材料力学第五版(孙训方)课后题答案
孙训方材料力学(I)第五版课后习题答案完整版
解： （1）
1 fdx F , 有 kl 3 F 3 3 k 3F / l
l
0
FN ( x1 ) 3Fx 2 / l 3dx F ( x1 / l )3
0
l
FN 3 cos 45 0 FN 1 F2 FN 3 sin 45 F 0 F 0.45 F 0.15 0 N1 F1 60 KN , F1 401KN , F1 0 KN , 由胡克定理， FN 1l 60 107 0.15 l1 3.87 EA1 210 109 12 10 6 l2 FN 2l 40 107 0.15 4.76 EA2 210 109 12 10 6
从而得，Ax l2 4.76， Ay l2 2 l1 3 20.23 （ ）
（2）
V F Ay F1 l1 +F2 l2 0 Ay 20.33 （）
2-16 简易起重设备的计算简图如图所示。已知斜杆 AB 用两根 63mm×40mm×4mm 不等边角钢 组成，钢的许用应力[σ]=170MPa。试问在提起重量为 P=l5kN 的重物时，斜杆 AB 是否满足强度 条件? 解:1.对滑轮 A 进行受力分析如图： ∑FY=0； FNABsin300=2F，得，FNAB=4F=60kN 2．查附录的 63mm×40mm×4mm 不等边角钢的面积 A=4.058×2=8.116cm² 由正应力公式： σ=FNAB /A=60×10³/(8.116×10-4)=73.9×106 Pa=73.9MPa<[σ] 所以斜杆 AB 满足强度条件。 2-17 简单桁架及其受力如图所示，水平杆 BC 的长度 l 保持不变，斜杆 AB 的长度可随夹角 的变 化而改变。两杆由同一种材料制造，且材料的许用拉应力和许用压应力相等。要求两杆内的应力 同时达到许用应力，且结构的总重量为最小时，试求： （1）两杆的夹角； （2）两杆横截面面积的比值。
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2-4
图示一混合屋架结构的计算简图。屋架的上弦用钢筋混凝土制成。下面的拉杆和中间竖向 的竖
撑杆用角钢构成，其截面均为两个 75mm×8mm 的等边角钢。已知屋面承受集度为 直均布荷载。试求拉杆 AE 和 EG 横截面上的应力。
解： 1） 求内力
=
取 I-I 分离体
得 取节点 E 为分离体
（拉）
，
故 2） 求应力
解： （1）求轴力 取节点 B 为研究对象，由其平衡条件得：
Y 0
N AB sin F 0 N AB F sin
X 0
N AB cos N BC 0
N BC N AB cos
（2）求工作应力
F cos F cot sin
2-11 图示结构中，AB 为水平放置的刚性杆，杆 1，2，3 材料相同，其弹性模量 E 210GPa ，已 知 l 1m ， A1 A2 100mm 2 ， A3 150mm 2 ， F 20kN 。试求 C 点的水平位移和铅垂位移。
受力图 2-11 图 解： （1）求各杆的轴力 以 AB 杆为研究对象，其受力图如图所示。 因为 AB 平衡，所以
因此，
2
l
l
0
l F F l dx 2 Fl du dx ( 2 ) 0 0 EA( x) E A( x) E (d 1 d 2 ) u l
l 2 Fl 2 Fl 1 1 E (d1 d 2 ) u 0 E (d 1 d 2 ) d 2 d 1 x d 1 2l 2 0
2-13 图示 A 和 B 两点之间原有水平方向的一根直径 d 1mm 的钢丝， 在钢丝的中点 C 加一竖向荷 载 F。已知钢丝产生的线应变为 0.0035 ，其材料的弹性模量 E 210GPa ， 钢丝的自重不计。试求： （1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律） ； （2）钢丝在 C 点下降的距75×8 等边角钢的面积 A=11.5 cm
材料力学第五版孙训方版课后习题答案[1]1
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材料⼒学第五版孙训⽅版课后习题答案[1]1第⼆章[习题2-2]⼀打⼊基地内的⽊桩如图所⽰，杆轴单位长度的摩擦⼒f=kx**2，试做⽊桩的后⼒图。
解：由题意可得：33233110,,3/()3/(/)ll N fdx F kl F k F l F x Fx l dx F x l =====?1有3[习题2-3] ⽯砌桥墩的墩⾝⾼m l10=，其横截⾯⾯尺⼨如图所⽰。
荷载kN F 1000=，材料的密度3/35.2m kg =ρ，试求墩⾝底部横截⾯上的压应⼒。
解：墩⾝底⾯的轴⼒为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图)(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=+?--=墩⾝底⾯积：)(14.9)114.323(22m A =?+?=因为墩为轴向压缩构件，所以其底⾯上的正应⼒均匀分布。
MPa kPa m kNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ [习题2-7] 图⽰圆锥形杆受轴向拉⼒作⽤，试求杆的伸长。
2-7图解：取长度为dx 截离体（微元体）。
则微元体的伸长量为：)()(x EA Fdx l d =，??==?l l x A dxE F dx x EA F l 00)()( l x r r r r =--121，22112112dx l d d r x l r r r +-=+?-=，2211222)(u d x ldd x A ?=??? ??+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+-du d d ldx 122-=，)()(22)(221212u du d d l du u d d lx A dx -?-=?-=ππ因此，)()(2)()(202100u dud d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l--===?π lld x l d d d d E Fl u d d E Fl 011221021221)(21)(2??+--=???-=ππ-+--=21221)(2111221d d l l d d d d E Fl π --=122122)(2d d d d E Fl π214d Ed Flπ= [习题2-10] 受轴向拉⼒F 作⽤的箱形薄壁杆如图所⽰。
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从而得，Ax l2 4.76， Ay l2 2 l1 3 20.23 （ ）
（2）
V F Ay F1 l1 +F2 l2 0 Ay 20.33 （ ）
[习题 2-17] 简单桁架及其受力如图所示，水平杆 BC 的长度 l 保持不变，斜杆 AB 的长度 可随夹角 的变化而改变。 两杆由同一种材料制造， 且材料的许用拉应力和许用压应力相等。
1000 tan 4.7867339 o 83.7(mm)
（3）求荷载 F 的值 以 C 结点为研究对象，由其平稀衡条件可得：
Y 0 ： 2N sin a P 0
P 2 N sin a 2A sin
2 735 0.25 3.14 12 sin 4.787 0 96.239( N )
1 18117 2 1414 256212 1600 ( ) 1.366(mm) 故： A 35000 210000 113 210000 177
[习题 2-13] 图示 A 和 B 两点之间原有水平方向的一根直径 d 1mm 的钢丝， 在钢丝的中点 C 加一竖向荷载 F。 已知钢丝产生的线应变为 0.0035 ， 其材料的弹性模量 E 210GPa ， 钢丝的自重不计。试求： （1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律） ； （2）钢丝在 C 点下降的距离 ； （3）荷载 F 的值。 解： （1）求钢丝横截面上的应力
N AB cos N BC 0
N BC N AB cos
（2）求工作应力
F cos F cot sin
2-17
AB
BC
材料力学第五版课后题答案（孙训芳）
材料⼒学第五版课后题答案（孙训芳）材料⼒学（I）第五版(孙训芳编)⽢肃建筑职业技术学院长安⼤学⼟⽊⼯程材料⼒学复习材料材料⼒学第五版课后答案(孙训芳编)4-1试求图⽰各梁中指定截⾯上的剪⼒和弯矩 a （5）=h （4）001100110002222200022132241111223121140,222233RA RB S S q F F a q a q F q a a q aa M q a q a q aF M q a a q a a q a ----====-==-===-=b （5）=f （4）4-2试写出下列各梁的剪⼒⽅程和弯矩⽅程，并作剪⼒图和弯矩图 a （5）=a （4）b（5）=b（4）f（5）=f（4）4-3试利⽤载荷集度，剪⼒和弯矩间的微分关系做下列各梁的弯矩图和剪⼒e和f题）（e）（f）（h）4-4试做下列具有中间铰的梁的剪⼒图和弯矩图。
