工程力学第4版(静力学)答案教学内容.doc
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1、工程力学第4版(静力学)答案精品文档第一章 习题 下列习题中,凡未标出自重的物体,质量不计。接触处都不计摩擦。 1-1试分别画出下列各物体的受力图。1-2试分别画出下列各物体系统中的每个物体的受力图。1-3试分别画出整个系统以及杆BD,AD,AB(带滑轮C,重物E和一段绳索)的受力图。1-4构架如图所示,试分别画出杆HED,杆BDC及杆AEC的受力图。1-5构架如图所示,试分别画出杆BDH,杆AB,销钉A及整个系统的受力图。1-6构架如图所示,试分别画出杆AEB,销钉A及整个系统的受力图。1-7构架如图所示,试分别画出杆AEB,销钉C,销钉A及整个系统的受力图。1-8结构如图所示,力P作用在销
2、钉C上,试分别画出AC,BCE及DEH部分的受力图。参考答案1-1解:1-2解:1-3解:1-4解:1-5解:1-6解:1-7解:1-8解:第二章 习题参考答案2-1解:由解析法, 故: 2-2解:即求此力系的合力,沿OB建立x坐标,由解析法,有故: 方向沿OB。2-3解:所有杆件均为二力杆件,受力沿直杆轴线。(a) 由平衡方程有:联立上二式,解得:(拉力)(压力)(b) 由平衡方程有:联立上二式,解得:(拉力)(压力)(c) 由平衡方程有:联立上二式,解得:(拉力)(压力)(d) 由平衡方程有:联立上二式,解得:(拉力)(拉力)2-4解:(a)受力分析如图所示:由 由 (b)解:受力分析如图
3、所示:由联立上二式,得:2-5解:几何法:系统受力如图所示三力汇交于点D,其封闭的力三角形如图示所以: (压力)(与X轴正向夹150度)2-6解:受力如图所示:已知, ,由 由 2-7解:受力分析如图所示,取左半部分为研究对象由 联立后,解得: 由二力平衡定理 2-8解:杆AB,AC均为二力杆,取A点平衡由 联立上二式,解得: (受压)(受压)2-9解:各处全为柔索约束,故反力全为拉力,以D,B点分别列平衡方程(1)取D点,列平衡方程由 (2)取B点列平衡方程由 2-10解:取B为研究对象:由 取C为研究对象:由 由 联立上二式,且有 解得:取E为研究对象:由 故有:2-11解:取A点平衡:联
4、立后可得: 取D点平衡,取如图坐标系:由对称性及 2-12解:整体受力交于O点,列O点平衡由 联立上二式得: (压力)列C点平衡联立上二式得: (拉力)(压力)2-13解:(1)取DEH部分,对H点列平衡联立方程后解得: (2)取ABCE部分,对C点列平衡且 联立上面各式得: (3)取BCE部分。根据平面汇交力系平衡的几何条件。2-14解:(1)对A球列平衡方程(1)(2)(2)对B球列平衡方程(3)(4)且有: (5)把(5)代入(3),(4)由(1),(2)得: (6)又(3),(4)得: (7)由(7)得: (8)将(8)代入(6)后整理得:2-15解:,和P构成作用于AB的汇交力系,由
5、几何关系:又整理上式后有: 取正根 第三章 习题参考答案3-1解:3-2解:构成三个力偶因为是负号,故转向为顺时针。3-3解:小台车受力如图,为一力偶系,故 ,由3-4解:锤头受力如图,锤头给两侧导轨的侧压力和构成一力偶,与,构成力偶平衡由 3-5解:电极受力如图,等速直线上升时E处支反力为零即: 且有:由 3-6解:A,B处的约束反力构成一力偶由 3-7解:,受力如图,由,分别有:杆: (1)杆: (2)且有: (3)将(3)代入(2)后由(1)(2)得: 3-8解:杆ACE和BCD受力入图所示,且有:对ACE杆: 对BCD杆: 第四章 习题4-1 已知F1=60N,F2=80N,F3=15
