工程力学答案第7章
工程力学7第七章应力状态和应变状态分析
x y x y cos 2 x sin 2 2 2 x y sin 2 x cos 2 2
0
x y
2
(
x y
2
)
2
2
2 x
y
y
y
2
090
0
x y
2
(
x y
2
2、为什么要研究一点的应力状态 单向应力状态和纯剪切应力状态的强度计算
σmax≤ [σ] τ
max≤[τ
]
梁截面上的任意点的强度如何计算？
分析材料破坏机理
F F F F T
T
3、怎么研究一点的应力状态
单元体
•各面上的应力均匀分布
• 相互平行的一对面上 应力大小相等、符号相同
满足：力的平衡条件 切应力互等定理
§7-2 平面应力状态分析
一、解析法:
1.任意斜面上的应力 y
y
y
y
y
n
y
x
a
x
e
d
x
x
x
bz
x
x
x
e
x
x
y
f
yy
x
x
b
c
y
y
y
f t
应力的符号规定同前 α角以从x轴正向逆时针 转到斜面的法线为正
(设ef的面积为dA)
x y x y cos 2 x sin 2 2 2 x y sin 2 x cos 2 2
工程力学---材料力学(第七章- 梁弯曲时位移计算与刚度设计)经典例题及详解
得： D 0
Pl 2 得： C 16
AC段梁的转角方程和挠曲线方程分别为：
P 2 2 (4 x l ) 16 EI Px y (4 x 2 3 l 2 ) 48 EI
y
P
B
A
x
l 2
C
l 2
x
最大转角和最大挠度分别为：
max A B
ymax y
q 7qa 8k 384 EI
3
q/2
B C
q/2
A B C
顺时针
q/2
例16：图示梁Ｂ处为弹性支座，弹簧刚 度
EI k 求C端挠度fC。 2a 3
q
A
EI k
B
C
2a
a
解：(1)梁不变形，仅弹簧变形引起的C点挠度为 4 3 qa 3qa B处反力=qa fC 1 2 k EI
q
B
x
l
由边界条件： x 0时，y 0
x l时，y 0
得：
ql 3 C , D0 24
梁的转角方程和挠曲线方程分别为：
y
q 2 3 3 (6lx 4 x l ) 24 EI
q
x
A qx y (2lx 2 x 3 l 3 ) 24 EI
ql 3 24 EI
A a a
q
B C
a
qa 12 EI
顺时针
3 3
P=qa
A B
P=qa
m=qɑ²/2
qa qa C B 6 EI 4 EI
4
顺时针
B
q
C
qa 5qa fC B a 8EI 24 EI
《工程力学》课后习题答案全集
工程力学习题答案第一章 静力学基础知识思考题：1. ×;2. √;3. √;4. √;5. ×;6. ×;7. √;8. √习题一1．根据三力汇交定理，画出下面各图中A 点的约束反力方向。
解：（a ）杆AB 在A 、B 、C 三处受力作用。
由于力p 和B R的作用线交于点O 。
如图（a ）所示，根据三力平衡汇交定理，可以判断支座A 点的约束反力必沿通过A 、O 两点的连线。
（b ）同上。
由于力p 和B R的作用线交于O 点，根据三力平衡汇交定理，可判断A 点的约束反力方向如下图（b ）所示。
2．不计杆重，画出下列各图中AB 解：（a ）取杆AB 为研究对象，杆除受力p外，在B 处受绳索作用的拉力B T ，在A 和E 两处还受光滑接触面约束。
约束力A N 和E的方向分别沿其接触表面的公法线，并指向杆。
其中力E N与杆垂直，力A N通过半圆槽的圆心O 。
AB 杆受力图见下图（a ）。
(b)由于不计杆重，曲杆BC 只在两端受铰销B 和C 对它作用的约束力B N 和C N ，故曲杆BC 是二力构件或二力体，此两力的作用线必须通过B 、C 两点的连线，且B N =C N 。
研究杆A N 和B N，以及力偶m 的作用而平衡。
根据力偶的性质，A N 和B N必组成一力偶。
(d)由于不计杆重，杆AB 在A 、C 两处受绳索作用的拉力A T 和C T，在B 点受到支座反力B N 。
A T 和C T相交于O 点，根据三力平衡汇交定理，可以判断B N必沿通过B 、O 两点的连线。
见图(d).第二章力系的简化与平衡思考题：1. √;2. ×;3. ×;4. ×;5. √;6. ×;7. ×;8. ×;9. √.1．平面力系由三个力和两个力偶组成，它们的大小和作用位置如图示，长度单位为cm ，求此力系向O 点简化的结果，并确定其合力位置。
工程力学c材料力学部分第七章 应力状态和强度理论
无论是强度分析还是刚度分析，都需要求出应力的极值， 无论是强度分析还是刚度分析，都需要求出应力的极值，为了找 到构件内最大应力的位置和方向 需要对各点的应力情况做出分析。 最大应力的位置和方向， 到构件内最大应力的位置和方向，需要对各点的应力情况做出分析。
受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合，称为一点的 受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合，称为一点的 研究一点的应力状态时， 应力状态 。研究一点的应力状态时，往往围绕该点取一个无限小 的正六面体—单元体来研究。 单元体来研究 的正六面体 单元体来研究。
σ2
σ2
σ1
σ1
σ
σ
σ3
三向应力状态
双向应力状态
单向应力状态 简单应力状态
复杂应力状态 主应力符号按代数值的大小规定： 主应力符号按代数值的大小规定：
σ1 ≥ σ 2 ≥ σ 3
平面应力状态的应力分析—解析法 §7−2 平面应力状态的应力分析 解析法