4-4 （b） 4-5 （b）4-5．根据弯矩、剪⼒与荷载集度之间的关系指出下列玩具和剪⼒图的错误之处，并改正。
4-6．已知简⽀梁的剪⼒图如图所⽰，试做梁的弯矩图和荷载图，梁上五集中⼒偶作⽤。
4-6（a） 4-7（a）4-7．根据图⽰梁的弯矩图做出剪⼒图和荷载图。
4-8⽤叠加法做梁的弯矩图。
4-8（b） 4-8（c）4-9．选择合适的⽅法，做弯矩图和剪⼒图。
4-9（b） 4-9（c）4-104-14．长度l=2m的均匀圆⽊，欲锯做Fa=0.6m的⼀段，为使锯⼝处两端⾯开裂最⼩，硬是锯⼝处弯矩为零，现将圆⽊放在两只锯⽊架上，⼀只锯⽊架放在圆⽊⼀段，试求另⼀只锯⽊架应放位置。
x=0.4615m4-184-19M=30KN 4-214-234-254-284-294-334-364-355-25-35-75-15。
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材料力学第五版课后答案[习题2-2]一打入基地内的木桩如图所示，杆轴单位长度的摩擦力f=kx**2，试做木桩的后力图。
解：由题意可得：33233110,,3/()3/(/)ll N fdx F kl F kF l F x Fx l dx F x l =====⎰⎰1有3[习题2-3] 石砌桥墩的墩身高m l10=，其横截面面尺寸如图所示。
荷载kN F 1000=，材料的密度3/35.2m kg =ρ，试求墩身底部横截面上的压应力。
解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图 )(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
MPa kPa m kNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ[习题2-7] 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。
2-7图解：取长度为dx 截离体（微元体）。
则微元体的伸长量为：)()(x EA Fdx l d =∆ ，⎰⎰==∆l l x A dxE F dx x EA F l 00)()(l xr r r r =--121，22112112d x l d d r x l r r r +-=+⋅-=，2211222)(u d x ld d x A ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+-du d d ldx 122-=，)()(22)(221212udu d d l du u d d l x A dx -⋅-=⋅-=ππ 因此，)()(2)()(202100udu d d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l⎰⎰⎰--===∆π lld x l d d d d E Fl u d d E Fl 011221021221)(21)(2⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ππ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+--=21221)(2111221d d l l d d d d E Fl π⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=122122)(2d d d d E Fl π214dEd Fl π=[习题2-10] 受轴向拉力F 作用的箱形薄壁杆如图所示。
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第二章 轴向拉伸和压缩2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。
（a ）解：；； （b ）解：；；（c ）解： ； 。
(d) 解： 。
2-2 一打入地基内的木桩如图所示，沿杆轴单位长度的摩擦力为f=kx ²（k 为常数），试作木桩的轴力图。
解：由题意可得：⎰0lFdx=F,有1/3kl ³=F,k=3F/l ³F N （x 1）=⎰1x 3Fx ²/l ³dx=F(x 1 /l) ³2-3 石砌桥墩的墩身高l=10m ，其横截面面尺寸如图所示。
荷载F=1000KN ，材料的密度ρ=2.35×10³kg/m ³，试求墩身底部横截面上的压应力。
解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图 )(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
MPa kPa mkN A N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。
屋架的上弦用钢筋混凝土制成。
下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm ×8mm 的等边角钢。
已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。
试求拉杆AE 和EG 横截面上的应力。
解：=1） 求内力 取I-I 分离体得（拉）取节点E 为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。
如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。
解：2-6 一木桩柱受力如图所示。
柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。
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[习题2-2]一打入基地内的木桩如以下图，杆轴单位长度的摩擦力f=kx**2，试做木桩的后力图。
解：由题意可得：33233110,,3/()3/(/)ll N fdx F kl F k F l F x Fx l dx F x l =====⎰⎰1有3[习题2-3] 石砌桥墩的墩身高m l 10=，其横截面面尺寸如以下图。
荷载kN F 1000=，材料的密度3/35.2m kg =ρ，试求墩身底部横截面上的压应力。
解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图 )(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向紧缩构件，因此其底面上的正应力均匀散布。
MPa kPa m kNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ [习题2-7] 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。
2-7图解：取长度为dx 截离体〔微元体〕。
那么微元体的伸长量为：)()(x EA Fdx l d =∆ ，⎰⎰==∆l l x A dxE F dx x EA F l 00)()(lxr r r r =--121，22112112d x l d d r x l r r r +-=+⋅-=， 2211222)(u d x l d d x A ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+- du d d l dx 122-=，)()(22)(221212udud d l du u d d lx A dx -⋅-=⋅-=ππ因此，)()(2)()(202100u dud d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l⎰⎰⎰--===∆π lld x l d d d d E Fl u d d E Fl 011221021221)(21)(2⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ππ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+--=21221)(2111221d d l l d d d d E Fl π ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=122122)(2d d d d E Fl π214d Ed Fl π=[习题2-10] 受轴向拉力F 作用的箱形薄壁杆如以下图。
材料力学-第五版-孙训方-课后习题答案1
