南京航空航天大学结构力学课后习题答案
南京航空航天大学 结构力学 课后习题答案 第7章
7-1 图示为各种形式的薄壁梁剖面,设缘条(集中面积)承受正应力,壁板只受剪切,求: (1)剖面各点对x 轴的静矩S x ; (2)剖面对x 轴的惯性矩; (3)剖面的弯心位置。
(a )解:剖面关于x 轴对称,x 轴是中心主轴。
(1)剖面各点对x 轴的静矩22121fHH f S S x x =⋅==- fH H f fH S x =⋅+=-2232 2243fHH f fH S x=⋅-=- (2)剖面对x 轴的惯性矩22)2(4fH H f J x == (3)剖面的弯心位置结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上 取点3为力矩中心,则:2)2(11241b b H fH fHd S J X s x x-=⋅⋅-⋅==⎰ρ 即剖面弯心位于2b x -=处(1)剖面各点对x 轴的静矩12233445563()28837828711828117()82873()828x x x x x H H S f fH H S fH f fH H S fH f fHH S fH f fH H S fH f fH -----=⋅-==+⋅==+⋅==+⋅-==+⋅-= 剪流沿1-2-3-4-5-6方向为正(2)剖面对x 轴的惯性矩2222412[()2()]28232x i i H H H J f y f f fH ==⋅-+⋅=∑ (3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在3-4杆左侧,距3-4杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点的合力矩为零 现对x 轴和3-4杆交点处取矩,则1223455608228y H H H HQ X q b q b q b q b ----⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅= (1) 又知y x y xQ q S J =则(1)式可化为12234556131()822841x x x x x bH bH bH bH X S S S S b J ----=⋅+⋅+⋅+⋅=即结构弯心在x 轴上3-4杆左侧3141b 处题7-1b 图(1)剖面各点对x 轴的静矩12322545651221221122221()221()22x x x x x H S f fH H S f fH H S fH fH f H S f fHH S f fH-----=⋅==⋅==++⋅=⋅-=-=⋅-=- 剪流方向如图(2)剖面对x 轴的惯性矩22224()22()222x i i H HJ f y f f fH ==⋅+⋅⋅=∑(3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在2-5杆左侧,距2-5杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点 的合力矩为零现对x 轴和2-5杆交点处取矩,则12234556022222222y b H b H b H b HQ X q q q q ----⋅+⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅-⋅⋅= (1)又知y x y xQ q S J =则(1)式可化为122345561()04444x x x xx bH bH bH bH X S S S S J ----=-⋅+⋅-⋅+⋅= 即结构弯心在x 轴上与2-5杆相交处题7-1c 图(1)剖面各点对x 轴的静矩x S fR =(2)剖面对x 轴的惯性矩222x i i J f y fR ==∑(3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上11Rx x xs X S ds fR ds J J πρρ=⋅=⋅⎰⎰(1)其中ρ为承受剪流的面积到x 轴的距离,取极坐标θ,记上缘条处0θ=,逆时针方向为正,则cos R ρθ=,代入(1)式得11cos cos 0RxxX fR R ds fR R Rd J J ππθθθ=⋅=⋅⋅=⎰⎰即剖面弯心在两缘条中心连线与x 轴的交点处题7-1d 图(1)剖面各点对x 轴的静矩122343355667871099714452424144515244225722227522221()441()44152()424x x x x x x x x x H S f fH fH H S f fHH S f fHH S fH fH f fHH S fH f fHH S fH f fHH S f fHH S f fHH S fH f fH---------=⋅==+⋅==⋅==++⋅==+⋅==-⋅==⋅-=-=⋅-=-=-+⋅-=- 剪流方向如图(2)剖面对x 轴的惯性矩2222134()62()224x i i H H J f y f f fH ==⋅+⋅⋅=∑ (3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在5-6杆右侧,距5-6杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点的合力矩为零 现对x 轴和5-6杆交点处取矩,则1223433567()42422y H H H H HQ X q a b q a q b q b q b -----⋅-⋅⋅+-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅ 7879910()0424H H Hq b q a q a b ----⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅+= (1) 又知y x y xQ q S J =代入(1)式可得11(2)26X a b =+ 即结构弯心在x 轴上5-6杆右侧11(2)26a b +处 题7-1e 图7-2 题7-2图所示薄壁梁剖面,缘条承受正应力,其截面积为22cm f =。
结构力学课后习题答案
习题7-1 试确定图示结构的位移法基本未知量数目,并绘出基本结构。
(a) (b) (c)1个角位移3个角位移,1个线位移4个角位移,3个线位移(d) (e) (f)3个角位移,1个线位移2个线位移3个角位移,2个线位移(g) (h)(i)7- 327- 33一个角位移,一个线位移 一个角位移,一个线位移 三个角位移,一个线位移7-2 试回答:位移法基本未知量选取的原则是什么?为何将这些基本未知位移称为关键位移?是否可以将静定部分的结点位移也选作位移法未知量?7-3 试说出位移法方程的物理意义,并说明位移法中是如何运用变形协调条件的。