图(a)所示平面应力单元体常用平面图形(b)来表示。现欲求 )所示平面应力单元体常用平面图形( )来表示。现欲求 垂直于平面xy的任意斜截面 上的应力 垂直于平面 的任意斜截面ef上的应力。 的任意斜截面 上的应力。
二、最大正应力和最大剪应力
σα =
σ x +σ y
2
+
σ x −σ y
2
cos 2α − τ x sin 2α
τα =
令
σ x −σ y
2
sin 2α + τ x cos 2α
dσ α =0 dα
σ x −σ y
2
sin 2α +τ x cos2α = 0
可见在 τ α
=0
工程力学习题答案7 廖明成
第七章 杆类构件的应力分析与强度计算习 题7.1 图示阶梯形圆截面杆AC ，承受轴向载荷1200 kNF =与2100 kN F =, AB 段的直径mm 401=d 。
如欲使BC 与AB 段的正应力相同，试求BC 段的直径。
题7.1图解：如图所示：物体仅受轴力的作用，在有两个作用力的情况下经分析受力情况有：AB 段受力：1NAB F F = BC 段受力：12NBC F F F =+AB 段正应力：1221440.04NAB NAB AB AB F F F A d σππ⨯===⨯ BC 段正应力：()12222244NBC NBC BCBC F F F F A d d σππ+⨯===⨯ 而BC 与AB 段的正应力相同 即，BC AB σσ= 解出：249d mm ==7.2 图示轴向受拉等截面杆，横截面面积2500 mm A =，载荷50 kN F =。
试求图示斜截面()o30=α m-m 上的正应力与切应力，以及杆内的最大正应力与最大切应力。
mm题7.2图解：拉杆横截面上的正应力605000010050010N F F Pa MPa A A σ︒-====⨯ 应用斜截面上的正应力和剪应力公式：2300cos σσα︒︒= 030sin 22στα︒︒=有图示斜截面m-m 上的正应力与切应力为：3075MPa σ︒= 3043.3MPa τ︒=当0=α时，正应力达到最大，其值为max 0100MPa σσ︒== 即：拉压杆的最大正应力发生在横截面上，其值为100MPa 。
当45=α时，切应力最大，其值为0max 502MPa στ︒==即拉压杆的最大切应力发生在与杆轴成45的斜截面上，其值为50MPa 。
7.3图示结构中AC 为钢杆，横截面面积21200 mm A =，许用应力[]1160 Mpa σ=;BC 为铜杆，横截面面积22300 mmA =，许用应力[]2100 Mpa σ=。
工程力学第7章答案
⼯程⼒学第7章答案第7章简单的弹性静⼒学问题7－1 有⼀横截⾯⾯积为A 的圆截⾯杆件受轴向拉⼒作⽤，若将其改为截⾯积仍为A 的空⼼圆截⾯杆件，其他条件不变，试判断以下结论的正确性：（A ）轴⼒增⼤，正应⼒增⼤，轴向变形增⼤；（B ）轴⼒减⼩，正应⼒减⼩，轴向变形减⼩；（C ）轴⼒增⼤，正应⼒增⼤，轴向变形减⼩；（D ）轴⼒、正应⼒、轴向变形均不发⽣变化。
正确答案是 D 。
7－2 韧性材料应变硬化之后，材料的⼒学性能发⽣下列变化：（A ）屈服应⼒提⾼，弹性模量降低；（B ）屈服应⼒提⾼，韧性降低；（C ）屈服应⼒不变，弹性模量不变；（D ）屈服应⼒不变，韧性不变。
正确答案是 B 。
7－3 关于材料的⼒学⼀般性能，有如下结论，试判断哪⼀个是正确的：（A ）脆性材料的抗拉能⼒低于其抗压能⼒；（B ）脆性材料的抗拉能⼒⾼于其抗压能⼒；（C ）韧性材料的抗拉能⼒⾼于其抗压能⼒；（D ）脆性材料的抗拉能⼒等于其抗压能⼒。
正确答案是 A 。
7－4 低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发⽣明显的塑性变形时，承受的最⼤应⼒应当⼩于的数值，有以下四种答案，试判断哪⼀个是正确的：（A ）⽐例极限；（B ）屈服强度；（C ）强度极限；（D ）许⽤应⼒。
正确答案是 B 。
7－5 根据图⽰三种材料拉伸时的应⼒—应变曲线，得出的如下四种结论，试判断哪⼀种是正确的：（A ）强度极限)3()2()1(b b b σσσ>=，弹性模量E(1)>E(2)>E(3)，延伸率δ（1）>δ（2）>δ（3）⽐例极限；（B ）强度极限)2()1()3(b b b σσσ<<，弹性模量E(2)>E(1)>E(3)，延伸率δ（1）>δ（2）>δ（3）⽐例极限；（C ）强度极限)3()1()2(b b b σσσ>>，弹性模量E(3)>E(1)>E(2)，延伸率δ（3）>δ（2）>δ（1）⽐例极限；（D ）强度极限)3()2()1(b b b σσσ>>，弹性模量E(2)>E(1)>E(3)，延伸率δ（2）>δ（1）>δ（3）⽐例极限；正确答案是 B 。
工程力学第7章 弯曲强度答案
43第 7 章 弯曲强度7－1 直径为 d 的圆截面梁，两端在对称面内承受力偶矩为 M 的力偶作用，如图所示。
若已知变形后中性层的曲率半径为 ρ ；材料的弹性模量为 E 。
根据 d 、 ρ 、E 可以求得梁所承受 的力偶矩 M 。
现在有 4 种答案，请判断哪一种是正确的。
(A)M ＝E π d 习题 7－1 图(B) 64ρ M ＝64 ρ(C) E π d 4 M ＝E π d(D)32 ρ M ＝ 32ρ E π d 3正确答案是 A 。
7－2关于平面弯曲正应力公式的应用条件，有以下 4 种答案，请判断哪一种是正确的。
(A) 细长梁、弹性范围内加载； (B) 弹性范围内加载、载荷加在对称面或主轴平面内； (C) 细长梁、弹性范围内加载、载荷加在对称面或主轴平面内； (D) 细长梁、载荷加在对称面或主轴平面内。
正确答案是 C _。
7－3 长度相同、承受同样的均布载荷 q 作用的梁，有图中所示的 4 种支承方式，如果从 梁的强度考虑，请判断哪一种支承方式最合理。