第二章轴向拉伸和压缩2-12-22-32-42-52-62-72-82-9下页2-1试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力,并作轴力图.〔a〕解：；；〔b〕解：；；〔c〕解：；. <d>解：.返回2-2试求图示等直杆横截面1-1,2-2和3-3上的轴力,并作轴力图.若横截面面积,试求各横截面上的应力.解：返回2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1,2-2和3-3上的轴力,并作轴力图.若横截面面积,,,并求各横截面上的应力.解：返回2-4 图示一混合屋架结构的计算简图.屋架的上弦用钢筋混凝土制成.下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成,其截面均为两个75mm×8mm的等边角钢.已知屋面承受集度为的竖直均布荷载.试求拉杆AE和EG横截面上的应力.解：=1〕求内力取I-I分离体得〔拉〕取节点E为分离体,故〔拉〕2〕求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2<拉>〔拉〕返回2-5<2-6>图示拉杆承受轴向拉力,杆的横截面面积.如以表示斜截面与横截面的夹角,试求当,30,45,60,90时各斜截面上的正应力和切应力,并用图表示其方向.解：返回2-6<2-8> 一木桩柱受力如图所示.柱的横截面为边长200mm的正方形,材料可认为符合胡克定律,其弹性模量E=10 GPa.如不计柱的自重,试求：〔1〕作轴力图；〔2〕各段柱横截面上的应力；〔3〕各段柱的纵向线应变；〔4〕柱的总变形.解：〔压〕〔压〕返回2-7<2-9>一根直径、长的圆截面杆, 承受轴向拉力,其伸长为.试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E.解：2-8<2-11>受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示.已知该杆材料的弹性常数为E,,试求C与D两点间的距离改变量.解：横截面上的线应变相同因此返回2-9<2-12> 图示结构中,AB为水平放置的刚性杆,杆1,2,3材料相同,其弹性模量E=210GPa,已知,,,.试求C点的水平位移和铅垂位移.解：〔1〕受力图〔a〕,.〔2〕变形协调图〔b〕因,故=〔向下〕〔向下〕为保证,点A移至,由图中几何关系知；返回第三章扭转3-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-1一传动轴作匀速转动,转速,轴上装有五个轮子,主动轮Ⅱ输入的功率为60kW,从动轮,Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ依次输出18kW,12kW,22kW和8kW.试作轴的扭矩图.解：kNkNkNkN返回3-2<3-3>圆轴的直径,转速为.若该轴横截面上的最大切应力等于,试问所传递的功率为多大？解：故即又故返回3-3<3-5>实心圆轴的直径mm,长m,其两端所受外力偶矩,材料的切变模量.试求：〔1〕最大切应力与两端截面间的相对扭转角；〔2〕图示截面上A,B,C三点处切应力的数值与方向；〔3〕C点处的切应变.解：=返回3-4<3-6>图示一等直圆杆,已知,,,.试求：〔1〕最大切应力；〔2〕截面A相对于截面C的扭转角.解：〔1〕由已知得扭矩图〔a〕〔2〕返回3-5<3-12>长度相等的两根受扭圆轴,一为空心圆轴,一为实心圆轴,两者材料相同,受力情况也一样.实心轴直径为d；空心轴外径为D,内径为,且.试求当空心轴与实心轴的最大切应力均达到材料的许用切应力〕,扭矩T相等时的重量比和刚度比.解：重量比=因为即故故刚度比==返回3-6<3-15> 图示等直圆杆,已知外力偶矩,,许用切应力,许可单位长度扭转角,切变模量.试确定该轴的直径d.解：扭矩图如图〔a〕〔1〕考虑强度,最大扭矩在BC段,且〔1〕<2〕考虑变形〔2〕比较式〔1〕、〔2〕,取返回3-7<3-16> 阶梯形圆杆,AE段为空心,外径D=140mm,内径d=100mm；BC段为实心,直径d=100mm.外力偶矩,,.已知：,,.试校核该轴的强度和刚度.解：扭矩图如图〔a〕〔1〕强度=, BC段强度基本满足=故强度满足.〔2〕刚度BC段：BC段刚度基本满足.AE段：AE段刚度满足,显然EB段刚度也满足.返回3-8<3-17> 习题3-1中所示的轴,材料为钢,其许用切应力,切变模量,许可单位长度扭转角.试按强度与刚度条件选择圆轴的直径.解：由3-1题得：故选用.返回3-9<3-18> 一直径为d的实心圆杆如图,在承受扭转力偶矩后,测得圆杆表面与纵向线成方向上的线应变为.试导出以,d和表示的切变模量G的表达式.解：圆杆表面贴应变片处的切应力为圆杆扭转时处于纯剪切状态,图〔a〕.切应变〔1〕对角线方向线应变：〔2〕式〔2〕代入〔1〕：返回3-10<3-19>有一壁厚为25mm、内径为250mm的空心薄壁圆管,其长度为1m,作用在轴两端面内的外力偶矩为180.试确定管中的最大切应力,并求管内的应变能.已知材料的切变模量.解：3-11<3-21>簧杆直径mm的圆柱形密圈螺旋弹簧,受拉力作用,弹簧的平均直径为mm,材料的切变模量.试求：〔1〕簧杆内的最大切应力；〔2〕为使其伸长量等于6mm所需的弹簧有效圈数.解：,故因为故圈返回3-12<3-23>图示矩形截面钢杆承受一对外力偶矩.已知材料的切变模量,试求：〔1〕杆内最大切应力的大小、位置和方向；〔2〕横截面矩边中点处的切应力；〔3〕杆的单位长度扭转角.解：,,由表得MPa返回第四章弯曲应力4-14-24-34-44-54-64-74-84-94-10下页4-1<4-1>试求图示各梁中指定截面上的剪力和弯矩.解：〔a〕〔b〕〔c〕〔d〕=〔e〕〔f〕〔g〕〔h〕=返回4-2<4-2> 试写出下列各梁的剪力方程和弯矩方程,并作剪力图和弯矩图.解：〔a〕〔b〕时时〔c〕时时〔d〕〔e〕时,时,〔f〕AB段：BC段：〔g〕AB段内：BC段内：〔h〕AB段内：BC段内：CD段内：返回4-3<4-3>试利用荷载集度、剪力和弯矩间的微分关系作下列各梁的剪力图和弯矩图.返回4-4<4-4>试作下列具有中间铰的梁的剪力图和弯矩图.返回4-5<4-6>已知简支梁的剪力图如图所示.试作梁的弯矩图和荷载图.已知梁上没有集中力偶作用.返回4-6<4-7> 试根据图示简支梁的弯矩图作出梁的剪力图与荷载图.返回4-7<4-15>试作图示刚架的剪力图、弯矩图和轴力图.返回4-8<4-18>圆弧形曲杆受力如图所示.已知曲杆轴线的半径为R,试写出任意横截面C上剪力、弯矩和轴力的表达式〔表示成角的函数〕,并作曲杆的剪力图、弯矩图和轴力图.解：〔a〕〔b〕返回4-9<4-19>图示吊车梁,吊车的每个轮子对梁的作用力都是F,试问：〔1〕吊车在什么位置时,梁内的弯矩最大？最大弯矩等于多少？〔2〕吊车在什么位置时,梁的支座反力最大？最大支反力和最大剪力各等于多少？解：梁的弯矩最大值发生在某一集中荷载作用处.,得：当时,当M极大时：,则,故,故为梁内发生最大弯矩的截面故：=返回4-10<4-21>长度为250mm、截面尺寸为的薄钢尺,由于两端外力偶的作用而弯成中心角为的圆弧.已知弹性模量.试求钢尺横截面上的最大正应力.解：由中性层的曲率公式与横截面上最大弯曲正应力公式得：由几何关系得：于是钢尺横截面上的最大正应力为：返回第五章梁弯曲时的位移5-15-25-35-45-55-65-75-85-1<5-13>试按迭加原理并利用附录IV求解习题5-4.解：〔向下〕〔向上〕〔逆〕〔逆〕返回5-2<5-14> 试按迭加原理并利用附录IV求解习题5-5.解：分析梁的结构形式,而引起BD段变形的外力则如图〔a〕所示,即弯矩与弯矩.由附录〔Ⅳ〕知,跨长l的简支梁的梁一端受一集中力偶M作用时,跨中点挠度为.用到此处再利用迭加原理得截面C的挠度〔向上〕返回5-3<5-15> 试按迭加原理并利用附录IV求解习题5-10.解：返回5-4<5-16> 试按迭加原理并利用附录IV求解习题5-7中的.解：原梁可分解成图5-16a和图5-16d迭加,而图5-16a又可分解成图5-16b和5-16c.由附录Ⅳ得返回5-5<5-18>试按迭加原理求图示梁中间铰C处的挠度,并描出梁挠曲线的大致形状.已知EI为常量.解：〔a〕由图5-18a-1〔b〕由图5-18b-1=返回5-6<5-19>试按迭加原理求图示平面折杆自由端截面C的铅垂位移和水平位移.已知杆各段的横截面面积均为A,弯曲刚度均为EI.解：返回5-7<5-25>松木桁条的横截面为圆形,跨长为4m,两端可视为简支,全跨上作用有集度为的均布荷载.已知松木的许用应力,弹性模量.桁条的许可相对挠度为.试求桁条横截面所需的直径.〔桁条可视为等直圆木梁计算,直径以跨中为准.〕解：均布荷载简支梁,其危险截面位于跨中点,最大弯矩为,根据强度条件有从满足强度条件,得梁的直径为对圆木直径的均布荷载,简支梁的最大挠度为而相对挠度为由梁的刚度条件有为满足梁的刚度条件,梁的直径有由上可见,为保证满足梁的强度条件和刚度条件,圆木直径需大于.返回5-8<5-26> 图示木梁的右端由钢拉杆支承.已知梁的横截面为边长等于0.20m的正方形,,；钢拉杆的横截面面积.试求拉杆的伸长与梁中点沿铅垂方向的位移.