBEBEAFlBDBEAFlEAlFB

5、EEAFlBDFFFFyxBCAB)221(222222222则：由根据静力学容易求得：ACBFABFBCBDEGHFmmtgCCmmCmmEAFlAAFFFyxy476.045476.0476.01001021010005.0102002203321根据静力学容易求得：AABBCxCy132实用文档.4-8 求习题 3-6 中的单位长度扭转角。已知 G=90Gpa。解：4-9 求习题 3-7 中的最大单位长度扭转角和齿轮 1 和齿轮 3 的相对扭转角。已知齿轮 1 和齿轮 2 的间距为 0.2m，齿轮 2 和齿轮 3 的间距为 0.3m，G=90Gpa。解：4-10 一钻探机的功率 7.35

6、5kW，转速min/rn180，钻杆外径mmD60，内径mmd50，钻入土层m40，如土壤对钻杆的阻力可看作是均匀分布的力偶（图 4-20），试求此杆两端面的相对扭转角。钻杆GPaG80。解：)/24.2(/109.305.01416.31090321015.232024934mmradGIMDIPxP)55.0(10589.93.02.0/10746.2)/57.1(/10746.204.014.310903210208.6)/387.0(/10755.007.014.310903210432.110208.620013955010118.820017955010432.1200309550

7、9550033221312max0249233203493121232231radmradmmradGIMmmradGIMmNMmNMmNMnPMPPx因此)48.8(10481.024010270.510902.325.010902.3180/9550355.710270.510587.6108010587.6)6050(1 3206.014.3)1(320142022479474444radlGIMMmlGImlGImxdxMGImDIPxlxPPxPP故：其中：实用文档.4-11 一直径mmd25的钢圆杆，受轴向拉力kN60作用时，在标距为mm200的长度内伸长了mm.1130。当它受一

8、对矩为mkN.20的外力偶作用而扭转时，在标距mm200长度内相对扭转了7320.的角度，求钢杆的E、G、。解：4-12 全长为l，两端面直径分别为1d和2d的圆锥形杆，两端各受力偶T作用而扭转（图4-21），求两端面间相对扭转角。解：32.0172.8122161272.8110172.810277.110833.32.0102.010833.3322161016.225414.3113.010602001028384523GEGPaPaIlMGDIGPaMPaAllFEPxPN)(332)()(332)11()(32)3()(32)()(32)()(:)(1)(1132)(132)()(1

9、)(12221213231323122212112123231123121214121121041210041211211122121ddddddGTlddddddddddGTlddddGTlKddlGTddldKdKGTddldKxddxldKdxddxldGTdxddxldGMdxGIxMddxldxdldxdldxddddlllxP上面积分转换为：则令d1d2Lx实用文档.4-13 求例 3-5 中的单位长度扭转角。已知 G=80Gpa。解：已知：h=100mm，b=45mm，T=2kNm，G=80GPa；4-14 用积分法求图4-22所示各梁的挠曲线方程和转角方程，并求最大挠度和转角。

10、各梁EI均为常数。（a）解：由挠曲线方程：（b）解：mmradbhbhbhbhhbGMx/66.0/10157.1045.01.0237.01080102237.00.25.20.22.2229.0249.0229.0249.05.2/229.00.2/2.2/023933）（，插值有关和其中，EIMlwwEIMxwDwxDMxDCxMxEIwEIMlEIMxCxCMxCMdxCdxxMEIMxMBAZBZAZ220002121000)()(2max222max，所以时，当故：，故，当-MBAxMEIqlEIqlwwqlClxDwxDCxqxqlxwEICqxqlxCqxlxqCdxxxlqC

11、dxxMEIxxlqxMBAZlZZ243845,24020,002411216141614)(2)()(2)(3max42max343323222则，从而，时，当时，当qq/2q/2281ql实用文档.4-15 用叠加法求图 4-23 所示梁的C及Bw。设EI均为已知常数。（a）解：4-15(b)解 EIqlEIqlEIqlEIlqlEIlqlEIlqlwwwwwwEIqlEIqlEIqlEIlqlEIqlwBBBBBBCCBCBCBCCCCCCCBC2458121413181)2(2)5.0(3)(6)6(5.02.,44422223432133323)(4)(3)(2)(14321（二）