l 5习题 7－3 图正确答案是 d 。
7－4 悬臂梁受力及截面尺寸如图所示。
图中的尺寸单位为 mm 。
求：梁的 1－1 截面上 A 、−⎜ ⎟ A I zB 两点的正应力。
习题 7－4 图解：1. 计算梁的 1－1 截面上的弯矩：M = ⎛1×103N ×1m+600N/m ×1m ×1m ⎞ =−1300 N ⋅ m ⎝2 ⎠ 2. 确定梁的 1－1 截面上 A 、B 两点的正应力：A 点：⎛150 ×10−3 m ⎞ 1300 N ⋅ m ×⎜− 20 ×10−3m ⎟ σ = M z y = ⎝ 2 ⎠＝2.54×106 Pa = 2.54 MPa (拉应力) I zB 点：100 ×10-3m ×(150 ×10-3m )3121300N ⋅ m ×⎜ 0.150m − 0.04m ⎟⎛ ⎞ σ = M z y ⎝ 2 ⎠ =1.62 ×106 Pa =1.62MPa(压应力) B ()127－5 简支梁如图所示。
《工程力学：第七章+圆轴扭转时的应力变形分析与强度和刚度设计》
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
背 景
材
料
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计
背 景
材
料
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 一、扭转的概念 复习 Me
mA
阻抗力 偶
主动力 偶
me
受力特点：杆两端作用着大小相等、方向相反的力偶，且力 偶作用面垂直于杆的轴线。 变形特点：杆任意两截面绕轴线发生相对转动。 主要发生扭转变形的杆——轴。
Mx 16M x 16 1.5kN m 103 max＝ ＝ 3 ＝ ＝50.9MPa 3 4 -3 4 WP πD 1 π 90mm 10 1 0.9传动轴的强度是安全的。
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 2．确定实心轴的直径 根据实心轴与空心轴具有同样数值的最大剪应力的要求， 实心轴横截面上的最大剪应力也必须等于 50.9MPa 。若设实 心轴直径为d1，则有
b b
工程力学 第7章 圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计 T 一、 扭转强度计算 变截面圆轴: max W [ ] 1、强度条件： p
max
max
对脆性材料 [ ] 对韧性材料 [ ]
b
nb
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 .
eBook工程力学（静力学与材料力学）习题详细解答（教师用书）(第7章)范钦珊唐静静2006-12-18第7章弯曲强度7－1 直径为d的圆截面梁，两端在对称面内承受力偶矩为M的力偶作用，如图所示。
若已知变形后中性层的曲率半径为ρ；材料的弹性模量为E。
根据d、ρ、E可以求得梁所承受的力偶矩M。
现在有4种答案，请判断哪一种是正确的。
习题7－1图(A) M＝Eπd 64ρ64ρ (B) M＝Eπd4Eπd3(C) M＝32ρ32ρ (D) M＝Eπd34 正确答案是。
7－2 关于平面弯曲正应力公式的应用条件，有以下4种答案，请判断哪一种是正确的。
(A) 细长梁、弹性范围内加载；(B) 弹性范围内加载、载荷加在对称面或主轴平面内；(C) 细长梁、弹性范围内加载、载荷加在对称面或主轴平面内；(D) 细长梁、载荷加在对称面或主轴平面内。
正确答案是 C _。
7－3 长度相同、承受同样的均布载荷q作用的梁，有图中所示的4种支承方式，如果从梁的强度考虑，请判断哪一种支承方式最合理。
l 5习题7－3图正确答案是7－4 悬臂梁受力及截面尺寸如图所示。
图中的尺寸单位为mm。
求：梁的1－1截面上A、 2B两点的正应力。
习题7－4图解：1. 计算梁的1－1截面上的弯矩：M=−⎜1×10N×1m+600N/m×1m×2. 确定梁的1－1截面上A、B两点的正应力：A点：⎛⎝31m⎞=−1300N⋅m 2⎟⎠⎛150×10−3m⎞−20×10−3m⎟1300N⋅m×⎜2My⎝⎠×106Pa=2.54MPa(拉应力)σA=z=3Iz100×10-3m×150×10-3m()12B点：⎛0.150m⎞1300N⋅m×⎜−0.04m⎟My⎝2⎠=1.62×106Pa=1.62MPa(压应力)σB=z=3Iz0.1m×0.15m127－5 简支梁如图所示。
工程力学-选择题答案
第1章：1-2 选择题：（1）加减平衡力系原理适用于下列哪种情况。
（A）单一刚体；（B）单一变形体；（C）刚体系统；（D）变形体系统正确答案：A。
（2）二力平衡原理适用于下列哪种情况。
（A）单一刚体；（B）单一变形体；（C）刚体系统；（D）变形体系统正确答案：A。
（3）力的可传性原理适用于下列哪种情况。
（A）单一刚体；（B）单一变形体；（C）刚体系统；（D）变形体系统正确答案：A。
（4）作用力与反作用力定律适用于下列哪种情况。
（A）只适用刚体;（B）只适用变形体;（C）只适用平衡状态的物体;（D）任何物体正确答案：D。
（5）三力汇交定理适用于下列哪种情况。
（A）三个互不平行的共面力的作用下处于平衡状态的刚体；（B）三个共面力的作用下处于平衡状态的刚体；（C）三个互不平行的力的作用下处于平衡状态的刚体；（D）三个互不平行的共面力的作用下的刚体正确答案：A。
（6）若等式F R=F1+F2成立，下列哪种情况成立。