解：从木梁的静力平衡,易知钢拉杆受轴向拉力40于是拉杆的伸长为=木梁由于均布荷载产生的跨中挠度为梁中点的铅垂位移等于因拉杆伸长引起梁中点的刚性位移与中点挠度的和,即返回第六章简单超静定问题6-16-26-36-46-56-66-76-86-96-106-116-126-136-1试作图示等直杆的轴力图.解：取消A端的多余约束,以代之,则〔伸长〕,在外力作用下杆产生缩短变形.因为固定端不能移动,故变形协调条件为：故故返回6-2图示支架承受荷载各杆由同一材料制成,其横截面面积分别为,和.试求各杆的轴力.解：设想在荷载F作用下由于各杆的变形,节点A移至.此时各杆的变形与如图所示.现求它们之间的几何关系表达式以便建立求内力的补充方程.即：亦即：将,,代入,得：即：亦即：〔1〕此即补充方程.与上述变形对应的内力如图所示.根据节点A的平衡条件有：；亦即：〔2〕；,亦即：〔3〕联解〔1〕、〔2〕、〔3〕三式得：〔拉〕〔拉〕〔压〕返回6-3 一刚性板由四根支柱支撑,四根支柱的长度和截面都相同,如图所示.如果荷载F作用在A点,试求这四根支柱各受力多少.解：因为2,4两根支柱对称,所以,在F力作用下：变形协调条件：补充方程：求解上述三个方程得：返回6-4刚性杆AB的左端铰支,两根长度相等、横截面面积相同的钢杆CD和EF使该刚性杆处于水平位置,如图所示.如已知,两根钢杆的横截面面积,试求两杆的轴力和应力.解：,〔1〕又由变形几何关系得知：,〔2〕联解式〔1〕,〔2〕,得,故,返回6-5<6-7> 横截面为250mm×250mm的短木柱,用四根40mm×40mm×5mm的等边角钢加固,并承受压力F,如图所示.已知角钢的许用应力,弹性模量；木材的许用应力,弹性模量.试求短木柱的许可荷载.解：〔1〕木柱与角钢的轴力由盖板的静力平衡条件：〔1〕由木柱与角钢间的变形相容条件,有〔2〕由物理关系：〔3〕式〔3〕代入式〔2〕,得〔4〕解得：代入式〔1〕,得：〔2〕许可载荷由角钢强度条件由木柱强度条件：故许可载荷为：返回6-6<6-9>图示阶梯状杆,其上端固定,下端与支座距离.已知上、下两段杆的横截面面积分别为和,材料的弹性模量.试作图示荷载作用下杆的轴力图.解：变形协调条件故故,返回6-7<6-10>两端固定的阶梯状杆如图所示.已知AC段和BD段的横截面面积为A,CD段的横截面面积为2A；杆材料的弹性模量为,线膨胀系数℃-1.试求当温度升高℃后,该杆各部分产生的应力.解：设轴力为,总伸长为零,故==返回6-8<6-11>图示为一两端固定的阶梯状圆轴,在截面突变处承受外力偶矩.若,试求固定端的支反力偶矩,并作扭矩图.解：解除B端多余约束,则变形协调条件为即故：即：解得：由于故返回6-9<6-13>一空心圆管A套在实心圆杆B的一端,如图所示.两杆在同一横截面处各有一直径相同的贯穿孔,但两孔的中心线构成一个角.现在杆B上施加外力偶使杆B扭转,以使两孔对准,并穿过孔装上销钉.在装上销钉后卸除施加在杆B 上的外力偶.试问管A和杆B横截面上的扭矩为多大？已知管A和杆B的极惯性矩分别为；两杆的材料相同,其切变模量为G.解：解除Ⅱ端约束,则Ⅱ端相对于截面C转了角,〔因为事先将杆B的C端扭了一个角〕,故变形协调条件为=0故：故：故连接处截面C,相对于固定端Ⅱ的扭转角为：=而连接处截面C,相对于固定端I的扭转角为：=应变能==返回6-10<6-15>试求图示各超静定梁的支反力.解〔a〕：原梁AB是超静定的,当去掉多余的约束铰支座B时,得到可静定求解的基本系统〔图i〕去掉多余约束而代之以反力,并根据原来约束条件,令B点的挠度,则得到原超静定梁的相当系统〔图ii〕.利用的位移条件,得补充方程：由此得：由静力平衡,求得支反力,为：剪力图、弯矩图分别如图〔iii〕,〔iv〕所示.梁的挠曲线形状如图〔v〕所示.这里遵循这样几个原则：〔1〕固定端截面挠度,转角均为零；〔2〕铰支座处截面挠度为零；〔3〕正弯矩时,挠曲线下凹,负弯矩时,挠曲线上凸；〔4〕弯矩为零的截面,是挠曲线的拐点位置.〔b〕解：由相当系统〔图ii〕中的位移条件,得补充方程式：因此得支反力：根据静力平衡,求得支反力：,剪力图、弯矩图,挠曲线图分别如图〔iii〕、〔iv〕、〔v〕所示.〔c〕解：由于结构、荷载对称,因此得支反力；应用相当系统的位移条件,得补充方程式：注意到,于是得：=剪力图、弯矩图、挠曲线分别如图〔iii〕、〔iv〕、〔v〕所示.其中：若截面的弯矩为零,则有：整理：解得：或.返回6-11<6-16>荷载F作用在梁AB与CD的连接处,试求每根梁在连接处所受的力.已知其跨长比和刚度比分别为解：令梁在连接处受力为,则梁AB、CD受力如图〔b〕所示.梁AB 截面B的挠度为：梁CD 截面C的挠度为：由于在铅垂方向截面B与C连成一体,因此有.将有关式子代入得：变换成：即：解得每个梁在连接处受力：返回6-12<6-18>图示结构中梁AB和梁CD的尺寸与材料均相同,已知EI为常量.试绘出梁CD的剪力图和弯矩图.解：由EF为刚性杆得即图〔b〕：由对称性,剪力图如图〔c〕所示,弯矩图如图〔d〕所示,返回6-13<6-21>梁AB的两端均为固定端,当其左端转动了一个微小角度时,试确定梁的约束反力.解：当去掉梁的A端约束时,得一悬臂梁的基本系统〔图a〕.对去掉的约束代之以反力和,并限定A截面的位移：.这样得到原结构的相当系统〔图b〕.利用位移条件,,与附录〔Ⅳ〕得补充式方程如下：〔1〕〔2〕由式〔1〕、〔2〕联解,得：从静力平衡,进而求得反力是：返回第七章应力状态和强度理论7-17-27-37-47-57-67-77-87-97-107-117-127-137-1<7-3> 一拉杆由两段杆沿m-n面胶合而成.由于实用的原因,图中的角限于X围内.作为"假定计算〞,对胶合缝作强度计算时可以把其上的正应力和切应力分别与相应的许用应力比较.现设胶合缝的许用切应力为许用拉应力的3/4,且这一拉杆的强度由胶合缝的强度控制.为了使杆能承受最大的荷载F,试问角的值应取多大？解：按正应力强度条件求得的荷载以表示：按切应力强度条件求得的荷载以表示,则即：当时 ,,,时,,,时,,时,,由、随而变化的曲线图中得出,当时,杆件承受的荷载最大,.若按胶合缝的达到的同时,亦达到的条件计算则即：,则故此时杆件承受的荷载,并不是杆能承受的最大荷载.返回7-2<7-7>试用应力圆的几何关系求图示悬臂梁距离自由端为0.72m的截面上,在顶面以下40mm的一点处的最大与最小主应力,并求最大主应力与x轴之间的夹角.解：=由应力圆得返回7-3<7-8>各单元体面上的应力如图所示.试利用应力圆的几何关系求：〔1〕指定截面上的应力；〔2〕主应力的数值；〔3〕在单元体上绘出主平面的位置与主应力的方向.解：〔a〕,,,,〔b〕,,,,〔c〕,,,〔d〕,,,,,返回7-4<7-9> 各单元体如图所示.试利用应力圆的几何关系求：〔1〕主应力的数值；〔2〕在单元体上绘出主平面的位置与主应力的方向.解：〔a〕,,,〔b〕,,,〔c〕,,,〔d〕,,,返回7-5<7-10>已知平面应力状态下某点处的两个截面上的应力如图所示.试利用应力圆求该点处的主应力值和主平面方位,并求出两截面间的夹角值.解：由已知按比例作图中A,B两点,作AB的垂直平分线交轴于点C,以C为圆心,CA或CB为半径作圆,得〔或由得半径〕〔1〕主应力〔2〕主方向角〔3〕两截面间夹角：返回7-6<7-13> 在一块钢板上先画上直径的圆,然后在板上加上应力,如图所示.试问所画的圆将变成何种图形？并计算其尺寸.已知钢板的弹性常数E=206GPa,=0.28.解：所画的圆变成椭圆,其中〔长轴〕〔短轴〕返回7-7<7-15>单元体各面上的应力如图所示.试用应力圆的几何关系求主应力与最大切应力.解：〔a〕由xy平面内应力值作a,b点,连接ab交轴得圆心C〔50,0〕应力圆半径故〔b〕由xz平面内应力作a,b点,连接ab交轴于C点,OC=30,故应力圆半径则：〔c〕由图7-15〔c〕yz平面内应力值作a,b点,圆心为O,半径为50,作应力圆得返回7-8<7-18>边长为20mm的钢立方体置于钢模中,在顶面上受力F=14kN作用.已知=0.3,假设钢模的变形以与立方体与钢模之间的摩擦力可略去不计.试求立方体各个面上的正应力.解：〔压〕〔1〕〔2〕联解式〔1〕,〔2〕得〔压〕返回7-9<7-20> D=120mm,d=80mm的空心圆轴,两端承受一对扭转力偶矩,如图所示.在轴的中部表面A点处,测得与其母线成方向的线应变为.已知材料的弹性常数,,试求扭转力偶矩.解：方向如图返回7-10<7-22>一直径为25mm的实心钢球承受静水压力,压强为14MPa.设钢球的E=210GPa,=0.3.试问其体积减小多少？解：体积应变=返回7-11<7-23>已知图示单元体材料的弹性常数.试求该单元体的形状改变能密度.解：主应力：形状改变能密度：==返回7-12<7-25> 一简支钢板梁承受荷载如图a所示,其截面尺寸见图b.已知钢材的许用应力为.试校核梁内的最大正应力和最大切应力,并按第四强度理论校核危险截面上的点a的强度.注：通常在计算点a处的应力时近似地按点的位置计算.解：=〔1〕梁内最大正应力发生在跨中截面的上、下边缘超过的5.3%尚可.〔2〕梁内最大剪应力发生在支承截面的中性轴处〔3〕在集中力作用处偏外横截面上校核点a的强度超过的3.53%,在工程上是允许的.返回7-13<7-27> 受内压力作用的容器,其圆筒部分任意一点A〔图a〕处的应力状态如图b所示.