




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基礎(chǔ)力學(xué)2作業(yè)(7-11章)P153
7-1(b)試作桿的軸力圖,并指出最大拉力和最大壓力的值及其所在的橫截面(或這類(lèi)橫截面所在的區(qū)段)。10kN20kN10kN最大拉力為20kN,在CD段;最大壓力為10kN,在BC段。1m1m1m10kN20kN30kN20kNABCD解:P153
7-2試求圖示直桿橫截面1-1、2-2和3-3上的軸力,并作軸力圖。如橫截面面積A=200mm2,試求各橫截面上的應(yīng)力。=
-100MPa-
20
·103s
1
=
200·10-6-10
·103=
-50MPas
2
=
200
·10-610
·103=
50MPas
3
=
200
·10-6a20kN
10kN120kN13a2a3
210kN解:10kN20kNP154
7-5鉸接正方形桿系如圖所示,各拉桿所能安全地承受的最大軸力為[FNt]=125kN,壓桿所能安全地承受的最大軸力為
[FNc]=150kN,試求此桿系所能安全地承受的最大荷載F的值。FFABCDaaF2=
F2FAC
=
FBCFACAC、BC、AD、BD均為拉桿,故22
=
176.75kN2
F
£
125kN
F
£
125AB為壓桿,故
F
£
150kN所以Fmax
=150kN解:根據(jù)對(duì)稱(chēng)性只分析A、C點(diǎn)C點(diǎn)BCFA點(diǎn)FACFADFAB由靜力平衡方程得所以AB由靜力平衡方程得
F
=
FP155
7-8橫截面面積A=200mm2的桿受軸向拉力F=10kN作用,試求斜截面m-n上的正應(yīng)力及切應(yīng)力。F=10kN300mna020=
37.5MP32
2
(
)=
50
·-300s
=
s
cos
-
30=
50MPaF
F
10
·103=A
A
200
·10-6s
0
=
N
=322sin
600=
-50
· =
-21.7MPa4sin(-
2
·
300
)=
-s
0t
=
s-300
0解:P155
7-10
等直桿如圖示,其直徑為d=30mm。已知F=20kN,l=0.9m,E=2.1×105MPa,試作軸力圖,并求桿端D的水平位移ΔD以及B、C兩橫截面的相對(duì)縱向位移ΔBC。20kN-20kN20kN2F
2F
F1l/3
1323
2EAEA
EAF
l
F
l
F
lD211=
0.04mm2.1·10
·
4
·
0.0320
·103
·
0.3=
N
1
1
+
N
2
2
+
N
3
3
=Dp112BCF
lEAp-20
·103
·
0.3D=
N
2
2
==
-0.04mm2.1·10
·
4
·
0.03l/3l/3AB
CD解:P156
7-1312BDl2B``
B`解:1、以B點(diǎn)為研究對(duì)象畫(huà)受力圖2、列靜力平衡方程3、2桿應(yīng)力與s
p
比較4、求出2桿變形Dl25、畫(huà)變形圖即是B的位移。6、BB``P156
7-14
直徑為d=0.3m,長(zhǎng)為l=6m的木樁,其下端固定。如在離樁頂面高1m處有一重量為P=5kN的重錘自由落下,試求樁內(nèi)最大壓應(yīng)力。已知木材E=10×103MPa,如果重錘驟然放在樁頂上,則樁內(nèi)最大壓應(yīng)力又為多少?參照P138例題7-10APl5
·103
5
·103
·
6=
1
+
1
+2hEA
P1
+=
1
+
p
·
0.1522
·1·10
·109
·p
·
0.152
=
Kds
st=
15.4MPa當(dāng)h=0時(shí)(A)P2=
0.14MPa5
·103=
2
·p
·
0.15sd
=
1
+
1解:
sd7-15ddpds圓桿周向線應(yīng)變e
=p
d
+Dd
)-pd
=Dd
=e(1)(2)30e
=
d
-
30
=
-en
=
-0.0003d所以d
=
29.991mmP156
7-16試判定圖示桿系是靜定的,還是超靜定的;若是超靜定的,試確定其超靜定次數(shù),并寫(xiě)出求解桿系內(nèi)力所需的位移相容條件(不必具體求出內(nèi)力)。圖中的水平桿是剛性的,各桿的自重均不計(jì)。解:aaa12Δl11.5aaΔl2δ2δ1ααβ1
1
15Dl
=
d
sina
=
3
d2Dl2
=
d2
sin
b
=
2
d221d
=
2d52222=
6
22
d3
·
2d=
5DlDl1F
lN
1
11Dl
=2EADlF
l=
N
2