6、0N,m=100N.m,转向为逆时针,=30图中距离单位为m。试求图中力系向O点简化结果及最终结果。4-2 已知物体所受力系如图所示,F=10Kn,m=20kN.m,转向如图。(a)若选择x轴上B点为简化中心,其主矩LB=10kN.m,转向为顺时针,试求B点的位置及主矢R。(b)若选择CD线上E点为简化中心,其主矩LE=30kN.m,转向为顺时针,=45,试求位于CD直线上的E点的位置及主矢R。4-3 试求下列各梁或刚架的支座反力。解:(a) 受力如图由MA=0 FRB3a-Psin302a-Qa=0FRB=(P+Q)/3由 x=0 FAx-Pcos30=0FAx=P由Y=0 FAy+FRB-
7、Q-Psin30=0FAy=(4Q+P)/64-4 高炉上料的斜桥,其支承情况可简化为如图所示,设A和B为固定铰,D为中间铰,料车对斜桥的总压力为Q,斜桥(连同轨道)重为W,立柱BD质量不计,几何尺寸如图示,试求A和B的支座反力。4-5 齿轮减速箱重W=500N,输入轴受一力偶作用,其力偶矩m1=600N.m,输出轴受另一力偶作用,其力偶矩m2=900N.m,转向如图所示。试计算齿轮减速箱A和B两端螺栓和地面所受的力。4-6 试求下列各梁的支座反力。(a) (b)4-7 各刚架的载荷和尺寸如图所示,图c中m2m1,试求刚架的各支座反力。4-8 图示热风炉高h=40m,重W=4000kN,所受风
8、压力可以简化为梯形分布力,如图所示,q1=500kN/m,q2=2.5kN/m。可将地基抽象化为固顶端约束,试求地基对热风炉的反力。4-9 起重机简图如图所示,已知P、Q、a、b及c,求向心轴承A及向心推力轴承B的反力。4-10 构架几何尺寸如图所示,R=0.2m,P=1kN。E为中间铰,求向心轴承A的反力、向心推力轴承B的反力及销钉C对杆ECD的反力。4-11 图示为连续铸锭装置中的钢坯矫直辊。钢坯对矫直辊的作用力为一沿辊长分布的均布力q,已知q=1kN/mm,坯宽1.25m。试求轴承A和B的反力。4-12 立式压缩机曲轴的曲柄EH转到垂直向上的位置时,连杆作用于曲柄上的力P最大。现已知P=
9、40kN,飞轮重W=4kN。求这时轴承A和B的反力。4-13 汽车式起重机中,车重W1=26kN,起重臂重.kN,起重机旋转及固定部分重2kN,作用线通过点,几何尺寸如图所示。这时起重臂在该起重机对称面内。求最大起重量max。4-14 平炉的送料机由跑车A及走动的桥B所组成,跑车装有轮子,可沿桥移动。跑车下部装有一倾覆操纵柱D,其上装有料桶C。料箱中的载荷Q=15kN,力Q与跑车轴线OA的距离为5m,几何尺寸如图所示。如欲保证跑车不致翻倒,试问小车连同操纵柱的重量W最小应为多少?4-15 两根位于垂直平面内的均质杆的底端彼此相靠地搁在光滑地板上,其上端则靠在两垂直且光滑的墙上,质量分别为P1与
10、P2。求平衡时两杆的水平倾角1与2的关系。4-16 均质细杆AB重P,两端与滑块相连,滑块和可在光滑槽内滑动,两滑块又通过滑轮用绳索相互连接,物体系处于平衡。()用和表示绳中张力;()当张力时的值。4-17 已知,和,不计梁重。试求图示各连续梁在、和处的约束反力。4-18 各刚架的载荷和尺寸如图所示,不计刚架质量,试求刚架上各支座反力。4-19 起重机在连续梁上,已知P=10kN,Q=50kN,不计梁质量,求支座A、B和D的反力。4-20 箱式电炉炉体结构如图a所示。D为炉壳,E为炉顶拱,H为绝热材料,I为边墙,J为搁架。在实际炉子设计中,考虑到炉子在高温情况下拱顶常产生裂缝,可将炉拱简化成三