当容器承受最大的内压力时,用应变计测得.已知钢材的弹性模量E=210GPa,泊松比=0.3,许用应力.试按第三强度理论校核A点的强度.解：,,根据第三强度理论：超过的7.64%,不能满足强度要求.返回第八章组合变形与连接部分的计算8-18-28-38-48-58-68-78-88-98-10下页8-1 14号工字钢悬臂梁受力情况如图所示.已知m,,,试求危险截面上的最大正应力.解：危险截面在固定端==返回8-2 受集度为的均布荷载作用的矩形截面简支梁,其荷载作用面与梁的纵向对称面间的夹角为,如图所示.已知该梁材料的弹性模量；梁的尺寸为m,mm,mm；许用应力；许可挠度.试校核梁的强度和刚度.解：=,强度安全,==刚度安全.返回8-3<8-5>图示一悬臂滑车架,杆AB为18号工字钢,其长度为m.试求当荷载作用在AB的中点D处时,杆内的最大正应力.设工字钢的自重可略去不计.解：18号工字钢,,AB杆系弯压组合变形.,,====返回8-4<8-6>砖砌烟囱高m,底截面m-m的外径m,内径m,自重kN,受的风力作用.试求：〔1〕烟囱底截面上的最大压应力；〔2〕若烟囱的基础埋深m,基础与填土自重按计算,土壤的许用压应力,圆形基础的直径D应为多大？注：计算风力时,可略去烟囱直径的变化,把它看作是等截面的.解：烟囱底截面上的最大压应力：==土壤上的最大压应力：即即解得：m返回8-5<8-8>试求图示杆内的最大正应力.力F与杆的轴线平行.解：,z为形心主轴.固定端为危险截面,其中：轴力,弯矩,=A点拉应力最大==B点压应力最大==因此返回8-6<8-9> 有一座高为1.2m、厚为0.3m的混凝土墙,浇筑于牢固的基础上,用作挡水用的小坝.试求：〔1〕当水位达到墙顶时墙底处的最大拉应力和最大压应力〔设混凝土的密度为〕；〔2〕如果要求混凝土中没有拉应力,试问最大许可水深h为多大？解：以单位宽度的水坝计算：水压：混凝土对墙底的压力为：墙坝的弯曲截面系数：墙坝的截面面积：墙底处的最大拉应力为：==当要求混凝土中没有拉应力时：即即m返回8-7<8-10>受拉构件形状如图,已知截面尺寸为40mm×5mm,承受轴向拉力.现拉杆开有切口,如不计应力集中影响,当材料的时,试确定切口的最大许可深度,并绘出切口截面的应力变化图.解：即整理得：解得：mm返回8-8<8-11> 一圆截面直杆受偏心拉力作用,偏心距mm,杆的直径为70mm,许用拉应力为120MPa.试求杆的许可偏心拉力值.解：圆截面面积圆截面的弯曲截面系数即：,返回8-9<8-15> 曲拐受力如图示,其圆杆部分的直径mm.试画出表示A点处应力状态的单元体,并求其主应力与最大切应力.解：A点所在的横截面上承受弯矩和扭矩作用,其值它们在点A分别产生拉应力和切应力,其应力状态如图8-15a,其中注：剪力在点A的切应力为零.返回8-10<8-16> 铁道路标圆信号板,装在外径mm的空心圆柱上,所受的最大风载,.试按第三强度理论选定空心柱的厚度.解：忽略风载对空心柱的分布压力,只计风载对信号板的压力,则信号板受风力空心柱固定端处为危险截面,其弯矩：扭矩：=mm返回第九章压杆稳定9-19-29-39-49-59-69-79-89-99-109-119-1<9-2>图示各杆材料和截面均相同,试问杆能承受的压力哪根最大,哪根最小〔图f所示杆在中间支承处不能转动〕？解：对于材料和截面相同的压杆,它们能承受的压力与成反比,此处,为与约束情况有关的长度系数.〔a〕=1×5=5m〔b〕=0.7×7=4.9m〔c〕=0.5×9=4.5m〔d〕=2×2=4m〔e〕=1×8=8m〔f〕=0.7×5=3.5m故图e所示杆最小,图f所示杆最大.返回9-2<9-5> 长5m的10号工字钢,在温度为时安装在两个固定支座之间,这时杆不受力.已知钢的线膨胀系数.试问当温度升高至多少度时,杆将丧失稳定？解：返回9-3<9-6> 两根直径为d的立柱,上、下端分别与强劲的顶、底块刚性连接,如图所示.试根据杆端的约束条件,分析在总压力F作用下,立柱可能产生的几种失稳形态下的挠曲线形状,分别写出对应的总压力F之临界值的算式〔按细长杆考虑〕,确定最小临界力的算式.解：在总压力F作用下,立柱微弯时可能有下列三种情况：〔a〕每根立柱作为两端固定的压杆分别失稳：〔b〕两根立柱一起作为下端固定而上端自由的体系在自身平面内失稳失稳时整体在面内弯曲,则1,2两杆组成一组合截面.〔c〕两根立柱一起作为下端固定而上端自由的体系在面外失稳故面外失稳时最小=.返回9-4<9-7>图示结构ABCD由三根直径均为d的圆截面钢杆组成,在点B铰支,而在点A和点C固定,D为铰接点,.若结构由于杆件在平面ABCD内弹性失稳而丧失承载能力,试确定作用于结点D处的荷载F的临界值.解：杆DB为两端铰支,杆DA与DC为一端铰支一端固定,选取.此结构为超静定结构,当杆DB失稳时结构仍能继续承载,直到杆AD与DC也失稳时整个结构才丧失承载能力,故返回9-5<9-9> 下端固定、上端铰支、长m的压杆,由两根10号槽钢焊接而成,如图所示,并符合钢结构设计规X中实腹式b类截面中心受压杆的要求.已知杆的材料为Q235钢,强度许用应力,试求压杆的许可荷载.解：m返回9-6<9-10>如果杆分别由下列材料制成：〔1〕比例极限,弹性模量的钢；〔2〕,,含镍3.5%的镍钢；〔3〕,的松木.试求可用欧拉公式计算临界力的压杆的最小柔度.解：〔1〕〔2〕〔3〕返回9-7<9-11>两端铰支、强度等级为TC13的木柱,截面为150mm×150mm的正方形,长度m,强度许用应力.试求木柱的许可荷载.解：由公式〔9-12a〕,返回9-8<9-13>一支柱由4根80mm×80mm×6mm的角钢组成〔如图〕,并符合钢结构设计规X中实腹式b类截面中心受压杆的要求.支柱的两端为铰支,柱长l=6m,压力为450.若材料为Q235钢,强度许用应力,试求支柱横截面边长a的尺寸.解：〔查表：,〕,查表得：m4=mm返回9-9<9-14> 某桁架的受压弦杆长4m,由缀板焊成一体,并符合钢结构设计规X中实腹式b类截面中心受压杆的要求,截面形式如图所示,材料为Q235钢,.若按两端铰支考虑,试求杆所能承受的许可压力.解：由型钢表查得角钢：得查表：故返回9-10<9-16>图示一简单托架,其撑杆AB为圆截面木杆,强度等级为TC15.若架上受集度为的均布荷载作用,AB两端为柱形铰,材料的强度许用应力,试求撑杆所需的直径d.解：取I-I以上部分为分离体,由,有。
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第二章 轴向拉伸和压缩2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。
（a ）解：；； （b ）解：；；（c ）解： ； 。
(d) 解： 。
2-2 一打入地基内的木桩如图所示，沿杆轴单位长度的摩擦力为f=kx ²（k 为常数），试作木桩的轴力图。
解：由题意可得：⎰0lFdx=F,有1/3kl ³=F,k=3F/l ³F N （x 1）=⎰01x 3Fx ²/l ³dx=F(x 1 /l) ³2-3 石砌桥墩的墩身高l=10m ，其横截面面尺寸如图所示。
荷载F=1000KN ，材料的密度ρ=2.35×10³kg/m ³，试求墩身底部横截面上的压应力。
解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图)(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
MPa kPa mkNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。
屋架的上弦用钢筋混凝土制成。
下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm ×8mm 的等边角钢。
已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。
试求拉杆AE 和EG 横截面上的应力。
解：=1） 求内力取I-I 分离体得（拉）取节点E 为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。
如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。
解：2-6 一木桩柱受力如图所示。
柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。
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WORD格式可编辑Microsoft Corporation孙训方材料力学课后答案[键入文档副标题]lenovo[选取日期]第二章轴向拉伸和压缩2-12-22-32-42-52-62-72-82-9下页2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。
（a）解：；；（b）解：；；（c）解：；。
(d) 解：。