7-4 试回答:若考虑刚架杆件的轴向变形,位移法基本未知量的数目有无变化?如何变化?7-5 试用位移法计算图示结构,并绘出其内力图。
(a)解:(1)确定基本未知量和基本结构有一个角位移未知量,基本结构见图。
lll7- 34Z 1M 图(2)位移法典型方程11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程iql Z ql iZ ql R i r p 24031831,821212111==-∴-==(4)画M 图M 图(b)4m4m 4m7- 35解:(1)确定基本未知量1个角位移未知量,各弯矩图如下1Z =1M 图32EIp M 图(2)位移法典型方程11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 1115,352p r EI R ==- 153502EIZ -=114Z EI=(4)画M 图()KNm M ⋅图(c)6m6m9m7- 36解:(1)确定基本未知量一个线位移未知量,各种M 图如下1M 图243EI 243EI 1243EI p M 图F R(2)位移法典型方程11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 1114,243p pr EI R F ==- 140243p EIZ F -=12434Z EI=(4)画M 图7- 3794M 图(d)解:(1)确定基本未知量一个线位移未知量,各种M 图如下11Z1111r 252/25EA a 简化a2a a2aa F P7- 38图1pR pp M(2)位移法典型方程11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 11126/,55p pr EA a R F ==-126055p EA Z F a -=13a Z EA=(4)画M 图图M(e)l7- 39解:(1)确定基本未知量两个线位移未知量,各种M 图如下图1=11211 EA r l r ⎛⇒=⎝⎭1M221EA r l ⎛=⎝⎭图12 0p p p R F R ⇒=-=p M p(2)位移法典型方程1111221211222200p p r Z r Z R r Z r Z R ++=++=(3)确定系数并解方程7- 4011122122121,1,0p p p EA r r r l EA r l R F R ⎛=== ⎝⎭⎛=+ ⎝⎭=-=代入,解得12p p lZ F EAlZ F EA=⋅=⋅(4)画M 图图M p7-6 试用位移法计算图示结构,并绘出M 图。
南京航空航天大学结构力学课后习题答案
第三章能量原理(习题解答)3-1写出下列弹性元件的应变能和余应变能的表达式。
(a )等轴力杆;(b )弯曲梁;(c )纯剪矩形板。
解:(a )等轴力杆 应变能 余应变能其中L 为杆的长度,f 为杆的截面积,△为杆的变形量,E 为材料的弹性模量。
(b ) 弯曲梁 应变能 余应变能(c ) 纯剪矩形板 应变能 余应变能3-2求图3-2所示桁架的应变能及应变余能,应力一应变之间的关系式为 (a) E (b)E,_解:取节点2进行受力分析,如图3-2a 所示 根据平衡条件,有U BdV fl dV联立(1)、(2)、(3)、(4),得到桁架的应变能为 联立(1)、(2)、(3)、(5),得到桁架的余应变能为(a ) E 时N 1 cos45 N 3COS 45N 1 si n45 N 3 sin 45PN 1p1BN1、2N巳P N 1 1f 13N 3f 3N ±3N 31Ef 1Ef 3 U v AdVfld(1)(2)(3) (4) (5)Nj 联立(1)、(2)、(4)、(6),得到桁架的应变能为 联立(1)、(2)、(5)、(6),得到桁架的应变能为3-3 一种假想的材料遵循如下二维的应力一应变规律 其中E 、G 和 是材料常数。
导出用这种材料做成的二维物体的应变能密度解:应变能密度 余应变能密度 总应变能密度 而 所以应变能密度为3-4试用虚位移原理或最小位能原理确定题3-4图所示平面桁架的节点 o的位置和各杆内力。
各杆材料相同,弹性常数为 E 。
P 1 104N ,P 2 5 103 N ,各杆截面积 f 1 1.5cm 2, f 2. 2cm 2,o-2 杆:系统位能 令 0,则——0,—— 0 ,从而:uv解得由N 旦^ ,得l3-5 试用最小位能原理导出承受均布载荷 q 的弯曲等截面梁(图3-5)的 平衡方程式。
解:由教科书例3-2知 悬臂梁的边界条件为: 在 x 0 处,w 0, dw 0dx在x l 处,剪力Q 0,弯矩M 0 又知u z 业(直法线假设)dx(b )3cm 2。
结构力学习题课后答案(高等教育版)
习 题8-1 试说出单元刚度矩阵的物理意义及其性质与特点。
8-2 试说出空间桁架和刚架单元刚度矩阵的阶数。
8-3 试分别采用后处理法和先处理法列出图示梁的结构刚度矩阵。
(a)解:(a )用后处理法计算 (1)结构标识(2)建立结点位移向量,结点力向量[]T44332211 θνθνθνθν=∆[]Ty M F M F M F M F F 4y43y32y211 =θ(3)计算单元刚度矩阵⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=2222322211211462661261226466126122EI 21 l l -l l l -l -l l -l l l l - l k k k k k ①①①①①⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=222233332232223 33 6 3632336 362EI 21 l l - l l l - l -l l -l l l -l l k k k k k ②②②②②lll⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=222234443343323 33 6 3632336 362EI 2 1 l l - l l l - l -l l -l l l -l l k k k k k ③③③③③(4)总刚度矩阵⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++=222222222234443343333322322222112112 3300003 6 3 6 000 03403003601236000 0 3632600 363186120000 26460 0 0 06126122EI 0 0 00 0 0 4 3 2 1 4 3 2 1 l l -l l l - l - - l l -l l l l - l - - l l -l l -l l l l - -l -- l l -l l l l - l k k k k k k k k k k k k k ③③③③②②②②①①①①θ (5)建立结构刚度矩阵支座位移边界条件[][]00004311 θ θ θν=将总刚度矩阵中对应上述边界位移行列删除,得刚度结构矩阵。