11、铰拱,如图b所示。已知拱顶是圆弧形,跨距l=1.15m,拱高h=0.173m,炉顶重G=2kN。试求拱脚A和B处反力。4-21 图示厂房房架是由两个刚架AC和BC用铰链连接组成,与两铰链固结于地基,吊车梁宰房架突出部分和上,已知刚架重1260kN,吊车桥重Q=10kN,风力F=10kN,几何尺寸如图所示。和两点分别在力1和2的作用线上。求铰链、和的反力。4-22 图示构架由滑轮D、杆AB和CBD构成,一钢丝绳绕过滑轮,绳的一端挂一重物,重量为G,另一端系在杆AB的E处,尺寸如图所示,试求铰链A、B、C和D处反力。4-23 桥由两部分构成,重W1=W2=40kN,桥上有载荷P=20kN,尺寸如图
12、所示,试求出铰链A、B和C的反力。4-24 图示结构,在C、D、E、F、H处均为铰接。已知P1=60kN,P2=40 kN,P3=70kN,几何尺寸如图所示。试求各杆所受的力。4-25 构架的载荷和尺寸如图所示,已知P=24kN,求铰链和辊轴的反力及销钉对杆的反力。-26 构架的载荷和尺寸如图所示,已知P=40kN,R=0.3m,求铰链A和B的反力及销钉C对杆ADC的反力。4-27 图示破碎机传动机构,活动夹板AB长为600mm,假设破碎时矿石对活动夹板作用力沿垂直于AB方向的分力P=1kN,BC=CD=600mm,AH=400mm,OE=100mm,图示位置时,机构平衡。试求电机对杆OE作用
13、的力偶的力偶矩m0。4-28 曲柄滑道机构如图所示,已知m=600N.m,OA=0.6m,BC=0.75m。机构在图示位置处于平衡,=30,=60。求平衡时的P值及铰链O和B反力。4-29 插床机构如图所示,已知OA=310mm,O1B=AB=BC=665mm,CD=600mm,OO1=545mm,P=25kN。在图示位置:OO1A在铅锤位置;O1C在水平位置,机构处于平衡,试求作用在曲柄OA上的主动力偶的力偶矩m。4-30 在图示机构中,OB线水平,当B、D、F在同一铅垂线上时,DE垂直于EF,曲柄正好在铅锤位置。已知OA=100mm,BD=BC=DE=100mm,EF=100mm,不计杆重
14、和摩擦,求图示位置平衡时m/P的值。4-31 图示屋架为锯齿形桁架。G1=G2=20kN,W1=W2=10kN,几何尺寸如图所示,试求各杆内力。4-32 图示屋架桁架。已知F1=F2=F4=F5=30kN,F3=40kN,几何尺寸如图所示,试求各杆内力。4-33 桥式起重机机架的尺寸如图所示。P1=100kN,P2=50kN。试求各杆内力。4-34图示屋架桁架,载荷G1=G2=G3=G4=G5=G,几何尺寸如图所示,试求:杆1、2、3、4、5和6 的内力。参考答案4-1 解: =19642 (顺时针转向)故向O点简化的结果为:由于FR0,L00,故力系最终简化结果为一合力,大小和方向与主矢相同
15、,合力FR的作用线距O点的距离为d。FR=FR=52.1Nd=L0/FR=5.37m4-2 解:(a)设B点坐标为(b,0)LB=MB()=-m-Fb=-10kN.mb=(-m+10)/F=-1m B点坐标为(-1,0)= FR=10kN,方向与y轴正向一致(b)设E点坐标为(e,e)LE=ME()=-m-Fe=-30kN.me=(-m+30)/F=1m E点坐标为(1,1)FR=10kN 方向与y轴正向一致4-3解:(a) 受力如图由MA=0 FRB3a-Psin302a-Qa=0FRB=(P+Q)/3由 x=0 FAx-Pcos30=0FAx=P由Y=0 FAy+FRB-Q-Psin30=
