工程力学习题选解

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《工程力学》习题选解力学教研室编著2006年11月《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室11-1试画出以下各题中圆柱或圆盘的受力图。与其它物体接触处的摩擦力均略去。解:1-2试画出以下各题中AB杆的受力图。BAOW(a)BAOWF(b)OW(c)AAOW(d)BAOW(e)BFBFABOW(a)BAOWF(b)FAFBAOW(c)FAFOAOW(d)FBFAAOW(e)BFBFAAWCB(c)D(a)AWCEB(b)AWCDB《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室2解:1-3试画出以下各题中AB梁的受力图。ABF(d)CABW(e)CABW(e)CFBFAABF(d)CFBFA(a)FDFBFEDAWCEB(b)AWCDBFDFBFA(c)AWCBFBFAAWCB(a)WABCD(c)ABFqD(b)CCABFWDA’D’B’(d)ABFq(e)《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室3解:1-4试画出以下各题中指定物体的受力图。(a)拱ABCD;(b)半拱AB部分;(c)踏板AB;(d)杠杆AB;(e)方板ABCD;(f)节点B。解:AWCB(a)FBFAABFqD(b)FCFDWABC(c)FCFBCABFWD(d)FBFAFDABFq(e)FBxFByFAABF(a)DCWAF(b)DB(c)FABDD’ABF(d)CDWABCD(e)WABC(f)ABF(a)DCWFAxFAyFDAF(b)CBFBFA(c)FABDFBFD《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室41-5试画出以下各题中指定物体的受力图。(a)结点A,结点B;(b)圆柱A和B及整体;(c)半拱AB,半拱BC及整体;(d)杠杆AB,切刀CEF及整体;(e)秤杆AB,秤盘架BCD及整体。解:(a)ABF(d)CFBFCWABCD(e)FBFAWB(f)FABFBCABW(a)(c)BCW1W2FAFDABCEF(d)AFABFATFABFBAFBTWABPP(b)WABCC’DOG(e)《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室5(b)(c)(d)(e)FCAPCFBBPCF’CFAABPPFBFNBCW1W2FAFCxFCyFAxFAyBW1FAFAxFAyFBxFByBCW2FCxFCyF’BxF’ByFABCFCFBDCEFFEF’CFFFDABCEFFEFFFBBCDGFBFCWABCC’DOGFOyFOxFC’ABOWFBFOyFOx《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室62-2杆AC、BC在C处铰接,另一端均与墙面铰接,如图所示,F1和F2作用在销钉C上,F1=445N,F2=535N,不计杆重,试求两杆所受的力。解:(1)取节点C为研究对象,画受力图,注意AC、BC都为二力杆,(2)列平衡方程:12140sin600530cos6005207164oyACoxBCACACBCFFFFFFFFFNFNAC与BC两杆均受拉。2-3水平力F作用在刚架的B点,如图所示。如不计刚架重量,试求支座A和D处的约束力。解:(1)取整体ABCD为研究对象,受力分析如图,画封闭的力三角形:(2)由力三角形得CcABF2F14330oFACFBCCcF2F1xyDAa2aCBFFDFADACBFFAFD《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室7215151.1222DADADAFFFFFFBCABACFFFFF2-4在简支梁AB的中点C作用一个倾斜45o的力F,力的大小等于20KN,如图所示。若梁的自重不计,试求两支座的约束力。解:(1)研究AB,受力分析并画受力图:(2)画封闭的力三角形:相似关系:BAFFFCDEcdeCDCEED几何尺寸:221155222CEBDCDEDCDCECECD求出约束反力:12010252010.4245arctan18.4BAooCEFFkNCDEDFFkNCDCECD2-6如图所示结构由两弯杆ABC和DE构成。构件重量不计,图中的长度单位为cm。已知F=200N,试求支座A和E的约束力。FFBFAdceAB45oF45oCAB45oFFBFACDEα《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室8解:(1)取DE为研究对象,DE为二力杆;FD=FE(2)取ABC为研究对象,受力分析并画受力图;画封闭的力三角形:'15166.723ADEFFFFN2-7在四连杆机构ABCD的铰链B和C上分别作用有力F1和F2,机构在图示位置平衡。试求平衡时力F1和F2的大小之间的关系。解:(1)取铰链B为研究对象,AB、BC均为二力杆,画受力图和封闭力三角形;EDCABF6486EDFEFDFFAF’DBDAFF’DFA343DCAB60o30o45o90oF1F2BF1FBCBCFABFBCBCFABF145o《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室912BCFF(2)取铰链C为研究对象,BC、CD均为二力杆,画受力图和封闭力三角形;223cos302oCBFFF由前二式可得:121222132260.611.634BCCBFFFFFFForFF2-9三根不计重量的杆AB,AC,AD在A点用铰链连接,各杆与水平面的夹角分别为450,,450和600,如图所示。试求在与OD平行的力F作用下,各杆所受的力。已知F=0.6kN。解:(1)取整体为研究对象,受力分析,AB、AB、AD均为二力杆,画受力图,得到一个空间汇交力系;(2)列平衡方程:0cos45cos4500cos6000sin60sin45sin450ooxACABoyADooozADACABFFFFFFFFFF解得:621.20.7354ADACABADFFkNFFFkNAB、AC杆受拉,AD杆受压。