南京航空航天大学 结构力学 课后习题答案 第7章
7-1 图示为各种形式的薄壁梁剖面,设缘条(集中面积)承受正应力,壁板只受剪切,求: (1)剖面各点对x 轴的静矩S x ; (2)剖面对x 轴的惯性矩; (3)剖面的弯心位置。
(a )解:剖面关于x 轴对称,x 轴是中心主轴。
(1)剖面各点对x 轴的静矩22121fHH f S S x x =⋅==- fH H f fH S x =⋅+=-2232 2243fHH f fH S x=⋅-=- (2)剖面对x 轴的惯性矩22)2(4fH H f J x == (3)剖面的弯心位置结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上 取点3为力矩中心,则:2)2(11241b b H fH fHd S J X s x x-=⋅⋅-⋅==⎰ρ 即剖面弯心位于2b x -=处(1)剖面各点对x 轴的静矩12233445563()28837828711828117()82873()828x x x x x H H S f fH H S fH f fH H S fH f fHH S fH f fH H S fH f fH -----=⋅-==+⋅==+⋅==+⋅-==+⋅-= 剪流沿1-2-3-4-5-6方向为正(2)剖面对x 轴的惯性矩2222412[()2()]28232x i i H H H J f y f f fH ==⋅-+⋅=∑ (3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在3-4杆左侧,距3-4杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点的合力矩为零 现对x 轴和3-4杆交点处取矩,则1223455608228y H H H HQ X q b q b q b q b ----⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅= (1) 又知y x y xQ q S J =则(1)式可化为12234556131()822841x x x x x bH bH bH bH X S S S S b J ----=⋅+⋅+⋅+⋅=即结构弯心在x 轴上3-4杆左侧3141b 处题7-1b 图(1)剖面各点对x 轴的静矩12322545651221221122221()221()22x x x x x H S f fH H S f fH H S fH fH f H S f fHH S f fH-----=⋅==⋅==++⋅=⋅-=-=⋅-=- 剪流方向如图(2)剖面对x 轴的惯性矩22224()22()222x i i H HJ f y f f fH ==⋅+⋅⋅=∑(3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在2-5杆左侧,距2-5杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点 的合力矩为零现对x 轴和2-5杆交点处取矩,则12234556022222222y b H b H b H b HQ X q q q q ----⋅+⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅-⋅⋅= (1)又知y x y xQ q S J =则(1)式可化为122345561()04444x x x xx bH bH bH bH X S S S S J ----=-⋅+⋅-⋅+⋅= 即结构弯心在x 轴上与2-5杆相交处题7-1c 图(1)剖面各点对x 轴的静矩x S fR =(2)剖面对x 轴的惯性矩222x i i J f y fR ==∑(3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上11Rx x xs X S ds fR ds J J πρρ=⋅=⋅⎰⎰(1)其中ρ为承受剪流的面积到x 轴的距离,取极坐标θ,记上缘条处0θ=,逆时针方向为正,则cos R ρθ=,代入(1)式得11cos cos 0RxxX fR R ds fR R Rd J J ππθθθ=⋅=⋅⋅=⎰⎰即剖面弯心在两缘条中心连线与x 轴的交点处题7-1d 图(1)剖面各点对x 轴的静矩122343355667871099714452424144515244225722227522221()441()44152()424x x x x x x x x x H S f fH fH H S f fHH S f fHH S fH fH f fHH S fH f fHH S fH f fHH S f fHH S f fHH S fH f fH---------=⋅==+⋅==⋅==++⋅==+⋅==-⋅==⋅-=-=⋅-=-=-+⋅-=- 剪流方向如图(2)剖面对x 轴的惯性矩2222134()62()224x i i H H J f y f f fH ==⋅+⋅⋅=∑ (3)剖面的弯心结构关于x 轴对称,弯心必在x 轴上设弯心在5-6杆右侧,距5-6杆的距离为X ,由弯心的定义可知当弯心处作用有y Q 时,结构上的剪流和y Q 在结构上任意一点的合力矩为零 现对x 轴和5-6杆交点处取矩,则1223433567()42422y H H H H HQ X q a b q a q b q b q b -----⋅-⋅⋅+-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅ 7879910()0424H H Hq b q a q a b ----⋅⋅-⋅⋅-⋅⋅+= (1) 又知y x y xQ q S J =代入(1)式可得11(2)26X a b =+ 即结构弯心在x 轴上5-6杆右侧11(2)26a b +处 题7-1e 图7-2 题7-2图所示薄壁梁剖面,缘条承受正应力,其截面积为22cm f =。
结构力学课后习题答案
结构⼒学课后习题答案附录B 部分习题答案2 平⾯体系的⼏何组成分析2-1 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×。
