材料力学6-4
材料力学(理工科课件)第六章 弯曲变形)
§6-1 基本概念及工程实例 （Basic concepts and example problems）
一、工程实例（Example problem）
(Deflection of Beams)
但在另外一些情况下,有时却要求构件具有较大的弹性变 形,以满足特定的工作需要.
例如,车辆上的板弹簧,要求有足够大的变形,以缓解车辆受
M 0 w 0
x
O
M 0 w 0
M
(Deflection of Beams)
w (1 w )
2 3 2
M ( x) EI
2 w 与 1 相比十分微小而可以忽略不计,故上式可近似为
w"
M ( x) EI
(6.5)
此式称为 梁的挠曲线近似微分方程（differential equation of the deflection curve） 近似原因 : （1） 略去了剪力的影响; （2） 略去了 w2项; （3） tan w w( x )
x Cx D
4
(Deflection of Beams)
边界条件x=0 和 x=l时, w 0
梁的转角方程和挠曲线方程 A 分别为 q 2 3 3 (6lx 4 x l ) 24 EI qx 2 3 3 w (2lx x l ) 24 EI 最大转角和最大挠度分别为 在 x=0 和 x=l 处转角的绝对值相等且都是最大值，
A a l D B
b
(Deflection of Beams)
解: 梁的两个支反力为
FRA F FRB F b l a l
x
l x
F FRA
A 1 a D b 2
第六章 轴与轴毂联接
轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径 （一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n τ T=T/w T N.mm w T ≈0.2d3
6
P 9.55 × 10 n ≤ [ τ ] MPa τ T= T 3 0 .2 d
d 2 = 1.7 d1 = 1.7 × 20 = 34mm
即d2＝34mm时与d1 等强度。 而今， d2＝60mm 故低速轴强度高。
第六章 轴及轴毂连接
那 根 轴 最 粗 ？
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
第六章 轴及轴毂连接
三、轴的强度计算 （一）确定支点和力作用点之间尺寸 几点假设：
1） 支点选择在轴承宽的中点。 2）带轮、齿轮等承受的载荷看成集中载荷，载荷作用在轮宽中点。 3）旋转零件之间、旋转零件与静止零件之间的距离由经验公式选取， 通常选取10～15mm。
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100 工作面
1:100的斜度。工作面为上下面。
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松 动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
9.55 × 10 6 P ⋅ d≥3 0.2[τ T ] n 9.55 × 10 6 令：A 0 = 3 0.2[τ T ] d ≥ A0
材料力学(I)第六章(配孙训方版)
4. 将补充方程与平衡方程联立求解得：
FN1 FN2
eEA l
1
1 2
EA
，
E3 A3
FN3
eE3 A3 l
1
1 E3 A3
2EA
所得结果为正，说明原先假定杆1,2的装配内力为拉
力和杆3的装配内力为压力是正确的。
载Me和“多余”未知力偶矩MB，如图b；它应满足的位移 相容条件为
BMe
BM B
注：这里指的是两个扭转角的绝对值相等。
33
材料力学Ⅰ电子教案
第六章 简单的超静定问题
3. 根据位移相容条件利用物理关系得补充方程：
Mea M Bl GI p GI p
由此求得“多余”未知力，亦即约束力偶矩MB为
材料力学Ⅰ电子教案
第六章 简单的超静定问题
在基本静定系上加
B
C
D
上原有荷载及“多
1
2
余”未知力
FN3
并使“多余”约束
A
A
处满足变形(位移)
ΔA'
相容条件
A'
ΔA
A
F