CF2FCBFCDF2FCBFCDzDCBAO45o45o60oyxFFADFACFAB《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室103-1已知梁AB上作用一力偶,力偶矩为M,梁长为l,梁重不计。求在图a,b,c三种情况下,支座A和B的约束力解:(a)受力分析,画受力图;A、B处的约束力组成一个力偶;列平衡方程:00BBABMMFlMFlMFFl(b)受力分析,画受力图;A、B处的约束力组成一个力偶;列平衡方程:00BBABMMFlMFlMFFl(c)受力分析,画受力图;A、B处的约束力组成一个力偶;l/2ABl(a)Ml/3ABl(b)Mθl/2ABl(c)Ml/2ABlMFAFBl/3ABlMFAFBl/2ABlMFBFAθ《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室11列平衡方程:0cos0coscosBBABMMFlMFlMFFl3-2在题图所示结构中二曲杆自重不计,曲杆AB上作用有主动力偶,其力偶矩为M,试求A和C点处的约束力。解:(1)取BC为研究对象,受力分析,BC为二力杆,画受力图;BCFF(2)取AB为研究对象,受力分析,A、B的约束力组成一个力偶,画受力图;''20300.3542220.354BBACMMMFaaMFaaMFFa3-3齿轮箱的两个轴上作用的力偶如题图所示,它们的力偶矩的大小分别为M1=500Nm,M2=125Nm。求两螺栓处的铅垂约束力。图中长度单位为cm。CABa3aM2aaBFBFCCABF’BFAM2《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室12解:(1)取整体为研究对象,受力分析,A、B的约束力组成一个力偶,画受力图;(2)列平衡方程:12125001250075050750BBABMMMFlMMFNlFFN3-5四连杆机构在图示位置平衡。已知OA=60cm,BC=40cm,作用BC上的力偶的力偶矩大小为M2=1N.m,试求作用在OA上力偶的力偶矩大小M1和AB所受的力FAB所受的力。各杆重量不计。解:(1)研究BC杆,受力分析,画受力图:列平衡方程:220sin300150.4sin30sin30oBBooMFBCMMFNBC(2)研究AB(二力杆),受力如图:可知:''5ABBFFFN(3)研究OA杆,受力分析,画受力图:M2M1AB50FBFAOACBM2M130oCBM230oFBFCABF’BF’A《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室13列平衡方程:110050.63AAMFOAMMFOANm3-7O1和O2圆盘与水平轴AB固连,O1盘垂直z轴,O2盘垂直x轴,盘面上分别作用力偶(F1,F’1),(F2,F’2)如题图所示。如两半径为r=20cm,F1=3N,F2=5N,AB=80cm,不计构件自重,试计算轴承A和B的约束力。解:(1)取整体为研究对象,受力分析,A、B处x方向和y方向的约束力分别组成力偶,画受力图。(2)列平衡方程:2211020222052.52.580020222031.51.580xBzBzAzBzzBxBxAxBxMFABFrrFFNFFNABMFABFrrFFNFFNABAB的约束力:22221.52.58.58.5AAxAzBAFFFNFFN3-8在图示结构中,各构件的自重都不计,在构件BC上作用一力偶矩为M的力偶,各尺寸如图。求支座A的约束力。OAM1FAFOBzyxAOF1F2F’2F’1O1O2FBzFAzFAxFBxAM2BCDllll《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室14解:(1)取BC为研究对象,受力分析,画受力图;00CCMMFlMFl(2)取DAC为研究对象,受力分析,画受力图;画封闭的力三角形;解得'2cos45CAoFMFlM2BCFBFCACDF’CFAFDFAF’CFD《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室154-1试求题4-1图所示各梁支座的约束力。设力的单位为kN,力偶矩的单位为kNm,长度单位为m,分布载荷集度为kN/m。(提示:计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。解:(b):(1)整体受力分析,画出受力图(平面任意力系);(2)选坐标系Axy,列出平衡方程;0:0.400.4kNxAxAxFFF()0:20.80.51.60.40.7200.26kNABBMFFF0:20.501.24kNyAyBAyFFFF约束力的方向如图所示。ABCD0.80.80.40.50.40.72(b)ABC12q=2(c)M=330oABCD0.80.80.8200.8M=8q=20(e)ABCD0.80.80.40.50.40.72FBFAxFAyyx《工程力学》习题选解上海理工大学力学教研室16(c):(1)研究AB杆,受力分析,画出受力图(平面任意力系);(2)选坐标系Axy,列出平衡方程;20()0:33200.33kNBAyAyMFFdxxF200:2cos3004.24kNoyAyBBFFdxFF0:sin3002.12kNoxAxBAxFFFF约束力的方向如图所示。(e):(1)研究CABD杆,受力分析,画出受力图(平面任意力系);(2)选坐标系Axy,列出平衡方程;0:0xAxFF0.80()0:2081.6202.4021kNABBMFdxxFF0.800:2020015kNyAyBAyFdxFFF约束力的方向如图所示。4-5AB梁一端砌在墙内,在自由端装有滑轮用以匀速吊起重物D,设重物的重量为G,又AB长为b,斜绳与铅垂线成角,求固定端的约束力。ABC12q=2M=330oFBFAxFAyyxdx2dxxABCD0.80.80.820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