（A）必有F R=F1+F2；（B）不可能有F R=F1+F2；（C）必有F R>F1、F R>F2；（D）可能有F R>F1+F2；正确答案：D。
第2章：2-1 选择题：（1）平面力偶系最多可以求解未知量。
（A）1个；（B）2个；（C）3个；（D）4个正确答案：A。
（2）平面汇交力系最多可以求解未知量。
（A）1个；（B）2个；（C）3个；（D）4个正确答案：B。
（3）平面平行力系最多可以求解未知量。
正确答案：B。
（A）1个；（B）2个；（C）3个；（D）4个（4）平面一般力系最多可以求解未知量。
（A）1个；（B）2个；（C）3个；（D）4个正确答案：C。
（5）平面一般力系简化的最终结果有情况。
（A）1个；（B）2个；（C）3个；（D）4个正确答案：C。
（6）作用在刚体上点A的力F，可以等效地平移到刚体上的任意点B，但必须附加一个A，此附加B。
（A ）力偶；（B ）力偶的矩等于力F 对点B 的矩； （C ）力； （D ）力的大小方向与原力相同（7）对于一般力系，其主矢与简化中心 C ，其主矩与简化中心 A 。
工程力学第7章 应力及强度计算
4
7.1.3 应变的概念 当力作用在构件上时，将引起构件的形状和尺寸发 生改变，这种变化定义为变形。构件的形状和大小总可 以用其各部分的长度和角度来表示，所以构件的变形归 结为长度的改变即线变形（linedeformation），以及角 度的改变即角变形（angledeformation）两种形式。一般 而言，同一构件上不同位置处的变形是不同的。为了研 究构件的变形以及截面上的应力，围绕构件中某点A截 取一个微小的正六面体（单元体），如图7.2（a）所示， 其变形有下列两类：
22
7.3.1 材料的拉伸与压缩试验 为了使不同材料的试验结果能进行对比，对于钢、 铁和有色金属材料，需将试验材料按《金属拉伸试验试 样》的规定加工成标准试件，图7.8所示，分圆形截面试 件和矩形截面试件。试件中部等直部分的长度为l0，称 为原始标距，并记中部原始横截面面积为A0。l0与 A槡 0的比值若为5.65，称为短试件；若为11.3，称为长试件。 对于圆形截面试件，设中部直径为d0，则l0=5d0称为五 倍试件，l0=10d0称为十倍试件。
8
7.2 轴向拉压杆横截面和斜截面上的应力 轴向拉压杆的强度并不能完全由轴力决定，还与杆 的截面面积以及轴力在截面上的分布情况有关，所以必 须研究截面上的应力。 7.2.1 横截面上的应力 取一等直杆，如图7.3所示，其横截面上与FN对应 的应力是正应力σ，但是横截面上正应力分布规律不知 道，所以需要研究杆件的变形。在杆侧面画垂直于杆轴 线的周线ab和cd，然后施加轴向力F。我们所观察到的 现象是：周线ab和cd分别平移到了a′b′和c′d′，仍然相互 平行，且垂直于轴线。实际上，所有与杆轴线垂直的周 线都发生平移，且保持平行。
13
解 由截面法，在距上端为 x截面上的轴力为
工程力学课后答案
⼯程⼒学课后答案第三章圆轴的扭转1. 试画出图⽰轴的扭矩图。
解：（1）计算扭矩。
将轴分为2段，逐段计算扭矩。
对AB段：∑M X＝0， T1－3kN·m＝0可得：T1＝3kN·m对BC段：∑M X＝0， T2－1kN·m＝0可得：T2＝1kN·m（2）画扭矩图。
根据计算结果，按⽐例画出扭矩图如图。
2.图⽰⼀传动轴，转速n=200r/min，轮A为主动轴，输⼊功率P A=60kW，轮B，C，D 均为从动轮，输出功率为P B=20kW，P C=15kW，P D=25kW。
1）试画出该轴的扭矩图；2）若将轮A和轮C位置对调，试分析对轴的受⼒是否有利？解：（1）计算外⼒偶矩。
M A=9549×60/200=2864.7N·m同理可得：M B=954.9N·m，M C=716.2N·m，M D=1193.6N·m（2）计算扭矩。
将将轴分为3段，逐段计算扭矩。
对AB段：∑M x＝0， T1＋M B＝0可得：T1＝-954.9N·m对BC段：∑M x＝0， T2＋M B－M A＝0可得：T2＝1909.8N·m对BC段：∑M x＝0， T3－M＝0可得：T3＝1193.6N·m（3）画扭矩图。
根据计算结果，按⽐例画出扭矩图如右图。
（4）将轮A和轮C位置对调后，由扭矩图可知最⼤绝对值扭矩较之原来有所降低，对轴的受⼒有利。
3. 圆轴的直径d=50mm，转速n=120r/min。
若该轴横截⾯的最⼤切应⼒τmax=60MPa，问圆轴传递的功率多⼤？解：W P=πd3/16=24543.7mm3由τmax=T/W P可得：T=1472.6N·m由M= T=9549×P/n可得：P=T×n/9549=18.5kW4. 在保证相同的外⼒偶矩作⽤产⽣相等的最⼤切应⼒的前提下，⽤内外径之⽐d/D=3/4的空⼼圆轴代替实⼼圆轴，问能够省多少材料？5. 阶梯轴AB如图所⽰，AC段直径d1=40mm，CB段直径d2=70mm，外⼒偶矩M B=1500N·m，M A=600N·m，M C=900N·m，G=80GPa，[τ]=60MPa，[φ/]=2（o）/m。
工程力学第7章
7.1
扭转的概念
工程中有些杆件如车床中的主轴、传动轴,汽车方向盘下的转向轴 AB(图7-1a)、攻螺纹用丝锥的锥杆(图7-1b)等,均属于受扭转的杆件。
图
7-1
它们都有相同的受力特点和变形形式,从而均可抽象为如图7-2所示的 力学模型。由图可见,它们的受力和变形特点是:在杆件的两端作用有两 个大小相等、转向相反,且作用面垂直于杆件的轴线的力偶,致使杆件的 任意两个横截面发生绕杆轴作相对转动的变形。这种变形称为扭转。 扭转时两个横截面相对转动的角度,称为扭转角,一般用φ表示(图7-2)。 以扭转变形为主的杆件通常称为轴。截面形状为圆形的轴称为圆轴,圆 轴在工程上是常见的一种受扭转的杆件。