FN3
相当系统 (equivalent system)
6
材料力学Ⅰ电子教案
第六章 简单的超静定问题
B 1
C 2
FN3
第六章 简单的超静定问题
求算FN3需利用位移(变形)相容条件 (图a)
AA AA e
列出补充方程
FN3l3 E3 A3
FN3l1
2 E1 A1cos2
材料力学客观性习题
绪论部分1-1.构件的强度、刚度和稳定性（）。
（A）只与材料的力学性质有关；（B）只与构件的形状尺寸关（C）与二者都有关；（D）与二者都无关。
1-2.各向同项假设认为，材料内部各点的（）是相同的。
（A）力学性质；（B）外力；（C）变形；（D）位移。
1-3. 根据小变形条件,可以认为（）。
（A）构件不变形；（B）构件不变形；（C）构件仅发生弹性变形；（D）构件的变形远小于其原始尺寸。
1-4.在下列三种力（1、支反力；2、自重；3、惯性力）中，（）属于外力。
（A）1和2；（B）3和2；（C）1和3；（D）全部。
1-5. 在下列说法中，（）是正确的。
A内力随外力的增大而增大；（B）内力与外力无关；（C）内力的单位是N或KN；（D）内力沿杆轴是不变的。
1-6. 一等截面直拉杆如图所示。
在P力作用下，（）。
A横截面a上的轴力最大；B曲截面b上的轴力最大；C斜截面c上的轴力最大； a bD三个截面上的轴力一样大。
1-7. 用截面法求一水平杆某截面的内力时,是对( )建立平衡方程求解的。
(A) 该截面左段; (B) 该截面右段;(C) 该截面左段或右段; (D) 整个杆。
1-8. 在杠杆的某截面上，各点的正应力（）。
A大小一定相等，方向一定平行；(B) 大小不一定相等，但方向一定平行；(C) 大小不一定相等，方向也不一定平行；(D) 大小一定相等，但方向不一定平行。
1-9.在一截面的任意点处，若正应力σ与剪应力τ均不为零，则正应力σ与剪应力τ的夹角为（）。
(A)α＝900；（B）α＝450；（C）α＝00；（D）α为任意角。
1-10. 在下列说法中，（）是错误的。
（A）应变分线应变和角应变两种；（B）应变是变形的度量；（C）应变是位移的度量；（D）应变是无量纲物理量；1-11. 在下列结论中，（）是错误的。
A若物体产生位移，则必定同时产生变形；B若物体各点均无位移，则必定无变形；C若物体产生变形，则物体内总有一些点要产生位移；D位移的大小取决于物体的变形和约束状态。
材料力学(金忠谋)第六版答案第06章
弯曲应力6-1 求图示各梁在m －m 截面上A 点的正应力和危险截面上最大正应力。
题 6-1图解：（a ）m KN M m m ⋅=-5.2 m KN M ⋅=75.3max48844108.49064101064m d J x --⨯=⨯⨯==ππMPa A 37.20108.490104105.2823=⨯⨯⨯⨯=--σ （压）MPa 2.38108.4901051075.3823max =⨯⨯⨯⨯=--σ （b ）m KN M m m ⋅=-60 m KN M ⋅=5.67max488331058321210181212m bh J x --⨯=⨯⨯== MPa A 73.611058321061060823=⨯⨯⨯⨯=--σ （压） MPa 2.104105832109105.67823max =⨯⨯⨯⨯=--σ （c ）m KN M m m ⋅=-1 m KN M ⋅=1max48106.25m J x -⨯=36108.7m W x -⨯=cm y A 99.053.052.1=-=MPa A 67.38106.251099.0101823=⨯⨯⨯⨯=--σ （压） MPa 2.128106.2510183max =⨯⨯=-σ 6-2 图示为直径D ＝6 cm 的圆轴，其外伸段为空心，内径d ＝4cm ，求轴内最大正应力。
解：)1(32431απ-=D W x⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯=-463)64(110326π 361002.17m -⨯=3463321021.213210632m D W x --⨯=⨯⨯==ππMPa 88.521002.17109.0631=⨯⨯=-σ MPa 26.551021.2110172.1631=⨯⨯=-σ MPa 26.55max =σ6-3 T 字形截面铸铁梁的尺寸与所受载荷如图示。