2-2 (1)⽆多余约束⼏何不变体系;(2)⽆多余约束⼏何不变体系;(3)6个;(4)9个;(5)⼏何不变体系,0个;(6)⼏何不变体系,2个。
2-3 ⼏何不变,有1个多余约束。
2-4 ⼏何不变,⽆多余约束。
2-5 ⼏何可变。
2-6 ⼏何瞬变。
2-7 ⼏何可变。
2-8 ⼏何不变,⽆多余约束。
2-9⼏何瞬变。
2-10⼏何不变,⽆多余约束。
2-11⼏何不变,有2个多余约束。
2-12⼏何不变,⽆多余约束。
2-13⼏何不变,⽆多余约束。
2-14⼏何不变,⽆多余约束。
5-15⼏何不变,⽆多余约束。
2-16⼏何不变,⽆多余约束。
2-17⼏何不变,有1个多余约束。
2-18⼏何不变,⽆多余约束。
2-19⼏何瞬变。
2-20⼏何不变,⽆多余约束。
2-21⼏何不变,⽆多余约束。
2-22⼏何不变,有2个多余约束。
2-23⼏何不变,有12个多余约束。
2-24⼏何不变,有2个多余约束。
2-25⼏何不变,⽆多余约束。
2-26⼏何瞬变。
3 静定梁和静定刚架3-1 (1) √;(2) ×;(3) ×;(4) √;(5) ×;(6) √;(7) √;(8) √。
3-2 (1) 2,下;(2) CDE ,CDE ,CDEF ;(3) 15,上,45,上;(4) 53,-67,105,下; (5) 16,右,128,右;(6) 27,下,93,左。
3-3 (a) 298AC M ql =-,Q 32AC F ql =;(b) M C = 50kN·m ,F Q C = 25kN ,M D = 35kN·m ,F Q D = -35kN ;(c) M CA = 8kN·m ,M CB = 18kN·m ,M B = -4kN·m ,F Q BC = -20kN ,F Q BD = 13kN ; (d) M A = 2F P a ,M C = F P a ,M B = -F P a ,F Q A = -F P ,F Q B 左 = -2F P ,F Q C 左 = -F P 。
南京航空航天大学 结构力学 课后习题答案 第6章
6-1 题6-1图所示平面桁架,各杆Ef 相同,求在载荷P 作用下桁架各杆的内力。
解:(1)解除约束:系统静不定度为K=1,故解除1-2杆的约束, 代之以约束力X 1,如图6-1a 所示。
(2)内力分析:求<<P>>状态下的内力N p 、 单位状态<<1>> 下的内力N 1,内力分别如图6-1b,6-1c 所示。
(3)求典型方程中的影响系数δ11和载荷系数△1PEfdEf l N i i )223(2111+===∑ δ EfPdEf l N N i i P P 2111-===∆∑(4)求解多余约束力X 1:由典型方程01111=∆+P X δ解得:PP d EfEf Pd X P 172.0)223()223(22/1111≈-=+=∆-=δ(5)用叠加原理11X N N N P +=求出各杆的内力PN N P N N P N N P N )12(;)222(;)22(;)223(45342414251312-==-==-==-=6-2 题6-2图所示平面桁架,杆长AD=DC=BC=1m,AC 杆和BD 杆的截面积A AC =A BD =200mm 2,A AD =A DC =A BC =150mm 2, 各杆材料均相同,E =200KN/mm 2,当C 点受垂直载荷P =100KN 作用时,求该结构各杆的内力。
解:(1)解除约束:系统静不定度为K=1,故解除CD 杆的约束, 代之以约束力X 1,如图6-2a 所示。
(2)内力分析:求<<P>>状态下的内力N p 、 单位状态<<1>>下的内力N 1,内力分别如图6-2b,6-2c 所示。
(3)求典型方程中的影响系数δ11和载荷系数△1P1150.0803342111≈+===∑ i i Ef l N δ4316.048093411-≈-===∆∑P Ef l N N i i P P (4)求解多余约束力X 1:由典型方程01111=∆+P X δ解得:755.3663437233480480934/1111≈--=+⨯--=∆-=P P X P δ(5)用叠加原理求出各杆的内力: 11X N N N P +=KN N C B 480.88=-KN N D B 252.3-=-748.46=-C A NKN N D A 877.1=-KN N D C 755.3=-如图6-2d 所示。
结构力学课后习题答案[1]
)e( 移位线个 1�移位角个 3 移位角个 1
)d(
)c(
。构结本基出绘并�目数量知未本基法移位的构结示图定确试 1-7
)b(
) a(
题
习
33 -7
下如图矩弯各�量知未移位角个 1 m4 m4
量知未本基定确�1� �解 C IE
m4
D Nk01
IE
B
IE2 m/Nk5.2
A )b(
图M
42 lq 2 5
图矩弯终最画�4� 得解�入代
61.53
IE
3
0 � p 2 R , 0 3 � p 1R 6 � 2 2r IE � 1 2r � 2 1r , I E 2 � 1 1r
程方解并数系定确�3�
p2
11
1
0�
R � 2 Z 2 2r � 1 Z 1 2r R � 2 Z 2 1r � 1 Z 11r
N K 0 3 � � p 2 R , N K 0 3 � p 1R 4 � � 2 2r 0 � 1 2r � 2 1r , i1 1 � 1 1r
p2
得解�入代
i3
程方解并数系定确�3�
0�
R � 2 Z 2 2r � 1 Z 1 2r R � 2 Z 2 1r � 1 Z 11r
程方型典法移位�2�
程方型典法移位�2�
0�
p1
图p M
03 � p 1R � 0 � p 1R
03
04 -7
m2
m2 数常=IE F
B E
m2
m2
D
A
m2
Nk03
C )c(
90.92 55.43
图M
81.8 19.02 54.57 02
南京航空航天大学_结构力学_课后习题答案_第2章
第二章 薄板的弯曲(习题解答)2-1 写出2-1图所示矩形薄板的边界条件。
OA 为简支边,并作用有分布的弯矩M 。
BC 边为固支边,OC 边为简支边。
AB 边为自由边。
解:OA 边:M x w Dyw u x w D M w x x x x x -=∂∂-=∂∂+∂∂-======0220222200)(0;OC 边:0)(00220222200=∂∂-=∂∂+∂∂-======y y y y y y wD x w u y w D M w ;BC 边:00=∂∂===ax a x xww ;AB 边:0)(2222=∂∂+∂∂-===b y by yx wu y w D M0])2([)(2333=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+==by by yx y y x w u y w D xM Q2-2 如图2-2所示,矩形薄板OA 边和OC 边为简支边,AB 和BC 为自由边,在点B 受向下的横向集中力P 。