2EAl2
=
6
2 2a
=
24l1
Dl2
5
2.5a
25=
Dl1FN
2FN
1P156
7-16解:11
15Dl
=
d
sina
=
3
d2
2222
dDl
=
d
sin
b
=21d
=
2d56
22522= 1
= 2
d3
·
2dDl2DlF
lN
1
11Dl
=2EADlF
l=
N
2
2EAl2
=
6
2 2a
=
24l1
Dl2
5
2.5a
25=
Dl1FN
2FN
1aa121.5aaαaΔl1αΔl21d2d50·103
50·103t
== =
66.35MPa
<[t]=100MPapdh
p
0.02
0.0124bsA
=
p
(D2
-
d
2
)4450
·10350
·103s
bs
=
p=
p=
102.1MPa<
s
bs
=
240MPa(D2
-
d
2
)(0.0322
-
0.022)拉桿頭部滿(mǎn)足剪切強(qiáng)度條件擠壓力:Fbs=F拉桿頭部滿(mǎn)足擠壓強(qiáng)度條件。hdD50kNP1567-18
試校核圖示拉桿頭部的剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。已知:D=32mm,d=20mm,h=12mm,材料的許用切應(yīng)力[t]=100Mpa,許用擠壓應(yīng)力[sbs]=240Mpa。解:(1)剪切面:A=πdh;剪力:Fs=F(2)擠壓面:P1577-20
矩形截面木拉桿的接頭如圖所示,已知b
=250mm,PPahcPPFFFFballbl
0.25l=
0.2m
=
200mm50
·103
l
?0.25
·1·106F
50
·103=£
[t]=
1MPat
=bsbsab
a
0.25=
0.02m
=
20mm50
·103
a
?0.25
·10
·106=
10MPaF
50
·103£
[s
]s
=
=F=50KN,木材的順紋許用擠壓應(yīng)力[σbs]=10MPa,順紋許用切應(yīng)力[τ]=1MPa
。試求接頭處所需的尺寸l和a。解:P1838-1(c)
作圖示桿的扭矩圖,并指出最大扭矩的值及其所ABCD在的橫截面。1.5kN.m1kN.m1.5kN.m2kN.m3kN.mE11.50.5++-單位:KN.m3-P1838-4
實(shí)心圓軸的直徑d=100mm,長(zhǎng)l=1m,作用在兩個(gè)端面上的外力MeABABC25100解:(1)p16=
71.3MPa·
0.13T
14
·103=
ptmax
=
W0·
0.148
·1010
·14
·103
·1=
0.0178rad
=
1.02
Tl
pp32j
=
GI
=(2)tA
=
tB
=
tmax
=
71.3MPaaC2=
35.7MP=
tmaxt偶之矩均為Me=14kN.m,但轉(zhuǎn)向相反。材料的切變模量G=8×104MPa。試求:(1)橫截面上的最大切應(yīng)力,以及兩個(gè)端面的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角;(2)圖示橫截面上A、B、C三點(diǎn)處切應(yīng)力的大小及指向。MeTτAτBO
τCP1838-5
空心鋼圓軸的外直徑D=80mm,內(nèi)直徑d=62.5mm,外力偶之矩為Me=10N.m,但轉(zhuǎn)向相反。材料的切變模量G=8×104MPa。試求:(1)橫截面上切應(yīng)力的分布圖;(2)最大切應(yīng)力和單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角。MeMedD解:(1)31062.516pTtmax
=
W=p4
=
0.16MPa
80
·
0.08
·
1
-
maxAaDt
=
d
t=
0.125MP10TGI
pp32q
===
4.90
·10-5
rad
m
62.5
4
8
·1010
··
0.084
·
1
-
80
(2)τAτmaxAT184P
8-10
軸的許用切應(yīng)力[t
]=20MPa
,切變模量G
=8·104
MPa
,單位長(zhǎng)度桿的許用扭轉(zhuǎn)角
[q
]=
0.25
0)m。試按強(qiáng)度條件及剛度條件選擇此實(shí)心圓軸的直徑。M1M2M3M4M5nPM
=
9.55M1
=
0.86kN
m,M2
=
2.86kN
m,M3
=
0.57kN
m,M
4
=
1.05kN
m,M5
=
0.38kN
mpTmax=
7.99
·10
m
=
79.9mm-216Tmax[t]p£
[t]
d
?
