工程力学静力学和材料力学范钦珊主编答案全集
理论力学课后答案(范钦珊)
(a-2)(a-3)(a) 第1篇工程静力学基础第1章受力分析概述1－1图a 、b 所示，Ox 1y 1与Ox 2y 2分别为正交与斜交坐标系。
试将同一力F 分别对两坐标系进行分解和投影，并比较分力与力的投影。
习题1－1 解：（（b1－2a 和b 两种情形下各物体的受力图，并进行比较。
习题1－2图a-1）与图（b-1）不同，因两者之F 1－试画出图示各物体的受力图。
习题1－31－4图a 所示为三角架结构。
荷载F 1作用在铰B 上。
杆AB 不计自重，杆BC 自重为W 。
试画出b 、c 、d 所示的隔离体的受力图，并加以讨论。
习题1－4图1－5图示刚性构件ABC 由销钉A 和拉杆D 支撑，在构件C 点作用有一水平力F 。
试问如果将力F 沿其作用线移至D 或E （如图示），是否会改为销钉A 的受力状况。
解：由受力图1－5a ，1－5b 和1－5c 分析可知，F 从C 移至E ，A 端受力不变，这是因为力F 在自身刚体ABC 上滑移；而F 从C 移至D ，则A 端受力改变，因为HG 与ABC 为不同的刚体。
(a-1)(b-1)或(b-2)(d-1)(e-1)(f-1)(e-3)(f-2)F A(d-2)(c-1)(b-1)(b-2)(b-3)(c-2)(d-1)(b) (c) 习题1－5图(a-3)(a-2)(b-2)(b-1)(a-1)1－6试画出图示连续梁中的AC 和CD 梁的受力图。
习题1－6图1－7画出下列每个标注字符的物体的受力图，各题的整体受力图未画重力的物体的自重均不计，所有接触面均为光滑面接触。
1-7d 1-7e 1-7f 1-7g 1-7h 1-7i 1-7j2－（b ）l F M O ⋅=αsin )(F（c ）)(sin cos )()()(312l l Fl F F M F M M y O x O O +--=+=ααF（d ）2221sin )()()()(l l F F M F M F M M y O y O x O O +==+=αF2－2图示正方体的边长a =0.5m ，其上作用的力F =100N ，求力F 对O 点的矩及对x 轴的力矩。
工程力学(静力学和材料力学)范钦珊主编答案全集 (3)
习题 3－6 图
FD
D
A
45D
D BM
FRA
FRC
M
C
FRC
FRA
A
FD'
B
D
习题 3－6a 解图
习题 3－6b 解 1 图
习题 3－6b 解 2 图
解：对于图（a）中的结构，CD 为二力杆，ADB 受力如习题 3－6a 解图所示，根据力偶 系平衡的要求，由
ΣMi = 0，
FRA = FRC =
M 2
解得，
FT＝50.99kN，
FN= 10kN
即 连 杆 AB作 用 于 曲 柄 上 的 推 力 大 小 为 5 0.99 k N，方 向 与 FT相 反 ，十 字 头 A 对 导 轨 的压力
大小为10kN，方向与FN方向相反。
3－13 异步电机轴的受力如图所示，其中G=4kN为转子铁心绕组与轴的总重量，Pδ =31.8kN为磁拉力，FP=12kN为胶带拉力。试求轴承A、B处的约束力。
10
由几何关系得 cosα = 4500 = 0.9 ， 5000
列平衡方程
sin α = 0.436
∑ MO (F ) = 0 : 2FA × 4500 −F Wcosα × 5000 +F Wsinα ×1250 = 0
解得 FA = 27.25 kN
∑ Fx = 0 : FOx = FW sin α = 27.03kN ∑ Fy = 0 : FOy = FW cosα − 2FA = 1.3kN
FP
FP
FA
FB
习题 3－13 图
解：分析轴承受力为一组平行力系，由平衡方程：
习题 3－13 解图
∑ M B (F ) = 0 : − FP ×1380 − FA ×1020 + (G + Pδ ) × 640 = 0
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10章 组合受力与变形杆件的强度计算
解：危险截面在 A 处，其上之内力分量为： 弯矩： M y = FP1 a ， M z = FP2 H 扭矩： M x = FP2 a 轴力： FNx = FP1 在截面上垂直与 M 方向的垂直线 ab 与圆环截 求得 M y 与 M z 的矢量和 M 过截面中心， 面边界交于 a、b 两点，这两点分别受最大拉应力和最大压应力。但由于轴向压力的作用，最 大压应力值大于最大拉应力值，故 b 点为危险点，其应力状态如图所示。 10－7 试求图 a 和 b 中所示之二杆横截面上最大正应力及其比值。 解： （a）为拉弯组合