试求梁内最大拉应力与最大压应力。
已知I z =10170cm 4，h 1=，h 2=。
刘鸿文版材料力学第六章
F6bl
(l2
b2 ) x1
CB 段： a x2 l
y
F
A A
DC
FAy x1
x2
a
ym ax b
B B x
FBy
EI
Fb 2 2l
2
x2
F 2
(
x2
a)2
Fb (l2 6l
b2 )
EIy2
Fb 6l
x32
F 6
(
x2
a)3
F6lb (l2 b2 ) x2
目录
§6-3 用积分法求弯曲变形
目录
§6-5 简单超静定梁
例7 梁AB 和BC 在B 处铰接，A、C 两端固定，梁的抗弯刚度均为EI，F = 40kN， q = 20kN/m。画梁的剪力图和弯矩图。
解 从B 处拆开，使超静定结构变成两个悬臂 梁。
MA
FA FB
FB FB
yB2
yB1
FB
变形协调方程为： 物理关系
yB1 yB 2
4
EI
ql 4 48EI
ql 4 16 EI
11ql 4 ( ) 384 EI
3
ql 3
B i 1 Bi 24EI
ql 3 16EI
ql 3 3EI
11ql 3 ( ) 48EI
目录
§6-4 用叠加法求弯曲变形
例4 已知：悬臂梁受力如图示，q、l、
yC
EI均为已知。求C截面的挠度yC和转角C
§6-4 用叠加法求弯曲变形
讨论 叠加法求变形有什么优缺点？
目录
§6-5 简单超静定梁
1.基本概念： 超静定梁：支反力数目大于有效平衡方程数目的梁 多余约束：从维持平衡角度而言,多余的约束 超静定次数：多余约束或多余支反力的数目。 相当系统：用多余约束力代替多余约束的静定系统
《材料力学》第6章 简单超静定问题 习题解
第六章 简单超静定问题 习题解[习题6-1] 试作图示等直杆的轴力图解：把B 支座去掉，代之以约束反力B R （↓）。
设2F 作用点为C ， F 作用点为D ，则：B BD R N = F R N B CD += F R N B AC 3+=变形谐调条件为：0=∆l02=⋅+⋅+⋅EA aN EA a N EA a N BD CD AC 02=++BD CD AC N N N03)(2=++++F R F R R B B B45FR B -=（实际方向与假设方向相反，即：↑） 故：45FN BD-= 445F F F N CD -=+-=47345FF F N AC=+-= 轴力图如图所示。
[习题6-2] 图示支架承受荷载kN F 10=，1，2，3各杆由同一种材料制成，其横截面面积分别为21100mm A =，22150mm A =，23200mm A =。
试求各杆的轴力。
解：以节点A 为研究对象，其受力图如图所示。
∑=0X030cos 30cos 01032=-+-N N N0332132=-+-N N N 0332132=+-N N N (1)∑=0Y030sin 30sin 0103=-+F N N2013=+N N (2)变形谐调条件：设A 节点的水平位移为x δ，竖向位移为y δ，则由变形协调图（b ）可知：00130cos 30sin x y l δδ+=∆x l δ=∆200330cos 30sin x y l δδ-=∆03130cos 2x l l δ=∆-∆2313l l l ∆=∆-∆设l l l ==31，则l l 232=223311233EA l N EA lN EA l N ⋅⋅=- 22331123A N A N A N =- 15023200100231⨯=-N N N23122N N N =-21322N N N -= (3)(1)、(2)、(3)联立解得：kN N 45.81=；kN N 68.22=；kN N 54.111=（方向如图所示，为压力，故应写作：kN N 54.111-=）。
材料力学第六章
§6-1 一、多跨静定梁 3．求解变形：
其它平面弯曲构件的内力与变形
1)宜采用叠加法；
2)先求主梁的变形： 在自身载荷及中间铰处次梁作用力的共同作用 下变形。
3)再求次梁的变形： 主梁变形引起次梁的刚性转动；
简化成简支梁或外伸梁的次梁在自身载荷作用 下的变形；
§6-1
其它平面弯曲构件的内力与变形
a