试证w mxy =可作为该薄板的解答,并确定常数m 、内力及边界处反力。
解:mxy w =满足平衡微分方程0/4==∇D q wOC 边上:0)(0022220=;==∂∂+∂∂-=y y x wu y w D wOA 边上:0)(0022220=;==∂∂+∂∂-=x x y wu x w DwAB 边上:0])2([0)(23332222=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+∂∂-==by b y y x wu y w D x w u y w D ;BC 边上:0])2([0)(23332222=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+∂∂-==ax a x y x wu x w D y w u x w D ;在B 点上:P m u D y x wu D by a x -=--=∂∂∂--==)1(2)()1(2,2)1(2u D Pm -=⇒所以)1(2u D Pxyw -=0)(2222=∂∂+∂∂-=y wu x w D M x ;0)(2222=∂∂+∂∂-=x w u y w D M y ;2)1(2P y x w u D M xy-=∂∂∂--= ;02=∇∂∂-=w xD Q x ;02=∇∂∂-=w y D Q y P R R P y x wu D R O C AA ==-=∂∂∂--=;)()1(222-3 如图2-3所示,半椭圆形薄板,直线边界为简支边,曲线边界ACB 为固支边,承受横向载荷0q=q xa 。
南京航空航天大学 结构力学 课后习题答案 第2章
第二章 薄板的弯曲(习题解答)2-1 写出2-1图所示矩形薄板的边界条件。
OA 为简支边,并作用有分布的弯矩M 。
BC 边为固支边,OC 边为简支边。
AB 边为自由边。
解:OA 边:M x w D y w u x w D M w x x x x x -=∂∂-=∂∂+∂∂-======0220222200)(0;OC 边:0)(00220222200=∂∂-=∂∂+∂∂-======y y y y y y wD x w u y w D M w ;BC 边:00=∂∂===ax a x xww ;AB 边:0)(2222=∂∂+∂∂-===b y by yx wu y w D M0])2([)(2333=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+==by by yx y y x w u y w D xM Q2-2 如图2-2所示,矩形薄板OA 边和OC 边为简支边,AB 和BC 为自由边,在点B 受向下的横向集中力P 。
试证w mxy =可作为该薄板的解答,并确定常数m 、内力及边界处反力。
解:mxy w =满足平衡微分方程0/4==∇D q wOC 边上:0)(0022220=;==∂∂+∂∂-=y y x wu y w D wOA 边上:0)(0022220=;==∂∂+∂∂-=x x y wu x w D wAB 边上:0])2([0)(23332222=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+∂∂-==by b y y x wu y w D x w u y w D ;BC 边上:0])2([0)(23332222=∂∂∂-+∂∂-=∂∂+∂∂-==ax a x y x wu x w D y w u x w D ;在B 点上:P m u D y x wu D by a x -=--=∂∂∂--==)1(2)()1(2,2)1(2u D Pm -=⇒所以)1(2u D Pxyw -=0)(2222=∂∂+∂∂-=y wu x w D M x ;0)(2222=∂∂+∂∂-=x w u y w D M y ;2)1(2P y x w u D M xy-=∂∂∂--= ;02=∇∂∂-=w xD Q x ;02=∇∂∂-=w y D Q y P R R P y x wu D R O C AA ==-=∂∂∂--=;)()1(222-3 如图2-3所示,半椭圆形薄板,直线边界为简支边,曲线边界ACB 为固支边,承受横向载荷0q=q xa 。
结构力学章节习题及参考答案
习题7.2填空题
(1)习题5.2(1)图(a)所示超静定梁的支座A发生转角,若选图(b)所示力法基本结构,则力法方程为_____________,代表的位移条件是______________,其中1c=_________;若选图(c)所示力法基本结构时,力法方程为____________,代表的位移条件是______________,其中1c=_________。
(a)
习题3.7改正习题3.7图所示刚架的弯矩图中的错误部分。
(a)(b)(c)
(d)(e)(f)
习题3.7图
习题3.8作习题3.8图所示刚架的内力图。
(a)
(b)
习题3.8图
第4章 静定拱习题解答
习题4.1是非判断题
(1) 三铰拱的水平推力不仅与三个铰的位置有关,还与拱轴线的形状有关。( )
(2) 所谓合理拱轴线,是指在任意荷载作用下都能使拱处于无弯矩状态的轴线。 ( )
习题3.2(2)图
习题3.3作习题3.3图所示单跨静定梁的M图和 图。
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
习题3.3图
习题3.4作习题3.4图所示单跨静定梁的内力图。
(c)
习题3.4图
习题3.5作习题3.5图所示斜梁的内力图。
习题3.5图
习题3.6作习题3.6图所示多跨梁的内力图。
(a)
习题3.6图
(4) 由三个铰两两相连的三刚片组成几何不变体系且无多余约束。( )
(5) 习题2.1(5) 图所示体系去掉二元体CEF后,剩余部分为简支刚架,所以原体系为无多余约束的几何不变体系。( )
习题 2.1(5)图
结构力学课后习题答案
习题及参考答案【习题2】【习题3】【习题4】【习题5】【习题6】【习题8】【习题9】【习题10】「习题11】【习题12】【习题13】【习题14】【参考答衆】习题22-1〜2-14试对图示体系进行儿何组成分析,如果是只有多余联系的儿何不变体系,则应指出多余联系的数目。
d5∑° X 厂^τ"βH题2-2图ΓΛ题2-3图题2-5图题2-6图题2-1图H 2-9 图题2-10图题2-11图题2-12图题2-13图习题3试作图示多跨挣定梁的M及Q图。
(a) (b)题3-1图3-2试不计算反力而绘出梁的M图。
题3-2图习题44-1作图示刚架的M、Q、N图。