7
y
y
A
O
0.795
B
14.526
+13.73MPa
z
(a)
O O
+14.43MPa
(b)
C
y
A
C
B B
y
A
O O
B
z
12.6mm
14.1mm
zC
−15.32MPa
16.55MPa
zC
z
(c)
(d)
习题 10－9 解图
∴
+ σ max
= 14.526 − 0.795 = 13.73 MPa
− σ max = −14.526 − 0.795 = −15.32 MPa
Ebh
由此得
2 FP 6e
e=
10－9
ε1 − ε 2 h × ε1 + ε 2 6
图中所示为承受纵向荷载的人骨受力简图。试：
1．假定骨骼为实心圆截面，确定横截面 B－B 上的应力分布； 2．假定骨骼中心部分(其直径为骨骼外直径的一半)由海绵状骨质所组成，忽略海绵状承受 应力的能力，确定横截面 B－B 上的应力分布；
(完整版)工程力学习题答案范钦珊蔡新着工程静力学与材料力学第二版
比较：图(a-1)与图(b-1)不同，因两者之1 - 3试画出图示各物体的受力图。
1 - 1图a 、b 所示，Ox 1y 1与Ox 2y 2分别为正交与斜交坐标系。
试将同一方 F 分别对两坐标系进行分解和投影，并比较分力与力的投影。
解：(a)，图(c ):分力： 投影：=90 ° 时, (d )： F cos i 1 FX 1F y1 F sin F y1 F sinj l讨论：(b ),图F X 1 F cos投影与分力的模相等；分力是矢量, X 2投影是代数量。
F sinsin分力: j2BD(b)D(b-1)(a-3)投影： 工90°时, F X 2 F cos ， 投影与分量的模不等。
讨论：1 -2试画出图a 、b 两情形下各物体的受力图，并进行比较。
F y2 F cos(F X 2 (F cos F sin tan )i 2 F y2(a)l F AyF A X1F RD 值大小也不同。
a5A■dFBFF CABB(a-1)(b-1)BC DBCBCWDAy或(b-2)(c-1)(d-1)DCABCDFt D或(d-2)(e-2)(e-1)CO iOyBFA(f-3)(e-3)IV2[fW(f-1)(c)习题1—3图F BF BF AxF AF DB FF cW(f-2)AOAF A力 F i 作用在,并加以讨论。
----------------- :B 铰上。
杆AB 不计自重，杆BD 杆自重为 W 。
试画出图1 —4图a 所示为三角架结构 b 、c 、d 所示的隔离体的受力图 A zz ” X Xzr 'i/A1rC[------------DF AxAB虾F 或(a_2)1 — 6图示刚性构件 ABC 由销钉A 和拉杆GH 支撑，在构件的点C 作用有一水平力F 。
试问如果将力 F 沿其作用线移至点 D 或点E （如图示），是否会改变销钉 A 的受力状况。
工程力学(静力学和材料力学)范钦珊主编答案全集 (7)
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) ρ64π4dE M ＝(B) 4π64d E M ρ＝(C) ρ32π3d E M ＝(D) 3π32d E M ρ＝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。
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 、习题7－1图习题7－3图5lB 两点的正应力。
解：1. 计算梁的1－1截面上的弯矩：31m 110N 1m+600N/m 1m 1300N m 2M ⎛⎞=−××××=−⋅⎜⎟⎝⎠2. 确定梁的1－1截面上A 、B 两点的正应力： A 点：()3363-3-315010m 1300N m 2010m 210Pa MPa ()10010m 15010m12z A z M y I σ−−⎛⎞×⋅×−×⎜⎟⎝⎠==×=××× 2.54拉应力 B 点：())1.62MPa(Pa 1062.1120.15m 0.1m m 04.020.150m m N 130063压应力=×=×⎟⎠⎞⎜⎝⎛−×⋅==z z B I y M σ7－5 简支梁如图所示。
理论力学课后答案范钦珊
(a-2)(a-3)(b-1)(a-1)(a)第1篇 工程静力学基础第1章 受力分析概述1－1 图a 、b 所示，Ox 1y 1与Ox 2y 2分别为正交与斜交坐标系。
试将同一力F 分别对两坐标系进行分解和投影，并比较分力与力的投影。