Fz
B
a
Fy y
10
解：外力沿形心主轴分解： F F y F cosa A点最大拉应力(B点最大压应力) F F sina z F y l | y A | Fz l | z A | sA 60.7 MPa Iz Iy
§6-4
开口薄壁杆的弯曲切应力与弯曲中心
一、产生平面弯曲的条件
)
F
§6-1
a A
F B
其它平面弯曲构件的内力与变形
y
x Fa A B
b
C
F
C
例6-3 作图示刚架内力图，并求A截面的 转角、水平和铅垂位移(抗弯刚度为EI)。 2)求A点转角、水平和铅垂位移： 再将AB刚化，BC解除刚化，F由 A点简化到B点 Fab q B " ( ) EI 2 在B点产生qB"、 Fab xB"为 x B " ( ) 2 EI BC变形引 q A " q B " Fab ( ) EI 2 起A点刚性 Fab ( ) 转动产生的 x A " x B " 2 EI2 qA"、xA"、 Fa b y A " q B "a ( ) yA " EI
y、z为形心主轴，F平行y轴，通过弯心A； Fx 0 ：FN 2 FN1 t 'tdx 0 * * * * F S M z dMM ( M d M ) S M S d M S z z z z zz z z z z Qy FN 2 y d A s d A y d A t t ' 1 A AA I z I z dx I z t I zII t zz
材料力学第六章
弯曲变形
主要问题 1 挠曲线的近似微分方程 2 用积分法求弯曲变形 3 用叠加法求弯曲变形 3 简单超静定梁
目录
§6-1 工程中的弯曲变形问题
y
研究范围：等直梁在对称弯曲时位移的计算。 研究目的：①对梁作刚度校核； ②解超静定梁（变形几何条件提供补充方程）。
7-1
§6-1 工程中的弯曲变形问题
F
A
A
D
C
B
B x
FBy
2）弯矩方程
FAy x1
ymax
x2
a Fb M x1 FAy x1 x1 ,0 x1 a l CB 段： Fb M x2 FAy x2 F ( x2 a ) x2 F ( x2 a ), l
AC 段：
b
a x2 l
A
B
§6-5 简单超静定梁 C
a F
C a
F
F M AA y
2a
A
(a)
2a (a) (b)
B
4）由物理关系，列出补充方程
F ( 2a ) 2 14Fa3 ( wB ) F (9a 2a) 6 EI 3EI
FA y
A
B
C
MA
MA
A A
(b)
B B
F
C C
( wB ) FBy
8FBy a 3 3EI
C
解
B B
F
A A (b) (c)
MA
C C
FBy
1）判定超静定次数 2）解除多余约束，建立相当系统
A A A
B B B (c) (d) FBy
F F F
C C C
MA
昆明理工大学材料力学第六章 材料拉伸和压缩的力学性能
⑵ 试验和计算表明，该公式不能描述载荷作用点附 近截面上的应力情况，因为这些区域的应力变化比 较复杂，截面变形较大。
公式不能描述载荷作用点附近的应力情况。
●圣维南原理 力作用于杆端的方式不同，只会使与杆端距离 不大于杆的横向尺寸的范围内受到影响。
F
F
F 2
F 2
影响区
影响区 F
F
F 2
F 2
}
二、应力集中 在实际工程中，由于约束与连接的需要或构造与工 艺的要求，通常须在杆件上钻孔或切槽，如图所示。
应力峰值须借助弹性理论的精确计算或实验应力 分析的方法得到。 应力峰值σmax与剩余面积上的平均应力值σ0之 比称为应力集中系数（或称因数），记为 应力集中因数
max 为局部最大应力， 0 为削弱处的平均应力。
max K 0
用来描述应力集中的程度。可参阅相关资料和手册。
●静载荷作用下： 塑性材料所制成的构件对应力集中的敏感程度较小；
脆性材料所制成的构件必须要考虑应力集中的影响。
b
即当σmax 达到σb 时，该处首先产生破坏。
●动载荷作用下： 无论是塑性材料制成的构件还是 F 脆性材料所制成的构件都必须要考虑 应力集中的影响。
本章完
对于没有屈服阶段的塑性 材料，是将卸载后产生0.2% 的塑性应变所对应的应力值作 为屈服极限，称为名义屈服极 限或条件屈服极限。
p0.2
0.002残余应变
名义屈服极限