40fcN 40kN20kNm4-2作图示刚架的M图。
2OkN m SkN mSkXm 40fcN题4-1图4-3作图示三狡刚架的M图。
4-4作图示刚架的M图。
AEmJnIAr lD1题4-2图4-5己知结构的M图•试绘出荷载。
题4-4图3IOkNnlJ^1.5mC(a)题4-3日6erIB9 9题5-1图5-2带拉杆拱,拱轴线方程y= il(l-χ)χ,求截面K 的弯矩。
题5-2图5-3试求图示带拉杆的半圆三狡拱截面K 的内力・4-6检査F 列刚架的M 图,并予以改正。
题4-5图ω∙I ∣ULL∏ ∏ ⅛)题4-6图习题5图示抛物纟戈三铁拱轴线方程y = ff(l-x)x ,试求D 截面的内力。
IkNm15m [ 5m [ ICm 1=3OmC题5-3图习题6 6-1判定图示桁架中的零杆。
题6-1图6-2用结点法计算图示桁架中各杆内力。
(a) FGH月Λ4x4m=16m题6-2图6-3用截面法计算图示桁架中指定各杆的内力。
40kN题6-3图6-4试求图示组介结构中齐链杆的轴力并作受弯杆件的Q图。
2m ] 2m ]lm]lπ⅝] 2m [题6-4图6-5用适宜方法求桁架中指定杆内力。
题6-6图习题88-1试作图示悬臂梁的反力V B 、MB 及内力Q C 、MC 的影响线。
《结构力学》习题解答(内含解答图)
习题2-9试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-9图习题2-9解答图
解:由于与基础的约束多余三个,故基础作为刚片Ⅰ。铰结△ABE为刚片Ⅱ,铰结△BCD为刚片Ⅲ。刚片Ⅰ与刚片Ⅱ是由杆FE和支撑杆A相连,虚铰在两杆的延长线的交点处,刚片Ⅰ与刚片Ⅲ是由杆GD和支撑杆C相连,虚铰在两杆的延长线的交点处,而刚片Ⅱ与刚片Ⅲ是铰B相连。此时,三铰不共线,该体系为几何不变体,且无多余约束。
结点h的隔离体上无荷载作用且为三杆结点故由平衡条件结点e的隔离体上无荷载作用且可看作为三杆结点故由平衡条件由结点g的隔离体根据平衡条件可求得由结点f的隔离体根据平衡条件可求得提高题pl2llp1pllp1vpl2llp1pllp1vbhaacefda提高题51图vanafn1ndfhadvadpnadfdhadvadhafvafnacbc提高题5
《结构力学》习题解答
第2章平面体系的几何组成分析
2.3
2.3.1基本题
习题2-1试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-1图习题2-1解答图
解:为了便于分析,对图中的链杆和刚片进行编号,分析过程见习题2-1解答图。地基为刚片I,它与刚片Ⅱ之间用不交于一点的链杆1、2、3相连,组成几何不变部分,看作一个新刚片。此刚片与刚片Ⅲ又由不交于一点的链杆4、5、6相连,又组成几何不变体。
习题2-8试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-8图习题2-8解答图
解:为了便于分析,对图中的链杆和刚片进行编号,分析过程见图2-21(b)。首先去掉二元体NMI、JNI,然后分析剩余部分。杆AD由固定支撑与基础联结形成一体,构成几何不变体,在此基础上增加二元体DEB、EFC、EHF形成刚片Ⅰ(注意固定铰支座与铰相同);铰结△GIJ为刚片Ⅱ;刚片I与刚片Ⅱ之间用不交于一点的杆DI、杆GI、杆HJ相连,组成几何不变体。
《结构力学习题》(含答案解析)
第三章 静定结构的位移计算一、判断题:1、虚位移原理等价于变形谐调条件,可用于求体系的位移。
2、按虚力原理所建立的虚功方程等价于几何方程。
3、在非荷载因素(支座移动、温度变化、材料收缩等)作用下,静定结构不产生内力,但会有位移且位移只与杆件相对刚度有关。
4、求图示梁铰C 左侧截面的转角时,其虚拟状态应取:A.;; B.D.C.=1=15、功的互等、位移互等、反力互等和位移反力互等的四个定理仅适用于线性变形体系。
6、已知M p 、M k 图,用图乘法求位移的结果为:()/()ωω1122y y EI +。
M k M p 21y 1y 2**ωω( a )M =17、图a 、b 两种状态中,粱的转角ϕ与竖向位移δ间的关系为:δ=ϕ 。
8、图示桁架各杆E A 相同,结点A 和结点B 的竖向位移均为零。
a a9、图示桁架各杆EA =常数,由于荷载P 是反对称性质的,故结点B 的竖向位移等于零。
二、计算题:10、求图示结构铰A 两侧截面的相对转角ϕA ,EI = 常数。
q l l l /211、求图示静定梁D 端的竖向位移 ∆DV 。
EI = 常数 ,a = 2m 。
a a a 10kN/m12、求图示结构E 点的竖向位移。
EI = 常数 。
l l l /3 2 /3/3q13、图示结构,EI=常数 ,M =⋅90kN m , P = 30kN 。
求D 点的竖向位移。
P 3m 3m 3m14、求图示刚架B 端的竖向位移。
ql15、求图示刚架结点C 的转角和水平位移,EI = 常数 。
q16、求图示刚架中D点的竖向位移。
EI =常数。
l/217、求图示刚架横梁中D点的竖向位移。
EI=常数。
18、求图示刚架中D点的竖向位移。
E I = 常数。
qll l/219、求图示结构A、B两截面的相对转角,EI=常数。
l/23l/320、求图示结构A、B两点的相对水平位移,E I = 常数。
ll21、求图示结构B点的竖向位移,EI = 常数。
结构力学课后习题答案
习题7-1 试确定图示结构的位移法基本未知量数目,并绘出基本结构。
(a) (b) (c)1个角位移 3个角位移,1个线位移 4个角位移,3个线位移(d) (e) (f)3个角位移,1个线位移 2个线位移3个角位移,2个线位移(g) (h) (i)一个角位移,一个线位移一个角位移,一个线位移三个角位移,一个线位移7-2 试回答:位移法基本未知量选取的原则是什么为何将这些基本未知位移称为关键位移是否可以将静定部分的结点位移也选作位移法未知量7-3 试说出位移法方程的物理意义,并说明位移法中是如何运用变形协调条件的。
7-4 试回答:若考虑刚架杆件的轴向变形,位移法基本未知量的数目有无变化如何变化7-5 试用位移法计算图示结构,并绘出其内力图。
(a)lBl l解:(1)确定基本未知量和基本结构有一个角位移未知量,基本结构见图。