7.3.3 剪切胡克定律
从薄壁圆筒的扭转试验可以得到与拉伸图相似的T-φ图(图7-8),其中有 一部分是直线,利用式(7-2)、式(7-3)即可以从此图得到切应力τ与切应变 γ间的关系图线(图7-9),其中,直线部分说明τ与γ成正比,即有 τ=Gγ(7-5)
图
7-8
图
7-9
这一关系称为剪切胡克定律。式中,比例常数G称为材料的切变模量, 它反映了材料抵抗剪切变形的能力。G值也随材料而异,可由试验测定。 G和E的单位和量纲相同。
图
7-2
7.2
外力偶矩的计算
扭矩和扭矩图
7.2.1 功率、转速和外力偶矩间的关系
工程中作用于轴上的外力偶矩有时并不直接给出,而往往给出轴的转速和 所传递的功率,它们的换算关系为
PkW {M e }N · (7 1) m 9 549 n r / min
式中,Me为外力偶矩,单位为N· m(牛· 米);P为轴传递的功率,单位为kW(千 瓦);n为轴的转速,单位为r/min(转/分)。
工程力学教程篇(第二版)习题第7章答案
第7章 刚体的平面运动习题7-1 直杆AB 长为l ，两端分别沿着水平和铅直方向运动，已知点A 的速度A υ为常矢量，试求当 60=θ时，点B 的速度和杆AB 的角速度。
（a ） （b ）解法一（如图a ）1.运动分析：杆AB 作平面运动。
2.速度分析：A B A B v v v +=，作速度矢量合成图 IA AB υυυ360tan == A A BA υυυ260cos /==A BAlAB υυω2==解法二（如图b ）1.运动分析：杆AB 作平面运动。
2.速度分析：杆AB 的速度瞬心是点I 。
ωυ⨯=AP A A All υυω260cos ==A AB ll BP υυωυ3260sin =⨯⨯=⨯=s rad /6=ω，试求图示位置时，滑块B 的速度以及连杆AB 的角速度。
解：1.运动分析：杆AB 均作一般平面运动，滑块作直线运动，杆OA 作定轴转动。
2.速度分析：对杆AB ，s m OA A /12=⨯=ωυA B A B v v v +=或AB B AB A v v ][][=30cos B A υυ=s m B /38=υs m A BA /3430tan =⨯=υυ s rad ABBAAB /2==υω7-3 图示机构，滑块B 以s m /12的速度沿滑道斜向上运动，试求图示瞬时杆OA 与杆AB 的角速度。
解：AB 杆运动的瞬心为I 点。
AB B BP ωυ⨯= s r a d BAB /325.043=⨯=υωs m AP AB A /2.7323.043=⨯⨯=⨯=ωυ 4.0⨯=OA A ωυ s rad OA /184.02.7==ω 或利s /m .B A 2753==υυOA=2m ，，圆轮半径为2m ，s rad /60=ω，试求图示位置时，轮心的速度，圆轮的角速度及连杆AB 的角速度。
解：1.运动分析：圆轮和杆AB 均作一般平面运动。
杆OA 作定轴转动。
工程力学课后习题答案
工程力学练习册学校学院专业学号教师姓名第一章静力学基础1-1 画出下列各图中物体A，构件AB，BC或ABC的受力图，未标重力的物体的重量不计，所有接触处均为光滑接触。
（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）1-2 试画出图示各题中AC杆（带销钉）和BC杆的受力图（a）（b）（c）（a）1-3 画出图中指定物体的受力图。
所有摩擦均不计，各物自重除图中已画出的外均不计。
（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）第二章 平面力系2-1 电动机重P=5000N ，放在水平梁AC 的中央，如图所示。
梁的A 端以铰链固定，另一端以撑杆BC 支持，撑杆与水平梁的夹角为30 0。
如忽略撑杆与梁的重量，求绞支座A 、B 处的约束反力。
题2-1图解得: N P F F B A 5000===2-2 物体重P=20kN ，用绳子挂在支架的滑轮B 上，绳子的另一端接在绞车D 上，如图所示。
转动绞车，物体便能升起。
设滑轮的大小及轴承的摩擦略去不计，杆重不计，A 、B 、C 三处均为铰链连接。
当物体处于平衡状态时，求拉杆AB 和支杆BC 所受的力。
题2-2图解得: P F PF AB BC 732.2732.3=-=2-3 如图所示，输电线ACB 架在两电线杆之间，形成一下垂线，下垂距离CD =f =1m ，两电线杆间距离AB =40m 。
电线ACB 段重P=400N ，可近视认为沿AB 直线均匀分布，求电线的中点和两端的拉力。
题2-3图以AC 段电线为研究对象，三力汇交2-4 图示为一拔桩装置。
在木桩的点A 上系一绳，将绳的另一端固定在点C ，在绳的点B 系另一绳BE ，将它的另一端固定在点E 。
然后在绳的点D 用力向下拉，并使绳BD 段水平，AB 段铅直；DE 段与水平线、CB 段与铅直线成等角α=0.1rad （弧度）（当α很小时，tanα≈α）。
如向下的拉力F=800N ，求绳AB 作用于桩上的拉力。
题2-4图 作BD 两节点的受力图 联合解得：kN F F F A80100tan 2=≈=α 2-5 在四连杆机构ABCD 的铰链B 和C 上分别作用有力F 1和F 2，，机构在图示位置平衡。
第07章工程力学习题答案
七 扭 转某圆轴作用有四个外力偶矩11=m m kN ⋅，6.02=m m kN ⋅，2.043==m m m kN ⋅。