三、 铸铁拉伸时的 — 曲线 ①无明显直线阶段，故认为 近似线弹性，胡克定律近似成 立。弹性模量由一条割线的斜 率来确定，切割点通常定在应 变为0.1%的点处。 ②没有屈服、强化、颈缩现 象，试件在很小的变形下突然 断裂，断口平齐。 ③只能测出强度极限 bt (拉断时的最大应力)。其值远 低于低碳钢。 典型脆性材料
材料力学(I)第六章
(2) 几何方程
L2
( L3 ) cos L1
材料力学(Ⅰ)电子教案
简单的超静定问题
15
(3)、物理方程及补充方程：
FN 1L1 FN 3 L3 ( ) cos E1 A1 E3 A3
(4) 、解平衡方程和补充方程，得:
FN1 FN 2
E1 A1 cos2 L3 1 2 cos3 E1 A1 / E3 A3
FN 1L FN 3 L 得: cos E1 A1 cos E3 A3
5）联立①、④求解：
FN ! F
④
E 3 A3 2 co s E1 A1 co s2
FN 3
F E1 A1 1 2 co s3 E A
材料力学(Ⅰ)电子教案
简单的超静定问题
[例2-19]刚性梁AD由1、2、3杆悬挂，已知三杆材料 相同，许用应力为[σ ]，材料的弹性模量为 E，杆长 均为l，横截面面积均为A，试求各杆内力。
5
1.比较变形法 把超静定问题转化为静定问题解，但 必须满足原结构的变形约束条件。
[例2-16] 杆上段为铜,下段为钢杆，
E1 A1
A
1
上段长 1 , 截面积A1 , 弹性模量E1 下段长 2 , 截面积A2 , 弹性模量E2
杆的两端为固支,求两段的轴力。
C
E 2 A2
F
FB
B
2
（1）选取基本静定结构（静定基如图），B 解： 端解除多余约束，代之以约束反力RB
2E1 A1 cos3 FN 3 3 L3 1 2 cos E1 A1 / E3 A3
例2-22
材料力学(Ⅰ)电子教案
材料力学简明教程(景荣春)课后答案第六章
( ) wA
= − q0l 4 30EI
↓
，θB
= q0l3 24EI
（顺）
讨论：请读者按右手坐标系求 wA ，θB 并与以上解答比较。
(c)
(c1)
解 图(c1)
( ) ∑ M B = 0 ， FC
= − Me l
↓
CA 段
M
=
−
Me l
x1
⎜⎛ 0 ⎝
≤
x1
<
l 2
⎟⎞ ⎠
AB 段
M
=
−
Me l
l 2
≤
x2
≤
l ⎟⎞ ⎠
Ew1′′
=
3 8
qlx1
−
1 2
qx12
EIw1′
=
3 16
qlx12
−
1 6
qx13
+
C1
EIw1
=
1 16
qlx13
−
1 24
qx14
+
C1 x1
+
D1
EIw′2′
=
3 8
qlx2
−
ql 2
⎜⎛ ⎝
x2
−
l ⎟⎞ 4⎠
EIw′2
=
3 16
qlx22
−
ql 4
⎜⎛ ⎝
x2
24
EIw′(l) = 0 ，− q l 3 + 3Al 2 + 2Bl = 0
6
解式（a），（b）得
A = ql ， B = − ql 2
12
24
即挠曲线方程为
EIw = − q x4 + ql x3 − ql 2 x2 24 12 24
工程力学(静力学和材料力学)第2版课后习题答案_范钦珊主编_第6章_圆轴扭转
该轴的扭转强度是安全的。
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8
3
习题 6－5 图
解：1． τ 1 max =
Mx T T 3 × 10 3 × 16 = = = = 70.7 MPa WP WP π π× 0.06 3 d3 16
A1
2． M r =
∫
ρ ⋅ τdA =
∫
r
0
ρ⋅
2πM x r 4 Mx ρ ⋅ 2πρ d ρ = ⋅ 4 Ip Ip
Mr r4 r4 1 2π 2π 16r 4 15 = = = = 16 × ( ) 4 = = 6.25% 4 4 Mx 16 4I p 60 d d π 4⋅ 32 Mx T = 3． τ 2 max = =75.4MPa Wp 1 4⎞ π d3 ⎛ ⎜1 − ( ) ⎟ 16 ⎝ 2 ⎠
16 M x
3 π d1
=
16 M x
3 π D2 (1 − α 4 )
即
d1 = (1 − α 4 ) 3 D2
1
（a）
二者重量之比