Z 1M 图(2)位移法典型方程 11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程iql Z ql iZ ql R i r p 24031831,821212111==-∴-==(4)画M 图M 图(b)4m 4m4mC解:(1)确定基本未知量1个角位移未知量,各弯矩图如下1Z =1M 图32EIp M 图(2)位移法典型方程 11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 1115,352p r EI R ==- 153502EIZ -=114Z EI=(4)画M 图()KN mM ⋅图(c)6m6m9m解:(1)确定基本未知量 一个线位移未知量,各种M 图如下1M 图243EI 243EI 1243EI p M 图F R(2)位移法典型方程 11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 1114,243p pr EI R F ==- 140243p EIZ F -=12434Z EI=(4)画M 图94M 图(d)解:(1)确定基本未知量 一个线位移未知量,各种M 图如下11Z1111r 252/25EA a 简化a2aa2aaF F P图1pR pp M(2)位移法典型方程 11110pr Z R +=(3)确定系数并解方程 11126/,55p pr EA a R F ==-126055p EA Z F a -=13a Z EA=(4)画M 图图M(e)l解:(1)确定基本未知量 两个线位移未知量,各种M 图如下图1=11211 EA r l r ⎛⇒=⎝⎭1M221EA r l ⎛=⎝⎭图12 0p p p R F R ⇒=-=p M pF(2)位移法典型方程1111221211222200p p r Z r Z R r Z r Z R ++=++=(3)确定系数并解方程11122122121,4414,0p p p EA r r r l l EA r l R F R ⎛⎫=+== ⎪⎝⎭⎛=+ ⎝⎭=-=代入,解得12p p lZ F EAlZ F EA=⋅=⋅(4)画M 图图M p7-6 试用位移法计算图示结构,并绘出M 图。
结构力学课后习题答案
结构力学课后习题答案(总23页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--习题及参考答案【习题2】【习题3】【习题4】【习题5】【习题6】【习题8】【习题9】【习题10】【习题11】【习题12】【习题13】【习题14】【参考答案】习题22-1~2-14试对图示体系进行几何组成分析,如果是具有多余联系的几何不变体系,则应指出多余联系的数目。
题2-1图题2-2图题2-3图题2-4图题2-5图题2-6图题2-7图题2-8图题2-9图题2-10图题2-11图题2-12图 题2-13图 题2-14图习题33-1 试作图示多跨静定梁的M 及Q 图。
(b)(a)20kN10kN40kN20kN/m40kN题3-1图3-2 试不计算反力而绘出梁的M 图。
(b)5kN/m40kN(a)题3-2图习题44-1 作图示刚架的M 、Q 、N 图。
(c)(b)(a)/20kN /m2kN /m题4-1图4-2 作图示刚架的M 图。
P(e)(d)(a)(b)(c)20k N /m4kN题4-2图4-3 作图示三铰刚架的M 图。
(b)(a)题4-3图4-4 作图示刚架的M 图。
(a)题4-4图4-5 已知结构的M 图,试绘出荷载。
(b)(a)题4-5图4-6 检查下列刚架的M 图,并予以改正。
(e)(g)(h)P(d)(c)(a)(b)(f)题4-6图习题55-1 图示抛物线三铰拱轴线方程x x l lfy )(42-=,试求D 截面的内力。
题5-1图5-2 带拉杆拱,拱轴线方程x x l lf y )(42-=,求截面K 的弯矩。
C题5-2图 题5-3图5-3 试求图示带拉杆的半圆三铰拱截面K 的内力。
习题66-1 判定图示桁架中的零杆。
(c)(b)题6-1图6-2 用结点法计算图示桁架中各杆内力。
(b)题6-2 图6-3 用截面法计算图示桁架中指定各杆的内力。
(b)题6-3图6-4 试求图示组合结构中各链杆的轴力并作受弯杆件的M 、Q 图。
结构力学课后练习题+答案
2cm
A CB 2cm 2cm
42、求图示结构 A 点竖向位移(向上为正) AV 。
M EI
EI A
a
EI
EI = ∞ 1
3 EI
K = a3
a
a
43、求图示结构 C 点水平位移 CH ,EI = 常数。
M B
2l
C 6 EI k=
l3
A l
44、求图示结构 D 点水平位移 DH 。EI= 常数。
a/ 2 D
a
A
c1
A'
a
B B'
aห้องสมุดไป่ตู้
c2
35、图示结构 B 支座沉陷 = 0.01m ,求 C 点的水平位移。
C l
A
B
l/2 l/2
—— 25 ——
《结构力学》习题集
36、结构的支座 A 发生了转角 和竖向位移 如图所示,计算 D 点的竖向位移。
A
D
l
l l/ 2
37、图示刚架 A 支座下沉 0.01l ,又顺时针转动 0.015 rad ,求 D 截面的角位移。
P
P
l
l
l
l
18、用力法计算图示结构并作弯矩图。
—— 31 ——
100 kN C EI
《结构力学》习题集
100 kN D
2 EI A
2 EI
4m
B
1m
6m
1m
19、已知 EI = 常数,用力法计算并作图示对称结构的 M 图。
q
q
EA=
l
l
l
20、用力法计算并作图示结构的 M 图。EI =常数。
a
P q
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第三章 能量原理
(习题解答)
3-1 写出下列弹性元件的应变能和余应变能的表达式。
(a )等轴力杆;(b )弯曲梁;(c )纯剪矩形板。
解:(a )等轴力杆
应变能 余应变能
其中L 为杆的长度,f 为杆的截面积,Δ为杆的变形量,E 为材料的弹性模量。
(b )弯曲梁 应变能
余应变能 (c )纯剪矩形板 应变能 余应变能
3-2 求图3-2所示桁架的应变能及应变余能,应力—应变之间的关系式为 (a ) E σε= (b )
σ=
解:取节点2进行受力分析,如图3-2a 所示。
根据平衡条件,有
13213113cos 45cos 45sin 45sin 45N N P N N P N N ︒︒︒︒
⎧+=⎨=+⎩⇒== (1)
311313
N N
f f σσ== (2)
(a ) E σε=时
3
1131
3
N N Ef Ef εε=
=
(3) 0
V
U AdV fl d εσε==⎰⎰ (4) 0
V
U BdV fl d σ
εσ*
==⎰⎰ (5)
联立(1)、(2)、(3)、(4),得到桁架的应变能为 联立(1)、(2)、(3)、(5),得到桁架的余应变能为
(b )
σ=时
22
3113222213
N N E f E f εε== (6)
联立(1)、(2)、(4)、(6),得到桁架的应变能为 联立(1)、(2)、(5)、(6),得到桁架的应变能为 3-3 一种假想的材料遵循如下二维的应力—应变规律