16、0FAy=(4Q+P)/6(b)受力如图由MA=0 FRBcos30-P2a-Qa=0FRB=(Q+2P)由 x=0 FAx-FRBsin30=0FAx=(Q+2P)由Y=0 FAy+FRBcos30-Q-P=0FAy=(2Q+P)/3(c)解:受力如图:由MA=0 FRB3a+m-Pa=0FRB=(P-m/a)/3由 x=0 FAx=0由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=(2P+m/a)/3(d)解:受力如图:由MA=0 FRB2a+m-P3a=0FRB=(3P-m/a)/2由 x=0 FAx=0由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=(-P+m/a)/2(e)解:受力如图:由MA=0
17、FRB3-P1.5-Q5=0FRB=P/2+5Q/3由 x=0 FAx+Q=0FAx=-Q由Y=0 FAy+FRB-P=0FAy=P/2-5Q/3(f)解:受力如图:由MA=0 FRB2+m-P2=0FRB=P-m/2由 x=0 FAx+P=0FAx=-P由Y=0 FAy+FRB =0FAy=-P+m/24-4解:结构受力如图示,BD为二力杆由MA=0 -FRBa+Qb+Wl/2cos=0FRB=(2Qb+Wlcos)/2a由Fx=0 -FAx-Qsin=0FAx=-Qsin由Fy=0 FRB+FAy-W-Qcos=0FAy=Q(cos-b/a)+W(1-lcos/2a) 4-5 解:齿轮减速
18、箱受力如图示,由MA=0 FRB0.5-W0.2-m1-m2=0FRB=3.2kN由Fy=0 FRA+FRB-W=0FRA=-2.7kN4-6 解:(a)由Fx=0 FAx=0 (b) 由Fx=0 FAx=0由Fy=0 FAy=0 由Fy=0 FAy-qa-P=0由M=0 MA-m=0 MA=m FAy=qa+P由M=0 MA-qaa/2-Pa=0MA=qa2/2+Pa(c) (d)(c) 由Fx=0 FAx+P=0 (d) 由Fx=0 FAx=0FAx=-P 由MA=0 FRB5a+m1-m2-q3a3a/2=0由Fy=0 FAy-ql/2=0 FRB=0.9qa+(m2-m1)/5aFAy
19、=ql/2 由Fy=0 FAy+FRB-q3a=0由M=0 MA-ql/2l/4-m-Pa=0 FAy=2.1qa+(m1-m2)/5aMA=ql2/8+m+Pa4-7 解:(a) (b)(a)MA=0 FRB6a-q(6a)2/2-P5a=0 FRB=3qa+5P/6Fx=0 FAx+P=0 FAx =-PFy=0 FAy+FRB-q6a=0 FAy=3qa-5P/6(b) MA=0 MA-q(6a)2/2-P2a=0 MA=18qa2+2PaFx=0 FAx+q6a=0 FAx =-6qaFy=0 FAy-P=0 FAy=P(c) MA=0 MA+m1-m2-q6a2a-P4a=0 MA=
20、12qa2+4Pa+m2-m1Fx=0 FAx+P=0 FAx=-PFy=0 FAy-q6a=0 FAy=6qa(d) MA=0 MA+q(2a)2/2-q2a3a=0 MA=4qa2Fx=0 FAx-q2a=0 FAx =2qaFy=0 FAy-q2a=0 FAy =2qa4-8解:热风炉受力分析如图示,Fx=0 Fox+q1h+(q2-q1)h/2=0 Fox=-60kNFy=0 FAy-W=0 FAy=4000kNMA=0 M0-qhh/2-(q2-q1)h2h/3/2=0 M0=1467.2kNm4-9解:起重机受力如图示,MB=0 -FRAc-Pa-Qb=0 FRA=-(Pa+Qb)
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