W1 A1 d2 = = 2 1 2 W2 A2 D2 (1 − α )
（b）
式（a）代入式（b） ，得
W1 (1 − α 4 ) = W2 1−α2
2 3
所以，正确答案是
16 M x 3 16 × 10.53 × 10 6 = = 96.3 π [τ ] π × 60
（3）按刚度条件求轴的直径
θ=
Mx ≤ [θ ] GI P
[θ ] = 1D / 2m =
π
180 × 2 × 10 3
rad/mm
6
D≥4
32M x 32 × 10.53 × 10 6 =4 = 110.6mm Gπ [θ ] 82 × 10 3 π [θ ]
材料力学填空与判断题解
- - .第1 章 绪论一、是非判断题1-1 材料力学是研究构件承载能力的一门学科。
（ √ ） 1-2 材料力学的任务是尽可能使构件安全地工作。
（ × ） 1-3 材料力学主要研究弹性范围内的小变形情况。
（ √ ）1-4 因为构件是变形固体，在研究构件的平衡时，应按变形后的尺寸进行计算。
（×） 1-5 外力就是构件所承受的载荷。
（ × ）1-6 材料力学研究的内力是构件各部分间的相互作用力。
（ × ）1-7 用截面法求内力时，可以保留截开后构件的任一部分进行平衡计算。
（ √ ） 1-8 压强是构件表面的正应力。
（ × ） 1-9 应力是横截面上的平均内力。
（ × ）1-10 材料力学只研究因构件变形引起的位移。
（ √ ） 1-11 线应变是构件中单位长度的变形量。
（ × ） 1-12 构件内一点处各方向线应变均相等。
（ × ）1-13 切应变是变形后构件中任意两根微线段夹角的变化量。
（ × ） 1-14 材料力学只限于研究等截面直杆。
（ × ）1-15 杆件的基本变形只是拉（压）、剪、扭和弯四种。
如果还有另一种变形，必定是这四种变形的某种组合。
（ √ ） 第 2 章 轴向拉伸与压缩 一、是非判断题2-1 使杆件产生轴向拉压变形的外力必须是一对沿杆轴线的集中力。
（×） 2-2 拉杆伸长后，横向会缩短，这是因为杆有横向应力存在。
（×） 2-3 虎克定律适用于弹性变形范围内。
（×） 2-4 材料的延伸率与试件尺寸有关。
（√）2-5 只有超静定结构才可能有装配应力和温度应力。
（√） 二、填空题2-6 承受轴向拉压的杆件，只有在（加力端一定距离外）长度范围内变形才是均匀的。
2-7 根据强度条件][σσ≤可以进行（强度校核、设计截面、确定许可载荷）三方面的强度计算。
2-8 低碳钢材料由于冷作硬化，会使（比例极限）提高，而使（塑性）降低。
工程力学--材料力学(北京科大、东北大学版)第4版习题答案第二到九章
第二章习题2-1 一螺栓连接如图所示，已知P=200 kN， =2 cm，螺栓材料的许用切应力[τ]=80Mpa，试求螺栓的直径。
2-2 销钉式安全离合器如图所示，允许传递的外力偶距 m=10kN·cm，销钉材料的剪切强度极限=360 Mpa，轴的直径D=30mm，为保证m＞30000 N·cm 时销钉被剪切断，求销钉的直径 d。
2-3 冲床的最大冲力为400 kN，冲头材料的许用应力[σ]=440Mpa，被冲剪钢板的剪切强度极限=360 Mpa。
求在最大冲力作用下所能冲剪圆孔的最小直径D和钢板的最大厚度。
2-4 已知图示铆接钢板的厚度=10 mm，铆钉的直径为[τ]=140 Mpa，许用挤压应力[]=320 Mpa，P=24 kN，试做强度校核。
2-5 图示为测定剪切强度极限的试验装置。
若已经低碳钢试件的直径D=1 cm，剪断试件的外力P=50.2Kn，问材料的剪切强度极限为多少？2-6一减速机上齿轮与轴通过平键连接。
已知键受外力P=12 kN，所用平键的尺寸为b=28 mm，h=16 mm，l=60 mm，键的许用应力[τ]=87 Mpa，[]=100 Mpa。
试校核键的强度。
2-7图示连轴器，用四个螺栓连接，螺栓对称的安排在直径D=480 mm的圆周上。
这个连轴结传递的力偶矩m=24 kN·m，求螺栓的直径d需要多大？材料的许用切应力[τ]=80 Mpa。
（提示：由于对称，可假设个螺栓所受的剪力相等）2-8 图示夹剪，销子C的之间直径为0.6 cm，剪直径与销子直径相同的铜丝时，若力P=200 N，a=3 cm，b=15 cm，求铜丝与销子横截面上的平均切应力。