返回2-2 试求图示等直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，试求各横截面上的应力。
解：返回2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，，，并求各横截面上的应力。
解：返回2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。
屋架的上弦用钢筋混凝土制成。
下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm×8mm的等边角钢。
已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。
试求拉杆AE和EG横截面上的应力。
解：=1）求内力取I-I分离体得（拉）取节点E为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5(2-6) 图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。
如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。
解：2-6(2-8) 一木桩柱受力如图所示。
柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。
如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。
解：（压）（压）返回2-7(2-9) 一根直径、长的圆截面杆，承受轴向拉力，其伸长为。
试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E。
解：2-8(2-11) 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该杆材料的弹性常数为E，，试求C与D两点间的距离改变量。
解：横截面上的线应变相同因此返回2-9(2-12) 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量E=210GPa，已知，，，。
材料力学第五版-孙训方版-课后习题答案
习题22一打入基地内的木桩如图所示杆轴单位长度的摩擦力fkx2试做木桩的后力图。
解由题意可得3302331103/3//llNfdxFklFkFlFxFxldxFxl1有3 习题23 石砌桥墩的墩身高ml10其横截面面尺寸如图所示。
荷载kNF1000材料的密度3/35.2mkg试求墩身底部横截面上的压应力。
解墩身底面的轴力为gAlFGFN 23图942.31048.935.210114.32310002kN 墩身底面积14.9114.32322mA 因为墩为轴向压缩构件所以其底面上的正应力均匀分布。
MPakPamkNAN34.071.33914.9942.31042 习题27 图示圆锥形杆受轴向拉力作用试求杆的伸长。
27图解取长度为dx截离体微元体。
则微元体的伸长量为xEAFdxld llxAdxEFdxxEAFl00 lxrrrr12122112112dxlddrxlrrr 2211222udxlddxAdxldddudxlddd22212112duddldx12222221212ududdlduuddlxAdx 因此2202100ududdEFlxAdxEFdxxEAFlllllldxlddddEFluddEFl011221021221212212212111221ddllddddEFl 1221222ddddEFl214dEdFl 习题210 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该材料的弹性常数为E试求C与D两点间的距离改变量CD。
解EAFEAF/ 式中aaaA422故EaF4 EaFaa4 EFaaa4EFaa4aaaCD12145243232 12145243232aaaDC EFEFaaCDDCCD4003.141214512145 习题211 图示结构中AB为水平放置的刚性杆杆123材料相同其弹性模量GPaE210已知ml1221100mmAA23150mmAkNF20。
试求C 点的水平位移和铅垂位移。
孙训方材料力学第五版课后习题答案详解
Microsoft Corporation孙训方材料力学课后答案[键入文档副标题]lenovo[选取日期]第二章轴向拉伸和压缩2-12-22-32-42-52-62-72-82-9下页2-1 试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。
（a）解：；；（b）解：；；（c）解：；。
(d) 解：。
返回2-2 试求图示等直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，试求各横截面上的应力。
解：返回2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，，，并求各横截面上的应力。
解：返回2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。
屋架的上弦用钢筋混凝土制成。
下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm×8mm的等边角钢。
已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。
试求拉杆AE和EG横截面上的应力。
解：=1）求内力取I-I分离体得（拉）取节点E为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A= cm2(拉)（拉）2-5(2-6) 图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。
如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。
解：2-6(2-8) 一木桩柱受力如图所示。
柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。
如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。
解：（压）（压）返回2-7(2-9) 一根直径、长的圆截面杆，承受轴向拉力，其伸长为。
试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E。
解：2-8(2-11) 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该杆材料的弹性常数为E，，试求C与D两点间的距离改变量。
解：横截面上的线应变相同因此返回2-9(2-12) 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量E=210GPa，已知，，，。
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材料力学I第五版孙训方版课后习题答案2-2 解由题意可得2-3 解墩身底面的轴力为2-3图墩身底面积因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
2-7图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。
2-7图解取长度为截离体（微元体）。
则微元体的伸长量为，，，，，因此，2-10 受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该材料的弹性常数为，试求C与D两点间的距离改变量。
解式中，，故，，2-11 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量，已知，，，。
试求C点的水平位移和铅垂位移。
变形协调图受力图2-11图解（1）求各杆的轴力以AB杆为研究对象，其受力图如图所示。
因为AB平衡，所以，，由对称性可知，，（2）求C 点的水平位移与铅垂位移。
A点的铅垂位移B点的铅垂位移1、2、3杆的变形协（谐）调的情况如图所示。
由1、2、3杆的变形协（谐）调条件，并且考虑到AB为刚性杆，可以得到C点的水平位移C点的铅垂位移2-12 图示实心圆杆AB和AC在A点以铰相连接，在A点作用有铅垂向下的力。
已知杆AB和AC的直径分别为和，钢的弹性模量。
试求A点在铅垂方向的位移。
解（1）求AB、AC杆的轴力以节点A为研究对象，其受力图如图所示。
由平衡条件得出 a b a b联立解得；（2）由变形能原理求A点的铅垂方向的位移式中，；；故2-13 图示A 和B两点之间原有水平方向的一根直径的钢丝，在钢丝的中点C加一竖向荷载F。
已知钢丝产生的线应变为，其材料的弹性模量，钢丝的自重不计。
试求（1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律）；（2）钢丝在C点下降的距离；（3）荷载F的值。