3tmax
=
Wmaxp32TmaxqGI
pG
[q
]p
2T=
max180
£
[q
]
d
?
4180=
8.74
·10-2
m
=
87.4mm因此,d
?87.4mm解:?P2289-1
試求圖示各梁指定橫截面上的剪力和彎矩。ABF=ql/2ql/4l/2l1C
21
23
D32Fs1=
ql18M
=
1
ql
2s
2F
=
028M
=
1
ql
2s3F
=
038M
=
1
ql
2(c)FBFA2qlFA
=
FB
=解:求得支座約束力(
c
)B2aqFBa
FAaCqa2C121
A23344Fs1
=
02M1
=
qaFs
2
=
02M
2
=
qa6s3F
=
7
qa3M
=
qa2FA解:求得支座約束力6
6FB=
7qa
=
11qa(f)6s3F
=
1
qa33M
=
5
qa2(
f
)?P2289-3
試寫(xiě)出圖示各梁的剪力方程和彎矩方程,并作出剪力圖和4kN/mACB1m2m(d)彎矩圖。指出最大剪力和最大彎矩的值以及它們各自所在的橫截面。80kN解:求得支座約束力2=
80
+
4
·8
=
56kNFA
=
FBFs
(x1
)=
56
-
4x1Fs
(x2
)=
-24
-
4x221
1
1M
(x
)=
56x
-
2x(
)
(
)2
2222M
x
=
56
x-
80
x
-
4
-
2
x56kN40kN40kN56kN192kN.mtmax
=
56kNM
max
=192kN
mA支座右側(cè)截面C截面FBFA2kN/mAC1m4mB20kN.mFs
(x2
)=
9
-
2
x2(
)21
1
1M
x=
9
x
-
x(
)222
2M
x=
9
x
-
x
-
20tmax
=
9kNMmax
=
12kN
mA支座右側(cè)截面C右側(cè)截面解:求得支座約束力FA
=
9kN FB
=
1kNFs
(x1
)=
9
-
2
x11kN8kN.m12kN.m0.25kN.m(e)FBFA9kN0.5mP229:9-4,9-5,9-69-4
繪出圖示各梁的剪力圖和彎矩圖。1m5KN15KN10
KN.m15
KN.m10KN1m+10KNFs圖—5KN15
KN.m5
KN.m5
KN.m+—M圖(a)+80KN80KN剪力圖+單位:KN.m彎矩圖q=100kN/mACD0.2mE1.6m1m2m12(b)80KN80KN1m2mABC1m0.5kN1.5kN2kN/m0.75m1.5kN+-0.5kN+0.56kN.m
0.5kN.m(c)aABCDqqaaa2qaqaq+-qa+qaqaqa2/2-+qa2/29-5
(a)ABCqqa22aqa/35qa/3+-qa/35a./33a5qa/3+25qa2/184qa2/3qa2/39-5
(b)9-5
(c)qllqql2qlql2/2++ql2/2qllqql22qlqlql2—ql+——BlqFBx+8ql2l
2ql22ql++ql2/4lF=qlABCl/2FAFBql/2+-ql/2FA9-6A9-7(a)槽鋼平放Iz=
-162.8MPa=
-176·10-8M
y
5·103
·57.3·10-3s
A
=
As
D
=
s
A
=
-162.8MPaBzIsM
y
5
·103
·13.7
·10-3=
B
==
38.9MPaCzIs176
·10-8M
y
5
·103
·
20.7
·10-3=
C
==
58.8MPa176
·10-8ADBzy
CyA
=
yD
=
78
-
20.7
=
57.3mmyB
=
20.7
-
7.0
=
13.7mmyC
=
20.7mmCBDyAz9-7(b)槽鋼豎放AzM
ys5·103
·125·10-3=
A=
-=
-18.5MPaI
3370·10-8s
D
=
-s
A
=
18.5MPas
B
=
s
C
=
09-83m120kN.m5m11m2215kNzyAD18030050CB1-1截面M1