2-9 一冶炼厂使用的高压泵安全阀如图所示，要求当活塞下高压液体的压强达到p=3.4 Mpa时，使安全销沿1-1和2-2两截面剪断，从而使高压液体流出，以保证泵的安全。
已知活塞直径D=5.2cm，安全销采用15号钢，其剪切强度极限=320 Mpa，试确定安全销的直径d。
材料力学习题解
习 题第六章 拉伸与压缩变形6-1 试求图6-32所示各杆横截面1-1、2-2、3-3上的轴力，并画出轴力图。
(a)解：01=N F , KN F N 22= , KN F N 33-=(b)解：KN F N 501=, KN F N 102= , KN F N 203-=(c)解：KN F N 21=, KN F N 62=(d)解：01=N F , F F N 42= , F F N 33=6-2 如图6-33所示，一正中开槽的直杆，承受轴向载荷F=40kN 的作用。
已知h=30mm ，h 0=10mm b=25mm 。
试求杆内1—1、2—2截面上的应力。
解：（1）求各截面的轴力：KN F F F N N 4021-=-==（压力）（2）求各截面的面积：217503025.mm h b A =⨯==202500)1030(25)(mm h h b A =-⨯=-=（3）求各截面上的应力：MPa A F N 3.5375010403111=⨯==σ（压应力）MPa A F N 8050010403222=⨯==σ（压应力）6-3 如图6-34所示支架，在节点B 处悬挂一重量G=20kN 的重物，杆AB 及BC 均为圆截面铅制件。
已知杆AB 的直径为d 1=20mm ,杆BC 的直径为d 2=40mm ，杆的许用应力[σ]=160MPa 。
试校核支架的强度。
解：（1）求两杆内力用截面法，将AB 、BC 杆截开，AB 杆内力为1N F ，BC 杆内力为2N F ，取B 为研究对象，由KN G G F N 40230sin 02===（压力） KN F F N N 64.34866.04030cos 021=⨯=⋅=（拉力）（2）求两杆横截面面积2221131442014.34mm d A =⨯=⋅=π 22222125644014.34mm d A =⨯=⋅=π （3）求两杆应力MPa A F N 1103141064.343111=⨯==σ（拉应力） MPa A F N 8.31125610403222=⨯==σ（压应力） （4）校核两杆强度因1σ＜[]σ ， 2σ＜[]σ所以两杆强度均足够。
材料力学课后答案d
-3-
工程力学习题解答
A． M 1 > M 2 > M 3 > M 4 C． M1 > M 2 = M 3 > M 4 E． FS1 = FS2 = FS3 = FS4
F
B． M1 = M 2 > M 3 > M 4 D． M 1 > M 2 > M 3 = M 4 F． FS1 > FS2 > FS3 > FS4
A
B
C
D
分析：这是对称结构承受对称荷载的情况，支反力偶矩必定对称，扭矩图必定反对称。
-2-
第 6 章 杆件的内力
因此只需根据支反力偶矩进一步判断扭矩正负即可。
6-2(4) 在梁的集中力作用处，其左、右两侧无限接近的横截面上的弯矩是 A 的。
A．相同
B．数值相等，符号相反
C．不相同
D．符号一致，数值不相等
−
1 4
q0 L
−
q0
⎜⎛ ⎝
x
−
L 2
⎟⎞ ⎠
−
FS
=
0
，
FS
=
1 4
q0 L
−
q0 x
。
∑m = 0 ，
M
+
q0 L 4
⎜⎛ x ⎝
−
L 2
⋅
2 ⎟⎞ 3⎠
+
q0
⎜⎛ ⎝
x
−
L 2
⎟⎞ ⋅ ⎠
1 ⎜⎛ x 2⎝
−
L 2
⎟⎞ ⎠
=
0，
M = − q0 (12x2 − 6Lx + L2 ) 。 24
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为了减小梁的位移, 为了减小梁的位移,可采取下列措施 增大梁的抗弯刚度EI 增大梁的抗弯刚度 工程中常采用工字形, 工程中常采用工字形 箱形截面
调整跨长和改变结构 设法缩短梁的跨长,将能显著地减小其挠度和转角. 设法缩短梁的跨长,将能显著地减小其挠度和转角.这 是提高梁的刚度的一个很又效的措施. 是提高梁的刚度的一个很又效的措施.