解（1）求钢丝横截面上的应力（2）求钢丝在C点下降的距离。
其中，AC和BC各。
（3）求荷载F的值以C结点为研究对象，由其平稀衡条件可得2-15水平刚性杆AB由三根BC,BD和ED支撑，如图，在杆的A端承受铅垂荷载F20KN,三根钢杆的横截面积分别为A112平方毫米，A26平方毫米，A,39平方毫米，杆的弹性模量E210Gpa，求（1）端点A的水平和铅垂位移。
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Microsoft Corporation孙训方材料力学课后答案[键入文档副标题]lenovo[选取日期]第二章轴向拉伸和压缩2-12-22-32-42-52-62-72-82-9下页2-1试求图示各杆1-1和2-2横截面上的轴力，并作轴力图。
（a）解：；；（b）解：；；（c）解：；。
(d)解：。
返回2-2 试求图示等直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，试求各横截面上的应力。
解：返回2-3试求图示阶梯状直杆横截面1-1，2-2和3-3上的轴力，并作轴力图。
若横截面面积，，，并求各横截面上的应力。
解：返回2-4 图示一混合屋架结构的计算简图。
屋架的上弦用钢筋混凝土制成。
下面的拉杆和中间竖向撑杆用角钢构成，其截面均为两个75mm×8mm的等边角钢。
已知屋面承受集度为的竖直均布荷载。
试求拉杆AE和EG横截面上的应力。
解：=1）求内力取I-I分离体得（拉）取节点E为分离体，故（拉）2）求应力75×8等边角钢的面积A=11.5 cm2(拉)（拉）2-5(2-6)图示拉杆承受轴向拉力，杆的横截面面积。
如以表示斜截面与横截面的夹角，试求当，30，45，60，90时各斜截面上的正应力和切应力，并用图表示其方向。
解：2-6(2-8) 一木桩柱受力如图所示。
柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为符合胡克定律，其弹性模量E=10 GPa。
如不计柱的自重，试求：（1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱的总变形。
解：（压）（压）返回2-7(2-9)一根直径、长的圆截面杆，承受轴向拉力，其伸长为。
试求杆横截面上的应力与材料的弹性模量E。
解：2-8(2-11)受轴向拉力F作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该杆材料的弹性常数为E，，试求C与D两点间的距离改变量。
解：横截面上的线应变相同因此返回2-9(2-12) 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量E=210GPa，已知，，，。
材料力学I第五版孙训方版课后习题答案
2-2解：由题意可得： 2-3 解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)(2-3图墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
2-7图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。
2-7图解：取长度为dx 截离体（微元体）。
则微元体的伸长量为：)()(x EA Fdxl d =∆，⎰⎰==∆l lx A dxE F dx x EA F l 00)()( lxr r r r =--121，22112112d x l d d r x l r r r +-=+⋅-=，2211222)(u d x ld d x A ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+- du d d ldx 122-=，)()(22)(221212udu d d l du u d d l x A dx -⋅-=⋅-=ππ因此，)()(2)()(202100u dud d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l⎰⎰⎰--===∆π 2-10 受轴向拉力F 作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该材料的弹性常数为ν,E ，试求C 与D 两点间的距离改变量CD ∆。
解：EAFE AF νννεε-=-=-=/'式中，δδδa a a A 4)()(22=--+=，故：δνεEa F 4'-=δνεEa F a a 4'-==∆， δνE F a a a 4'-=-=∆δνE F a a 4'-=，a a a CD 12145)()(243232=+=2-11 图示结构中，AB 为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量GPa E 210=，已知m l 1=，221100mm A A ==，23150mm A =，kN F 20=。
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1 fdx F , 有 kl 3 F 3 3 k 3F / l
l
0
FN ( x1 ) 3Fx 2 / l 3dx F ( x1 / l ) 3
0
l
FN 3 cos 45 0 FN 1 F2 FN 3 sin 45 F 0 F 0.45 F 0.15 0 N1 F1 60KN , F1 401KN , F1 0KN , 由胡克定理， FN 1l 60 10 7 0.15 l1 3.87 EA1 210 109 12 10 6 l2 FN 2l 40 107 0.15 4.76 EA2 210 109 12 10 6
2-11 图示结构中，AB 为水平放置的刚性杆，杆 1，2，3 材料相同，其弹性模量 E 210GPa ，已 知 l 1m ， A1 A2 100mm 2 ， A3 150mm 2 ， F 20kN 。试求 C 点的水平位移和铅垂位移。
受力图 2-11 图 解： （1）求各杆的轴力 以 AB 杆为研究对象，其受力图如图所示。 因为 AB 平衡，所以
式中， l1 1000 / sin 45 1414( mm) ； l 2 800 / sin 30 1600( mm)
A1 0.25 3.14 12 2 113 mm 2 ； A2 0.25 3.14 15 2 177 mm 2
故： A
1 18117 2 1414 256212 1600 ( ) 1.366(mm) 35000 210000 113 210000 177
从而得，Ax l2 4.76， Ay l2 2 l1 3 20.23 （ ）
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.材料力学第五版课后答案[习题2-2]一打入基地内的木桩如图所示，杆轴单位长度的摩擦力f=kx**2，试做木桩的后力图。
解：由题意可得：33233110,,3/()3/(/)ll N fdx F kl F k F l F x Fx l dx F x l =====⎰⎰1有3[习题2-3] 石砌桥墩的墩身高m l10=，其横截面面尺寸如图所示。
荷载kN F 1000=，材料的密度3/35.2m kg =ρ，试求墩身底部横截面上的压应力。
解：墩身底面的轴力为：g Al F G F N ρ--=+-=)( 2-3图;)(942.31048.935.210)114.323(10002kN -=⨯⨯⨯⨯+⨯--=墩身底面积：)(14.9)114.323(22m A =⨯+⨯=因为墩为轴向压缩构件，所以其底面上的正应力均匀分布。
MPa kPa mkNA N 34.071.33914.9942.31042-≈-=-==σ—[习题2-7] 图示圆锥形杆受轴向拉力作用，试求杆的伸长。
2-7图解：取长度为dx 截离体（微元体）。
则微元体的伸长量为：)()(x EA Fdx l d =∆ ，⎰⎰==∆l l x A dxE F dx x EA F l 00)()(lxr r r r =--121，22112112d x l d d r x l r r r +-=+⋅-=，2211222)(u d x ld d x A ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ππ，dx l d d du d x l d d d 2)22(12112-==+- \du d d ldx 122-=，)()(22)(221212udu d d l du u d d l x A dx -⋅-=⋅-=ππ因此，)()(2)()(202100udu d d E Fl x A dx E F dx x EA F l l l l⎰⎰⎰--===∆π lld x l d d d d E Fl u d d E Fl 011221021221)(21)(2⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ππ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+--=21221)(2111221d d l l d d d d E Fl π⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=122122)(2d d d d E Fl π214dEd Fl π=[习题2-10] 受轴向拉力F 作用的箱形薄壁杆如图所示。