=
20kNAz
12M
yIs20·103
·150·10-3=
A=
-0.180·0.33Bz
12IsM
y
20·103
·100·10-3=
B
==
4.9MPa0.18·0.33s
C
=
0sD
=
-sA
=
7.4MPa2-2截面M2
=
-25kNAz
12I=
-7.4MPa
sM
y
25·103
·150·10-3=
A==
9.26MPa0.180·0.33Bz
12M
yI25·103
·100·10-3s
=
B
=
-=
-6.2MPa0.18·0.33s
C
=
0sD
=
-sA
=
-9.26MPaP2309-9
試求圖示組合截面對(duì)于水平形心軸z的慣性矩Iz。120×10120×10工22a212+
0.12
·0.01·(0.11+
0.005)=
3400
·10
+
2
·
=
6.6
·10-5
m4=
6.6
·107
mm4120
·103
·10-12-823I
z
=
I
z1
+
I
z
2
+
I
z
319-11矩形截面外伸梁如圖所示。①試求點(diǎn)1、2、3、4、5五個(gè)點(diǎn)處橫截面上的應(yīng)力;②以單元體分別表示各該點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)。ll/2l/2lFFⅠⅠⅡⅡⅢⅢ1245h/4
3h/4zbh2
A3Ft1
=
-2
2
4Fl
h3Fls
1
=
0
bh3
=
2bh2s
2
=
12t
=
02bh23Fl2
A3F323Fl23Fls
=bh
=
bh2
6t
=
03Flbh2243Fl2bhs
4
=
s
2
=t
=
05323Flbhs
=
s
=t5
=
02bh23Fl23FlbhFl/2FF9-12
由兩根No.36a槽鋼組成的梁,如圖所示。已知:F=44kN,q=1kN/m;鋼的許用應(yīng)力s
]=170MPa,t]=100MPa
。試校核此梁的強(qiáng)度。AB6×1m=6m113kN113kNF
F
F
F
Fqyz1M
=
113
·
3
-
44
·
2
-
44
·1
-
·1·
32
=
202.5kN
m2maxFs
max
=
113kN2S
*z
max=
385224
·10-9
m
3+
(180
-
16)·
9
·
180
-
16=
96
·16
·(180
-
8)h
=
360mm,
b
=
96mmd
=
9.0mm,
t
=
16mm[
]=Iz=
153.15MPa
<
s2
·11900
·10-8202.5
·103
·
0.18Mmax
ymaxs
max
=[]tFz=
20.3MPa
<
tI
d
11900
·10-8
·
9
·10-3
·
2113
·103
·
3.85224
·10-4S
*=
s
max
z
max
=max因此,該梁滿(mǎn)足正應(yīng)力和切應(yīng)力強(qiáng)度條件。9-13
由工字鋼做的簡(jiǎn)支梁受力如圖所示。已知材料的許用應(yīng)力s
]=
170MPa,
t]=
100MPa20kN/mACD0.5mE2.5m4m80kN
60kNB1m113.125kN76.875kN試選擇工字鋼號(hào)碼。113.125kN33.125kN16.875kN76.875kN2.156m1M
=
113.125·2.156-
80·1.656-
·20·1.6562
=
83.994kN
m2maxFs
max
=
113.125kNzM
83.994
·103W
=
max
=
494.08
·10-6m
3[s
]
170
·106選擇28a號(hào)工字鋼3zW
=
508cmmaxzFtS*113.125·103=
smax
zmax
==
54.1MPa
<[t]I
b
24.6·10-2
·8.5·10-3故選擇28a號(hào)工字鋼。P194:9-15