其中E 、G 和μ是材料常数。
导出用这种材料做成的二维物体的应变能密度。
解:应变能密度 余应变能密度 总应变能密度 而
所以应变能密度为
3-4 试用虚位移原理或最小位能原理确定题3-4图所示平面桁架的节点o 的位置和各杆内力。
各杆材料相同,弹性常数为E 。
N P 4110=,N P 32105⨯=,各杆截面积215.1cm f =,222cm f =,233cm f =。
解:设o 点的位移为u 、v ,则各杆的变形量如下: o-1杆:)(2
2
sin cos 1v u v u +=+=∆θθ o-2杆:v =∆2
o-3杆:)(22
sin cos 3v u u +-=+-=∆θθ 系统位能 令0=∏δ,则0=∂∏∂u ,0=∂∏
∂v
,从而: 解得
由∆=
l
Ef
N ,得 3-5 试用最小位能原理导出承受均布载荷q 的弯曲等截面梁(图3-5)的平衡方程式。
解:由教科书例3-2知 悬臂梁的边界条件为:
在0x =处,0w =,0dw dx = 在x l =处,剪力0Q =,弯矩0M = 又知
dw
u z
dx
=-(直法线假设)
在x l =处,弯矩0M = 所以,当x l =时, 又知 所以
在x l =处,剪力0Q =
所以,当x l =时,330d w
dx
=
由以上,如果
则有受均布载荷悬臂梁的平衡方程为
44d w
EJ q dx
-=0
3-6 试用最小余能原理求解图3-6所示圆框的弯矩表达式,并给出弯矩图。
圆框的截面弯矩刚度为EJ 、sin P
q R
απ=。
解: 根据圆框的对称性可知,在图3-6a 的受力分析图中,只有轴力和弯矩,而无剪力。
取右半部分的一段进行受力分析如图3-6a 所示。
根据平衡条件,可得到弯矩表达式 余应变能 外力余能
故
根据最小余能原理
*0
0002
00
1
2
MRd M EJ
M N R PR π
αππ∂∏=⇒=∂⇒--=⎰
(1)
*0
00020(1cos )037
28
MRR d N EJ M N R PR π
ααππ∂∏=⇒-=∂⇒--=⎰ (2)
联立(1)、(2)解得
则圆框截面的弯矩为
3-7 试用瑞利—李兹法确定图3-7所示梁的点A 处横向挠度。
解:梁两端简支,其位移边界条件为
0202|0|0x x w d w dx ===⎧⎪⎨=⎪⎩, 2
2|0|0x L x L w d w
dx
===⎧⎪⎨=⎪⎩ 选取正弦函数为基函数,取前两项,则 梁的应变能为
梁的外力势能 梁的总位能
由最小位能原理 因此
当2
3
x L =时
3-8 沿直平面内的正方形薄板,边长为2a ,四边固定,只受重力g ρ作用,如图3-8所示。
设0μ=,试取位移分量的表达式为 用瑞利—李兹法或伽辽金法求解。
解:运用伽辽金法求解。
本题中的四边形薄板四边固支,因此是一个平面应力问题。
其基本方程为
()222222222222
1101221101221,2,3m m E u u v X u dxdy x y x y E v v u Y v dxdy y x x y m μμμμμμ⎡⎤
⎛⎫∂-∂+∂+++=⎢⎥ ⎪-∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦
⎡⎤
⎛⎫∂-∂+∂+++=⎢⎥ ⎪-∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦=⎰⎰⎰⎰L (1) 当只取1A 项和1B 项时,位移分量的表达式为
2222112242242222112
22222222211
2224
661,1221,133411,u y xy u x xy A A x a a y a a v y v x B B x a a y a a A u x y v xy
B x y a a a x y a ⎛⎫⎛⎫∂∂⎛⎫
⎛⎫
=--=-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫∂∂⎛⎫
⎛⎫
=--=-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭
⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫∂∂=--= ⎪⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭ (2) 因为0,0,X Y g μρ===,所以(1)式可简化为
222122222
1221102211022a
a
a a a a a a u u v E u dxdy x
y x y v v u E g v dxdy y x x y ρ----⎛⎫
∂∂∂++= ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎡⎤⎛⎫
∂∂∂+++=⎢⎥ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦
⎰⎰⎰⎰ (3)
将11,u v ,及(2)式代入(3)式,得
即 简化为 由此解得
代入位移表达式,得 由物理方程,得
3-9 用李兹法求解受均布载荷作用双简支梁的最大挠度和最大弯矩,挠度函数选下列两种形式,比较其计算结果。
(a )1()sin x
w x a l
π=
(b )133()sin
sin
x
x
w x a a l l
ππ=+
解:双简支梁两端的位移边界条件是
在0x x l ==处,22
00d w
w dx
== 弯矩的表达式为
(a )1()sin x
w x a l
π=时
梁的总位能
由最小位能原理0δ∏=有 所以挠度函数的表达式
最大挠度 最大弯矩
(b )133()sin sin
x x
w x a a l l
ππ=+时 梁的总位能
由最小位能原理0δ∏=有 所以挠度函数的表达式
最大挠度 最大弯矩
3-10 用李兹法求解受均布载荷悬臂梁的挠度,挠度函数选下列各种形式,并比较两种计算所得的最大挠度。
(a )2323()w x a x a x =+
(b )()(1cos )2x
w x A l
π=-
解:悬臂梁的边界条件是
在x=0处,00dw
w dx
==
(a )2323()w x a x a x =+时
梁的总位能
由最小位能原理0δ∏=有
232321
04603EJla EJl a ql a ∂∏=⇒+-=∂ (1) 2342331
061204EJl a EJl a ql a ∂∏=⇒+-=∂ (2) 联立(1)、(2)解得
所以挠度函数的表达式
最大挠度
(b )()(1cos
)2x
w x A l
π=-时
梁的总位能
δ∏=有根据最小余能原理0
所以挠度函数的表达式
最大挠度。