(1) 试作轴扭矩图；(2) 若1m 、2m 位置互换，扭矩图有何变化？解：(2)AC ，主动轮A 传递外扭矩11=m m kN ⋅，从C 分别传递外扭矩为4.02=m m kN ⋅，6.03=m m kN ⋅，已知轴的直径4=d cm ，各轮间距50=l cm ，剪切弹性模量80=G GPa ，试求：(1) 合理布置各轮位置；(2) 求出轮在合理位置时轴的最大剪应力、轮A 与轮C之间的解：1．由扭矩图可以看出：按原先的布置，轴的最大扭矩为m kN 0.1⋅； 当主动轮A位于中间位置时，轴的最大扭矩降低为m kN 6.0⋅，因此，将主动轮A 布置在两从动轮B 和C 中间较为合理。
2．47.7MPa Pa 10416106.0633t max =⨯⨯⨯==-πτW T AC854.0r a d 0149.01043210801050106.084923p==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--πϕGI l T AC AC 或 22tp max d GW lT GI l T d G l AC AC AC ===τϕ一空心圆轴的外径90=D mm ，内径60=d mm ，试计算该轴的t W ；若在横截面面积不变的情况下，改用实心圆轴，试比较两者的抗扭截面模量t W ，计算结果说明了什么？ 解：1．空心圆轴的抗扭截面模量()()()34444444t mm 105.119016609016232⨯=⨯-=-=-=πππDd D D d D W2．实心圆轴的抗扭截面模量 设实心圆轴的直径为d '，由实心圆轴与空心圆轴的横截面面积相等，即()22244d Dd -='ππ，可得mm 1.6760902222=-=-='d D d 故实心圆轴的抗扭截面模量为 343t mm 109.516⨯='='d W π3．比较1和2可知：在横截面相同的情况下，空心圆截面要比实心圆截面的抗扭截面模量大，因而，在扭转变形中，采用空心圆截面要比实心圆截面合理。
清华出版社工程力学答案-第7章 圆轴扭转时的强度与刚度计算
7－2 两根长度相等、直径不等的圆轴承受相同的扭矩受扭后，轴表面上母线转过相同 的角度。设直径大的轴和直径小的轴的横截面上的最大剪应力分别为 τ1max 和 τ 2max ，剪切弹 性模量分别为 G1 和 G2。试判断下列结论的正确性。
解： τ 轴max
=
Mx Wp1
= T1 πd 3
≤ 60 ×106
16
T1
≤
60 ×106
× π× 663 16
× 10 −9
=
3387 N·m
τ 套 max
= Mx Wp2
=
T2 πd 3 ⎜⎛1 − ( 68 )4 ⎟⎞
≤ 60 ×106
16 ⎝ 80 ⎠
T2
≤
60 ×106
× π× 803 16
8
7－12 功率为 150kW、转速为 15.4r/s(转/秒)的电机轴如图所示。其中 d1=135mm， d2=75mm，d3=90mm，d4=70mm，d5=65mm。轴外伸端装有胶带轮。试对轴的扭转强度进行 校核。
Me
Me
d5 d2 d1 d3 d4
电机轴
习题 7－12 图
解：1. 求外力偶矩
（A） τ 1max ＞ τ 2 max ； （B） τ 1max ＜ τ 2 max ； （C）若 G1＞G2，则有 τ1max ＞ τ 2 max ； （D）若 G1＞G2，则有 τ1max ＜ τ 2 max 。
解：因两圆轴等长，轴表面上母线转过相同角度，指切应变相同，即 γ1 = γ 2 = γ 由剪切 胡克定律 τ = Gγ 知 G1 > G2 时， τ1max > τ2 max 。因此，正确答案是 C 。
工程力学-第7章
圆轴扭转时的剪应力分析
圆轴扭转时横截面上的剪应力表达式－例题 1 例题
实心轴 空心轴
d1=45 mm D2＝46 mm d2＝23 mm
解：确定实心轴与空心轴的重量之比 解：确定实心轴与空心轴的重量之比 长度相同的情形下，二轴的重量之比即为横截面面积之比：
1 A d 45×10 1 = 2 1 2 = ＝ .28 1 × 3 2 A2 D2 (1α ) 46×10 1 0.5
τ =τ′
D
z
剪应力互等定理
y
切应力互等定理
τ′
如果在微元的一对面上存在剪 应力，另一对与剪应力作用线互 相垂直的面上必然垂直大小相等 相垂直的面上必然垂直大小相等 、方向或相对(两剪应力的箭头相 x 方向或相对( 对)或相背(两剪应力的箭尾相对) 或相背(两剪应力的箭尾相对) ，以使微元保持平衡。这种相互 关系称为剪应力互等定理或 关系称为剪应力互等定理或剪应 力成对定理。 力成对定理。
圆轴扭转时的剪应力分析
弹性范围内的剪应力－剪应变关系
于是，上式表明，横截面上各点的剪应力与点到横截面中 心的距离成正比，即剪应力沿横截面的半径呈线性分布。
τ = Gγ = Gρ
d dx
圆轴扭转时的剪应力分析
静力学方程
圆轴扭转时的剪应力分析
静力学方程
作用在横截面上的剪应力形成一分布力系，这一力系向 截面中心简化结果为一力偶，其力偶矩即为该截面上的扭 截面中心简化结果为一力偶，其力偶矩即为该截面上的扭 矩。于是有
平面假定
变 形 应变分布
物性关系
应力分布
静力方程
应力公式
圆轴扭转时的剪应力分析
变形协调方程 弹性范围内的剪应力－剪应变关系 静力学方程 圆轴扭转时横截面上的剪应力表达式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工程力学（第2版）第7章 弯 曲题 库： 主观题7-1 长度为250mm ，截面尺寸为0.8mm 25mm h b ⨯=⨯的薄钢板卷尺，由于两端外力偶的作用而弯成中心角为030的圆弧。
已知弹性模量52.110MPa E =⨯。
试求钢尺横截面上的最大正应力。
