材料力学简单的超静定问题答案
材料力学 简单的超静定问题
FN 3 l 3 E 3 A3
FN1
FN3
a a A
A1 FN2
l3
FN 3l3 E 3 A3
(3)
(4)补充方程：由几何方程和物理方程得：
F N 1l1 E1 A1
2
cos a
(5)联解（1）、（2）、（3）式，得:
FN 1 FN 2 E1 A1 F cos a 2 E1 A1 cos a E 3 A3
第六章
简单的超静定问题
1
第六章
§6-1
§6-2
简单的超静定问题
超静定问题及其解法
拉压超静定问题
§6-3 §6-4
扭转超静定问题 简单超静定梁
2
§6-1
超静定问题及其解法
1.单纯依靠静力平衡方程能够确定全部未知力（支反 力、内力）的问题，称为静定问题。 相应的结构称为静定结构。
2.单纯依靠静力平衡方程不能确定全部未知力（支反 力、内力）的问题，称为超静定问题。 相应的结构称为超静定结构。
3
F N3 A3 9F 14 A [ ]
F
[F ]
14 9
14 9
[ ] A
[ ] A
11
[例6-2-4]木制短柱的四角用四个40404的等边角钢 加固，角钢和木材的许用应力分别为[]1=160MPa和 []2=12MPa，弹性模量分别为E1=200GPa 和 E2 =10GPa；求许可载荷P。 解：（1）以压头为研究对象, 设每 个角钢受力为FN1，木柱受力为FN2.
14
B
1
D
C
3 2
(2) 几何方程
l1 ( l 3 ) cos a
材料力学第六章简单的超静定问题
l1 l2 y AA3 A3 A4 sin 30 tan 30 2 1.039 3.039mm
A
A A4
AA x2 y2 0.6 2 3.039 2 3.1mm
例2
图所示结构，刚性横梁AB由斜杆CD吊在水 平位置上，斜杆CD的抗拉刚度为EA，B点 处受荷载F作用，试求B点的位移δB。
§6-1 超静定问题
静定结构：
约束反力 可由静力平 衡方程全部 求得
超静定结构：结构的强度和刚度均得到提高 约束反力不能全 部由平衡方程求得 超静定次数： 约束反力多于 独立平衡方程的数
独立平衡方程数： 平面任意力系： 3个平衡方程 平面共点力系：
2个平衡方程
平面平行力系：2个平衡方程 共线力系：1个平衡方程
3
B
联立①②③，解得：
D
1 C 2 30 30 3
A
y
A
3FN1 2FN 2 3FN 3
FN1 FN 3 2F
F
FN 1 FN 2 FN 3
y
A
x
FN 3 2FN1 2FN 2
2 FN1 2 F 25.4kN 3 1 127MPa（拉）
FN 1 FN 2 FN 3
y
A
列出平衡方程： FN 1 cos 30 0 FN 2 FN 3 cos 30 0 Fx 0
Fy 0
FN1 sin 30 0 FN 3 sin 30 0 F
FN1 FN 3 2F
x 即：
3FN1 2FN 2 3FN 3
1 2
EA
2000
EA N1 =
6000
关于超静定问题
题八图
五、刚架受力及尺寸如图所示，各段EI均为常数。试用力法正则方程求A、B处支座反力并画刚架的弯矩图。（20分）（2009北科大）
六、（20分）如下图所示刚架，AB、BC杆在同一平面内，且均为直径为d的实心圆截面杆，材料为Q235钢，已知G＝0.4E。试求C点的支反力。（2007西南交大）
题六图
三、平面直角曲拐ABC和CD杆均为圆截面，材料相同，已知： ， 。试求CD杆的内力。（20分）（2009吉大）
Hale Waihona Puke 题三图8、（20分）平面刚架的约束及尺寸如图所示，AB、BC、CD各杆的弯曲刚度EI相等，长度均为a。在D处有一水平载荷F的作用。求D点的水平位移 。（2009燕山大学）
题4图
1、图示结构，杆1与杆2的抗拉刚度均为EA，梁AB为刚性杆。在载荷F的作用下，求两杆的轴力。（20分）（湖南大学2008）
二、（15分）钢杆CD、EF的长度及横截面面积分别相同。结构未受力时，钢性杆AB处于水平位置。已知，钢杆横截面面积为A且P、A、E、l、a为已知。求B点的铅垂位移。（2005西南交大）
1、一不变形的刚性梁AB搁于三个相同的弹簧上，在梁上的D处作用一个力F，如图所示。设已知弹簧刚度k（ ）。试求三个弹簧各受力多少？（20分）（湖南大学2009）
三、（20分）结构受力如图所示，ABC梁和CD杆的材料相同，且EI＝EAL2，材料的线膨胀系数为α，均布载荷集度为q，若CD杆温度升高ΔT度时，试求CD杆的内力。（2008吉大）
图18
2、ABC为刚性杆，杆①、②长为a，且EI相同，线膨胀系数为 。现①杆升温Δt，求两杆内力。（15分）（2008北工大）
材料力学简单的超静定问题
1.94
37
小 结
1、明确超静定、超静定次数、多余约束、 多余未知力、基本静定系等基本概念。 2、能判断超静定次数。 3、理解超静定问题的基本解法为考虑静 力平衡、变形相容和物理关系三个方面。 4、对于二次或二次以下的超静定问题， 能合理地选取基本静定系，正确地列出 变形几何方程。 5、初步学习利用对称性降低超静定次数、 选取基本静定系的技巧。
超静定次数： 未知力个数与独立平衡方程数之差，也等于多 余约束数。由于超静定结构能有效降低结构的内力 及变形，在工程上（如桥梁等）应用非常广泛。
4
二、求解超静定问题的基本方法
1.静定与超静定的辩证关系 多余约束的两种作用： 增加了未知力个数，同时增加对变形的限制与约束 前者使问题变为不可解；后者使问题变为可解。 2.超静定的处理方法 平衡方程
解除B端多余约束，代之以约束反力 R B
8
§6-2
拉压超静定问题
A
E1 A1
（2）建立变形协调方程。
AB BF BB 0