已知该材料的弹性常数为ν,E ，试求C 与D 两点间的距离改变量CD ∆。
解：EAFE AF νννεε-=-=-=/'式中，δδδa a a A 4)()(22=--+=，故：δνεEa F 4'-=…δνεEa F a a 4'-==∆， δνE F a a a4'-=-=∆δνE F a a 4'-=，a a a CD12145)()(243232=+= '12145)'()'(243232''a a a D C =+=δνδνEFEFaaCDDCCD4003.1412145)(12145)('''⋅-=⋅-=-=-=∆[习题2-11] 图示结构中，AB为水平放置的刚性杆，杆1，2，3材料相同，其弹性模量GPaE210=，已知ml1=，221100mmAA==，23150mmA=，kNF20=。
试求C点的水平位移和铅垂位移。
？2-11图解：（1）求各杆的轴力以AB杆为研究对象，其受力图如图所示。
因为AB平衡，所以=∑X，045cos3=oN，03=N由对称性可知，0=∆CH，)(10205.05.021kNFNN=⨯===（2）求C点的水平位移与铅垂位移。
A点的铅垂位移：mmmmmmNmmNEAlNl476.0100/21000010001000022111=⨯⨯==∆|B点的铅垂位移：mmmmmmNmmNEAlNl476.0100/21000010001000022222=⨯⨯==∆1、2、3杆的变形协（谐）调的情况如图所示。
由1、2、3杆的变形协（谐）调条件，并且考虑到AB为刚性杆，可以得到C点的水平位移：)(476.045tan1mml oBHAHCH=⋅∆=∆=∆=∆C点的铅垂位移：)(476.01mmlC=∆=∆[习题2-12] 图示实心圆杆AB和AC在A点以铰相连接，在A点作用有铅垂向下的力kNF35=。
已知杆AB和AC的直径分别为mmd121=和mmd152=，钢的弹性模量GPaE210=。
试求A点在铅垂方向的位移。
受力图变形协调图解：（1）求AB 、AC 杆的轴力以节点A 为研究对象，其受力图如图所示。
由平衡条件得出：`0=∑X ：045sin 30sin =-o AB o ACN NAB AC N N 2=………………………(a)0=∑Y ：03545cos 30cos =-+o AB o ACN N7023=+AB AC N N ………………(b)(a) (b)联立解得：kN N N AB117.181==；kN N N AC 621.252==（2）由变形能原理求A 点的铅垂方向的位移 222211212221EA l N EA l N F A +=∆：)(122221121EA l N EA l N F A +=∆式中，)(141445sin /10001mm l o ==；)(160030sin /8002mm l o ==2211131214.325.0mm A =⨯⨯=；2221771514.325.0mm A =⨯⨯=故：)(366.1)177210000160025621113210000141418117(35000122mm A =⨯⨯+⨯⨯=∆ [习题2-13] 图示A 和B 两点之间原有水平方向的一根直径mm d 1=的钢丝，在钢丝的中点C 加一竖向荷载F 。
已知钢丝产生的线应变为0035.0=ε，其材料的弹性模量GPa E 210=，钢丝的自重不计。
试求：（1）钢丝横截面上的应力（假设钢丝经过冷拉，在断裂前可认为符合胡克定律）； （2）钢丝在C 点下降的距离∆；}（3）荷载F 的值。
解：（1）求钢丝横截面上的应力)(7350035.0210000MPa E =⨯==εσ（2）求钢丝在C 点下降的距离∆ )(72100002000735mm E l EA Nl l=⨯=⋅==∆σ。
其中，AC 和BC 各mm 5.3。
996512207.05.10031000cos ==αo 7867339.4)5.10031000arccos(==α)(7.837867339.4tan 1000mm o==∆|（3）求荷载F 的值以C 结点为研究对象，由其平稀衡条件可得：0=∑Y ：0sin 2=-P a Nασsin 2sin 2A a N P ==)(239.96787.4sin 114.325.0735202N =⨯⨯⨯⨯⨯=[习题2-15]水平刚性杆AB 由三根BC,BD 和ED 支撑，如图，在杆的A 端承受铅垂荷载F=20KN,三根钢杆的横截面积分别为A1=12平方毫米，A2=6平方毫米，A,3=9平方毫米，杆的弹性模量E=210Gpa ，求： （1） 端点A 的水平和铅垂位移。
（2） 应用功能原理即（2-8）求端点A 的铅垂位移。
/解：（1）3323311031231111711961222,3/()3/(/)cos 450sin 4500.450.15060,401,0,60100.15 3.87210101210401llN N N N N N N fdx F kl F k F l F x Fx l dx F x l F F F F F F F F KN F KN F KN F l l EA F l l EA -=====⎧=⎪-+-+=⎨⎪-⨯+⨯=⎩∴=-=-=-⨯⨯∆===⨯⨯⨯⨯∆==⎰⎰1有3由胡克定理，796x 2y 2100.15 4.762101012104.762320.23A l A l l -⨯=⨯⨯⨯∆=∆=∆=∆⨯+∆⨯=↓从而得，，（）（2）y 1122y +020.33V F A F l F l A ε=⨯∆-⨯∆⨯∆=∆=↓（）[习题2-17] 简单桁架及其受力如图所示，水平杆BC 的长度l 保持不变，斜杆AB 的长度可随夹角θ的变化而改变。
两杆由同一种材料制造，且材料的许用拉应力和许用压应力相等。
要求两杆内的应力同时达到许用应力，且结构的总重量为最小时，试求： （1）两杆的夹角；!（2）两杆横截面面积的比值。
解：（1）求轴力取节点B 为研究对象，由其平衡条件得： ∑=0Y0sin =-F N AB θθsin FN AB =∑=0X0cos =--BC AB N N θ）θθθθcot cos sin cos F FN N AB BC =⋅=-= 2-17（2）求工作应力θσsin AB AB AB AB A FA N ==BCBC BC BC A F A N θσcot ==（3）求杆系的总重量 )(BC BC AB AB l A l A V W+=⋅=γγ 。
γ是重力密度（简称重度，单位：3/m kN ）。
)cos (l A lA BC AB+=θγ)cos 1(BC AB A A l +⋅=θγ-（4）代入题设条件求两杆的夹角 条件①： ][sin σθσ===AB AB AB ABA F A N ，θσsin ][FA AB =][cot σθσ===BC BC BC BCA F A N ， ][cot σθF A BC =条件⑵：W 的总重量为最小。
)cos 1(BC ABA A l W +⋅=θγ)cos 1(BC AB A A l +⋅=θγ)][cot cos 1sin ][(σθθθσγF F l +⋅⋅=)sin cos cos sin 1(][θθθθσγ+=Fl[]⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=θθθσγcos sin cos 12Fl []⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=θθσγ2sin cos 122Fl 从W 的表达式可知，W 是θ角的一元函数。
当W 的一阶导数等于零时，W 取得最小值。
.[]02sin 22cos )cos 1(2sin sin cos 2222=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅+-⋅-=θθθθθθσγθFl d dW022cos 22cos 32sin 2=⋅⋅+--θθθ02cos 2cos 32sin 22=---θθθ12cos 3-=θ ，3333.02cos -=θo 47.109)3333.0arccos(2=-=θ，'445474.54o o ==θ（5）求两杆横截面面积的比值θσsin ][F A AB =，][cot σθF A BC =θθθσθθσcos 1cot sin 1][cot sin ][===F FA A BCAB！因为： 12cos 3-=θ，311cos 22-=-θ，31cos 2=θ31cos =θ，3cos 1=θ所以：3=BCABA A [习题2-18] 一桁架如图所示。