解：由题知302250mm 360πρ⋅= ，故480mm ρ= 卷尺最外层纤维应变最大，且为4max 0.428.3310480hερ-===⨯ 由拉压胡克定律可知 54max max 2.1108.3310176MPa E σε-==⨯⨯⨯=即钢尺横截面上的最大正应221(0.250.23)760.573kN /m 4q π=-⨯=力为176MPa .知识点：1．梁横截面的应力。
参考页: P145。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.0提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算。
提示二：无 提示三：无 提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
7-2 一外径为250mm ，壁厚为10mm ，长度l=12m 的铸铁水管，两端搁在支座上，管中充满着水，如图所示。
铸铁的容量3176kN /m γ=，水的容重3210kN /m γ=。
试求管内最大拉、压正应力的数值。
解：每米铸铁水管的重量 每米水柱的重量22220.2310.231100.415kN /m 44q y ππ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=故水管所受均布荷载120.988kN /m q q q =+=在水管中部有弯矩最大值22max 110.9881217.784kN m 88M ql ==⨯⨯=⋅最大弯曲正应力为3max max343217.7841040.7MPa 2300.25[1()]250z M W σπ⨯⨯===⨯⨯-故管内最大拉、压正应力的数值为,max ,max 40.7MPa t c σσ==。
知识点：1．梁横截面的应力。
参考页: P145。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.0提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算。
提示二：无 提示三：无 提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
7-3某圆轴的外伸部分系空心圆截面，载荷情况如图所示。
试作该轴的弯矩图，并求轴内最大正应力。
解：（1）A 、B 支座可以简化为两个铰支座，对该轴进行受力分析，如图7-3-（1）所示。
由0A M =∑,3170014003120054000B F -⨯+⨯-⨯-⨯= 得7.64kN B F =由0B M =∑,140051000320033000A F -⨯+⨯+⨯-⨯= 得 3.36kN A F =（2）作弯矩图如图7-3-（2）所示。
（3）由弯矩图知：对于AB 段圆轴，最大正应力发生于截面C 处且331.344103263.4MPa 0.06c c z M W σπ⨯⨯===⨯对于BE 段圆轴，最大正应力发生于截面B 处且3340.9103262.1MPa 450.06[1()]60B B z M W σπ⨯⨯===⨯⨯- 综上所述，轴内最大正应力max 63.4MPa σ=知识点：1．梁横截面的应力；2. 最大正应力。
参考页: P145。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.5提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算，最大正应力； 提示二：最大正应力计算。
提示三：无 提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
2、利用最大正应力计算公式计算正应力。
7-4图示外伸梁，用铸铁作成，横截面为槽型，承受集度q =10kN/m 的均布荷载集中载荷F =20kN 的作用。
试求梁内最大正应力及其位置。
已知：744.010mm z I =⨯，1140mm y =，260mm y =。
解：（1）先求支座反力对梁进行受力分析，如图7-4-（1）所示。
由 0,A M =∑2142202BF F q ⨯-⨯+⨯= ，得5kN B F = 由0,BM=∑25420A q F F ⨯⨯-⨯+⨯= , 得35kN A F =（2）绘制弯矩图，如图7-4-（2）所示。
（3）求梁内最大正应力由弯矩图知，最大正应力发生于支座A 处截面上， 且3max 1,max71320100.1470MPa 4.01010c z M y I σ-⨯⨯===⨯⨯3max 2,max71320100.0630MPa 4.01010t z M y I σ-⋅⨯⨯===⨯⨯。
知识点：1．弯矩图；2. 梁横截面的应力；3. 最大正应力。
参考页: P145。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.5提示一：该题考察知识点：1.弯矩图；2. 梁横截面上的应力计算，最大正应力； 提示二：画弯矩图； 提示三：最大正应力计算。
提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
2、利用最大正应力计算公式计算正应力。
7-5图7-3（a ）所示塔器高h =10m,塔底部用裙式支座支撑。
已知支座外径与塔的外径相同，其内径d =1000mm ，壁厚t =8mm 。
塔所受风载荷为q =468N/m.求裙式支座底部的最大弯矩和最大弯曲正应力。