12、求（一）求求：Bqc2qlM(B)(1)q2qlM ql221ql(B)(3)(2)(B)+q(4)wEIFlEIFlEIFlEIMlEIFlwwwwEIFlEIlFlEIFlBBBBCCCC62323 232233323212221（二）求（一）BCFFlC(1)(2)Fl实用文档.4-16 用叠加法求图 4-24 所示梁的最大挠度和最大转角。4-16(a)解 4-16（b）解 EIFlEIFlEIFllEIlFllEIFlEIlFlEIFlwllwwwEIFlEIFlEIFlEIlFlEIFlBFlCFCFlCFCBBFlBFBB333223211112222211max23)312141

13、4161(32)()2(2)2(2)2(345)212141(22)2(2（二）最大挠度（一）最大转角2EIEIFFFlFABCCCBBBBABDBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBwwwwqlwEIqllEIqllwEIqllEIqllwqlEIlqwllwwwwwwEIqlEIqlEIlqlEIqlEIqlEIlqmaxmax443334322441311321332132332331,)3(128:4822424822421288)2(22)2(482438124486)2()1(经过验算，故ABCDqll/2qB1wB1wB2B2wB3B3实用文档.4-16（c）解 76804

14、.546.0076851283)241483(11283)61163(11283128302,0)61163(1)2183(1)(120,2812,0283MQ,)3(38476476)(6)(66)()()2(128336496416)2)(6)2)(66)()()1(4maxmax423433323130132121max2maxmax203432342020432qlwlxwwEIqlwxEIqlqlqlxEIwEIqlqxqlxEIEIqlCEIqlxlxCqxqlxEICdxqxqlxEICdxxMEIlMllxqlxlxqxqlxMwwwEIqllEIlqdxxxlEIlqdxxl

15、xlxEIlqEIlxlxlxqdxdEIqllEIlqxlxxlEIlqdxxlxlxEIlqdxxlxlxEIlqEIlxllxlxqdxdxxlxxxxClBBBllAAA代入：即：时，当则所以因此时，当，位于图，根据求求qdxxAB+(3/8)ql-(1/8)ql实用文档.4-16(d)题 4-16(d)图 4-16(e)题 4-16(e)图 4-16(f)题 4-16(f)图 4-17 工字形截面的b20简支梁受载如图 4-25 所示，GPaE200，求最大挠度。解：题 4-17 图 384134838454851624444)()(max333)()(maxqlEIqlqlwwww

16、wEIqlEIqlEIqlqlBqBBBqlAqAAcAqACqll/2l/2B)43(246862131231412max31maxllEIqllEIqlEIqllwwwEIqlBBCBABCl1l2qEIqlwwwwwEIqlEIqlwEIqlEIlqlEIqlwEIqllEIqEIqlwEIqlDD48133165333221163163)2(1283864321max3321max43323423324131qAD2llBCw11w22w33qq(1/2)ql2mmEIFlqlwGPaEmmcmIcx5.221025001020048)106(101010250010200384)10

17、6()10/104(5483845200102500250043333434333344444kN/mAC10kN3m3mB实用文档.4-18 用叠加法求图 4-26 所示杆C截面沿铅垂方向位移。已知各杆抗弯刚度EI。4-18(a)解 题 4-18a）图 4-18(b)解 题 4-18b）图 EIqlEIqlEIlqlEIlqwwwqlFFcqccyc4434)()(32)382(3)2(8)2(ABCqD2lllBCDF=qlF=qlFXCFYCAqEIqlwwwwwwEIqlwEIqlwEIqlwEIqlwEIqllEIqllwqlFMCYCD853836332/0454321454443

18、424311ADCqM=ql2qFXCFYCFYDBMw1w2ql/2lw3qw4w5实用文档.4-19 用叠加法求图 4-27 所示折杆自由端C的铅垂位移、水平位移和转角。已知EI为常数，不考虑轴力的影响。解：)(232)(343)()(22)(22223322322顺时针向下向右EIFlEIFlEIFlEIFlEIFllEIFlwlEIFlEIFlEIlFlEIMlCFBCBCcPBCYBCXABCCBFFFl0446.7685 244816,0 8 Q,384647 1283 3649 4 2 6)()1(1 max 0 4 3 2C qxqlxMw EIql lx dxq EIl l x qdx dx C B l A