試求圖示等截面梁的轉(zhuǎn)角方程和撓度方程,并求外力偶AC2l/3作用著的C截面處的撓度。MeBl/3Me/lMe/lxM
e
lM
(x)=12MeEIq1
=
-
2l
x
+
C1
(1)3MeEIw1
=
-
6l
x
+
C1
x
+
D1
(2)(
)2eM
e
lM
x
=x
-
M222eeM2lEIq
=-x
+
M
x
+
C(3)32222
22M6lEIw
=-
Me
x
+x
+
C
x
+
D(4)21x
=
0,
w
=
0;
x
=
l,
w
=
0邊界條件1
2
1
23x
=
2
l,
w
=
w
,q
=
q連續(xù)條件連續(xù)條件代入(1)、(3)和(2)、(4),得229231
e1
eD
+
M
l
2
=
DC
=
2
M
l
+
C
,邊界條件代入(2)、(4),得21292992
ee1
eD
=
M
lD
=
0,C
=
1
M
l,
C
=
-
5
M
l21eeM
12l
9EIq
=-x
+
M
l1
e
M
x
2l
2EIw
=-
x2
6l
32259ee
eM2lEIq
=-x
+
M
x
-
M
l2225
299e
e6l
2EIw
=-
Me
x3
+
Mex
-
M
lx
+
M
lMwC
2Mel6EIl2
l222
2
3
l
-
3
l
=
81EI=
e
3
23C截面處,x
=2
l9-17圖示雙跨等截面梁。(1)試求支座約束力;(2)繪剪力圖和彎矩圖ABRC基本靜定系(3)試求支座截面轉(zhuǎn)角qA和qBq幾何方程:w
C=05q(2l
)
5ql44物理方程:
wcq
=
384EI
=
24EIccRC48EI
6EIR
(2l
)R
l
33=
c
w
=
-物理方程代入幾何方程,cwc
=
wcq
+wcR
=
0得:C4R
=
5
ql聯(lián)立靜力平衡方程得,A
B3R
=
R
=
3
qlABqql83ql385RC
=
4
qlql383
ql8ql853
l8l381289ql
21289ql
25
ql81
ql
28(2)繪剪力圖和彎矩圖c48EI16EI524EIql
32q(2l
)3=ql
?(2l
)4-qA
=
qAq
+qAR
=(3)試求支座截面轉(zhuǎn)角qA和qBql
3qB
=
-q-
A
=
-
48EIP252:10-1
求圖中所示應(yīng)力狀態(tài)下單元體斜截面ab上的應(yīng)力,并用分離體在該面上示出。30060MPaa
2300300t
=
-
40
-
60
sin600
+
(-
30)cos600
=
-25 3
-15
=
-58.3MPas
=
-
40
+
60
+
-
40
-
60
cos600
-
(-
30)sin600
=
10
-
25
+15 3
=
11.0MPa2
20s
x
=
-40MPa,s
y
=
60MPa,tx
=
-30MPa,a
=
3011.0MPa40MPa30MPab
58.3MPaP252:10-3
題10-1圖中所示應(yīng)力狀態(tài)下,分別求①主應(yīng)力的值;②用圖示出不等于零的兩個(gè)主應(yīng)力的作用面。–
-
47.7MPa
67.7MPa22502
+
302
=
+
(-
30)2
=
10
–-
40
+
60
-
40
-
60
21
=s
2
s
-15.480
74.520-
40
-
602
·(-
30)=
-0.6
a
=
s
-s2ttan
2ax
y=
-
x
=
-s
2
=
0,
s
3
=
-47.7MPas1
=
67.7MPa,(1)
若
sx
>
sy
,則
‰a1‰<
450(2) 若
sx
<
sy
,
則‰a1‰
>
450(3) 若
sx
=
sy
,則
{xt
>
0
,a1
=
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