（3）物理方程。
F 1 BF AC () E1 A1 BB AB RB ( 1 2 )() E1 A1 E2 A2
目录
A
B FBy
C
(d)
3 FAy F ( ) 4
33
§6-4 简单超静定梁
例 8 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。 变形协调方程为： yB1 yB 2
(3)代入物理关系，建立补充方程
②
2
A
3
超静定结构习题答案
超静定结构习题答案一、力法计算超静定结构1. 图示结构的超静定次数n = 。
答案：图示结构的超静定次数n = 8 。
2．用力法计算图示超静定刚架（利用对称性），绘出M 图。
答案：kN13.296]341621[145]4333323321[1011111111=-=⨯⨯⨯-=∆=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯==∆+X EIEI EI EI X P P δδ 3. 图(b )为 图(a ) 结构的力法基本体系，试求典型方程中的系 数 δ11和 自 由 项 ∆1P 。
X lq(b)q答案：q⎪⎭ ⎝-===ϕδl l EIl l X C 4341111作M 图 1X M M =二、位移法1.求图示结构位移法典型方程的系数 r11 和 自 由 项 R P1 ，（ 括号内 数表示相对 线刚度）。
m答案r11 = 17RP1 = 322.图示结构位移法典型方程的系数r22 和自由项 R P1 分 别 是 ⎽⎽⎽⎽ ，⎽⎽⎽⎽⎽ 。
（ 括 号 内 数 表 示 相 对 线 刚 度 ）22答案r22= 4.5RP1= -83. 计算图示结构位移法典型方程中的系 数 r r1122, 。
答案 :r EI 110375=.r EI 2235=.4.计算图示结构的位移法典型方程的全部自由项。
答案 ：R P 10=R P 280=-k N三、力矩分配法1.用力矩分配法作图示连续梁的弯矩图（分配两轮）。
答案：2.用力矩分配法作图示连续梁的弯矩图（分配两轮）。
答案：。
材料力学第二章-10 拉伸、压缩超静定问题
2-10 拉伸、压缩超静定问题
第二点和第三点特别重要
各杆发生轴向拉伸，得到外力即得到内力。
1、静力学关系
①判断是否超静定
②取谁为研究对象
③123在外载作用下可能发生什么变形（都是拉伸）
④受力完成后构成什么力系（平面汇交力系）
⑤列方程
2、物理关系（拉压变形的胡克定律）
l1 l2 l3变形方程
3、协调关系（铰接点节点位置）
4、代入方程
5、求解
许可载荷由哪些因素决定？
①木柱、钢材危险面上危险点不能超过其本身的许用应力
②已知许用应力、横截面积，缺少力
③确定研究对象、受力分析、列平衡方程
1、静力学关系
N2+4N1-F=0
2、物理关系
l1 l2变形量
3、协调关系
l1=l2
4、代入求N1N2
5、求解
三关系法总结
注意事项
1、内力按真实方向假设；
2、变形与内力一致；
内力无法确定真实方向时可任意假设，但必须满足变形与
内力一致；
4、必须画出两种图：受力图、变形协调图；
5、两种方程：静力平衡方程、协调方程；
要求：变形与内力一致；
【分析】不管静定或者静不定，12杆特征
为2力杆，2力杆不能取2力杆为研究对象；
对象只能落在AB构建AB的钢体上。
力的作用下12杆分别发生拉伸变形；
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材料力学超静定全版
F3 b 3 EA
4. 变形几何协调条件
F1 A
F2
③
2 2 1
3 31
B
C
D F
位移法 1. 假设θ已知 2. 变形几何协调条件
θ
A
①
②
③ D F
1 l
2 2l
3 3l
3. 三杆轴力 EA EA F1 1 l b b
EA EA F2 2 2l b b EA EA F3 3 3l b b
3
A 0
ql 2 MA 8
§2 拉压超静定问题 例1. EA已知，求B处约束力。
A a C B F b
(1)
(2)求B处位移
AC
F FB a
EA EA
BC
FB b EA
A C B FB
B
F FB a FB b
EA
F
(3)变形协调
B 0
B
C
q
A B
C
C FCD
A
B
C
q
FCD C A B FCDl A B C
FCD
A
B
C
ql2/2
A B C q B C A FCDl
ql2/2 A
B
C
q A B C q B C A FCDl B
ql2/2 -FCDl
A
B
C
ql2/2 A
FCD C
q2l 3 ql 2 / 2 FCD l 2l ql 4 FCD l 3 C l 24 EI 3 EI 8 EI 3 EI
C
B1 B 2
材料力学简单的超静定问题共40页文档
材料力学简单的超静定问题
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
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6-1 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。
此时各杆的变形及如图所
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及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的尺寸及材料均相同，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：。