II, II, 提高梁的刚度的措施
梁的位移(挠度和转角) 梁的位移(挠度和转角)除了与梁的支承和荷载情况有 关外,还取决于以下三个因素: 关外,还取决于以下三个因素: 成正比; 材料 —— 梁的位移与材料的弹性模量 E成正比; 成正比 截面 ——梁的位移与截面的惯性矩 I 成正比; 梁的位移与截面的惯性矩 成正比; 跨长 ——梁的位移与跨长 梁的位移与跨长 次幂成正比 成正比. 的 n 次幂成正比.
(a) q
增加梁的支座也可以减小梁 的挠度. 的挠度.
(b) q A B6-4
梁的刚度校核 提高梁的刚度的措施 I, 梁的刚度校核 ,
对于梁的挠度, 其许可值通常用许可的挠度与梁跨长的比值 对于梁的挠度
f [ ] 作为标准. 梁的刚度条件可表示为 作为标准. l
fm f ax ≤[ ] l l
(6 -5) )
θ θm ≤ [ ] ax
的简支梁, 例题 6-7 试按刚度条件校核第五章例题 5-10 的简支梁 已知 号槽钢, 按强度条件所选择的梁为两根 20a 号槽钢 每根槽钢的惯性矩 I=1780cm , 钢的弹性模量为 E=210GPa . 此梁的许可挠度与梁 跨长的比值为
40KN 12KN C B
120KN 30KN
A
fC
0.4 0.4 0.7 2.4 m 0.3 0.6
梁的许可挠度为
3 f 1 [ f ] = [ ]×l = m × 2.4 = 6×10 m = 6m l 400
f max = 4.67mm < [ f ]
因此, 所选用的槽钢能够满足刚度条件的要求. 因此, 所选用的槽钢能够满足刚度条件的要求.
(a) q
桥式起重机的钢梁通常采 用两端外伸的结构(图 用两端外伸的结构( 6 -6 a),就是为了缩短 ),就是为了缩短 ), 跨长而减小梁的最大挠度 值. 图 6 -6
(b) q A B A B
q
同时,由于梁的外伸部分的自重作用, 同时,由于梁的外伸部分的自重作用,将使两的 AB 跨产 生向上的挠度(图6 -6 b),从而使AB跨向下的挠度能够 生向上的挠度( ),从而使 跨向下的挠度能够 ),从而使 被抵消一部分,而有所减小. 被抵消一部分,而有所减小.
f 1 [ ]= l 400
120KN 30KN C 40KN 12KN B
A
fC
0.4 0.4 0.7 2.4 m 0.3 0.6
例题 6 -7 图
解:可将梁跨中点C处的挠度 fC作为梁的最大挠度 fmax . 可将梁跨中点 处的挠度
f max ≈ f C =
4 i =1
∑
Pi bi [ 3l 2 4bi2 ] = 4.67 mm 48 EI