解：支座底部的最大弯矩22max 11||4681023.422M qh KN m ==⨯⨯=最大弯矩正应力3max max max344||32||3223.410 3.82MPa 984(1)[1()]1000z M M W d σπαπ⨯⨯====--。
知识点：1．梁横截面的应力；2. 最大正应力。
参考页: P145。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.0。
提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算，最大正应力； 提示二：最大正应力计算。
提示三：无 提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
2、利用最大正应力计算公式计算正应力。
7-6图示一桥式起重机大跨度梁l =8m,起重量P =29.4kN 。
大梁选用32a 号工字钢，单位长度的重量为527N/m ，工字钢的材料为A3钢，其许用弯曲正应力为[]120MPa σ=，试按正应力校核大梁的强度。
解：（1）进行受力分析将该梁简化，并做受力分析，如图7-6-（1）所示。
其中q 为梁的自重，且527/q N m = （2）求最大弯曲正应力 232max 111129.4852710863.02kN m 4848M pl ql -=+=⨯⨯+⨯⨯⨯=⋅ 查表得32a 号工字钢基本参数如下：3692(cm )z W = 故3max max663.021********a z M MP W σ-⨯===⨯<[]120MPa σ= 综上所述，大梁的强度满足要求。
知识点：1．梁横截面的应力；2. 最大正应力；3. 强度条件的应用。
参考页: P145-154。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.5。
提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算，最大正应力；2.强度条件的应用。
提示二：最大正应力计算。
提示三：利用强度条件选择截面。
提示四（同题解）题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
2、利用强度条件进行选择截面。
7-7当力F 直接作用在梁AB 中点时，梁内最大应力超过许用应力30%，为了消除这一过载现象，配置了如图所示的辅助梁CD ，试求辅助梁的最小跨度a 。
解：梁AB 的受力分析如图7-7-（1）所示。
由对称性知 2A B FF F ==，作AB 的弯矩图如图7-7-（2）所示。
max ()()2224F l a FM l a =-=- 设梁AB 的许用应力为[]σ，抗弯截面系数为Z W 则有 maxmax []zM W σσ== （a ） 且由题意知 14 1.3[]zFl W σ= (b)式（a ）与式(b)联立得 11[]()//1.344z z F l a W Fl W σ=-= 故0.231 1.386m 1.3la l l =-== 终上所述，辅助梁的最小跨度a 为1.386m 。
知识点：1．梁横截面的应力；2. 最大正应力；3. 强度条件的应用。
参考页: P145-154。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 2.0。
提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算，最大正应力；2.强度条件的应用。
提示二：最大正应力计算。
提示三：利用强度条件选择截面。
提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
2、利用强度条件进行选择截面。
7-8试计算在均布载荷作用下，图示圆截面简支梁内最大正应力和最大切应力，并指出它们发生于何处？解：作该梁的剪力图和弯矩图如图7-8-（1）和7-8-（2）所示。
由剪力图知最大切应力3max64510 3.3932510S a F k MP A τπ-⨯==⨯=⨯⨯发生于靠近支座A 和支座B 的截面的中性轴处。
由弯矩图知最大正应力3max max3932 1.2510102MPa 5010z M W σπ-⨯⨯===⨯⨯ 发生于跨中截面的顶部以及底部。
知识点：1．梁横截面的应力；2. 最大正应力及分布。
参考页: P145-154。
学习目标: 2（掌握梁横截面上的应力计算方法，会利用应力计算公式计算正应力） 难度: 1.0。
提示一：该题考察知识点：1. 梁横截面上的应力计算，最大正应力。
提示二：最大正应力计算及分布。
提示三：无。
提示四（同题解） 题解：1、利用正应力计算公式计算正应力。
7-9一矩形截面木梁，其截面尺寸及荷载如图， 1.3kN /m q =。
已知[]10MPa σ=，[]2MPa τ=，试校核梁的正应力强度和切应力强度。
解：（1）进行受力分析，做木梁的受力分析图，如图7-9-（1）所示。
由0,A M =∑214302B q F -⨯+⨯=得 3.47kN B F =由0,B M =∑40A B F F q +-= 得 1.73kN A F =（2）做木梁的剪力图和弯矩图，分别如图7-9-（2）和7-9-（3）所示。
（3）校核梁的正应力强度和切应力强度3max62.1710k 1.50.45MPa 6012010S F A τ-⨯==⨯=⨯⨯<[]2MPa τ=3max max max2291212 1.151015.9MPa 6012010z M M W bh σ-⨯⨯====⨯⨯>[]10MPa σ= 故梁的正应力强度不满足要求，切应力强度满足要求。