习题1－1图解：（a ）图（c ）：11 sin cos j i F ααF F +=分力：11 cos i F αF x = ， 11 sin j F αF y = 投影：αcos 1F F x = ， αsin 1F F y =讨论：ϕ= 90°时，投影与分力的模相等；分力是矢量，投影是代数量。
（b ）图（d ）：分力：22)cot sin cos (i F ϕααF F x -= ，22sinsin j F ϕαF y = 投影：αcos 2F F x = ， )cos(2αϕ-=F F y讨论：ϕ≠90°时，投影与分量的模不等。
1－2 试画出图a 和b 两种情形下各物体的受力图，并进行比较。
习题1－2图比较：图（a-1）与图（b-1）不同，因两者之F R D 值大小也不同。
1－3 试画出图示各物体的受力图。
习题1－3图1－4 图a 所示为三角架结构。
荷载F 1作用在铰B 上。
杆AB 不计自重，杆BC 自重为W 。
试画出b 、c 、d 所示的隔离体的受力图，并加以讨论。
习题1－4图1－5 图示刚性构件ABC 由销钉A 和拉杆D 支撑，在构件C 点作用有一水平力F 。
试问如果将力F 沿其作用线移至D 或E （如图示），是否会改为销钉A 的受力状况。
解：由受力图1－5a ，1－5b 和1－5c 分析可知，F 从C 移至E ，A 端受力不变，这是因为力F 在自身刚体ABC 上滑移；而F 从C 移至D ，则A 端受力改变，因为HG 与ABC 为不同的刚体。
1－6 试画出图示连续梁中的AC 和CD 梁的受力图。
习题1－6图1－7 画出下列每个标注字符的物体的受力图，各题的整体受力图未画重力的物体的自重均不计，所有接触面均为光滑面接触。
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(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
习题 6－6 图
τ 套 max =
Mx Wp 2
T2 ≤ 60 × 10 6 ×
∴
Tmax ≤ T2 = 2883 N·m = 2.88 ×10 3 N·m
4
6－7 由同一材料制成的实心和空心圆轴，二者长度和质量均相等。设实心轴半径为 R0，空心圆轴的内、外半径分别为 R1 和 R2，且 R1/R2 =n；二者所承受的外加扭转力偶矩分 别为 Mes 和 Meh。若二者横截面上的最大剪应力相等，试证明：
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 ⎠
eBook
工程力学
（静力学与材料力学）
习题详细解答
（教师用书） (第 6 章) 范钦珊 唐静静
2006-12-18
1
第 6 章 圆轴扭转
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9
习题 9－11 图
τ
ε 45D
σ2 = 0
习题 9－11 解图
σ1
D
45
D
45
σ3
解：空心轴表面各力为纯剪应力状态，易求得
σ 45D = τ ， σ135D = −τ
应用广义胡克定律：
ε 45D
= σ 45D E
−ν
σ 135D E
= 1+ν τ E
利用 G = E 2(1 +ν )
100 2
+
4τ
2 xy
< 160
解得 | τ xy | <152MPa
（2）
习题 9-5 图
由（1）、（2）知，显然不存在。
2．当 r＜OC
1 2
(240
−140) 2
+
4τ
2 xy
>
240 +140 2
即 | τ xy | ＜183.3MPa 时
⎪⎧σ ⎨
1
=
240 +140 2
+
1 2
⎪⎩σ 3 = 0
FQ
习题 9－10 图
解：第一点：
σx
=−M W
= − 6×10 ×103 60 ×1002 ×109
= −100MPa
τ xy = σ y = 0
σ 1 = σ 2 = 0，σ3 = −100MPa；
τ max = 50MPa
第二点：
σx =σy =0，
τ xy
=
3FQ 2A
=
3×120 ×10−3 2 × 60 ×100 ×10−6
∴ σ 1 = 45 MPa， σ 2 = 0， σ 3 = −45 MPa
σ r3 = 90 MPa
σ r4 =
1 2
(45 2
+ 452
+ 90 2 )
=
77.9
MPa（ σ r4
=
3τ xy = 77.9 MPa）
9－10 已知矩形截面梁的某个截面上的剪力 FQ=120kN，弯矩 M＝10kN·m，截面尺寸 如图所示。试求 1、2、3、4 点的主应力与最大剪应力。
垂直于木纹方向的正应力：
σθ = −(−1.25)sin(2× (−15°)) = −0.625 MPa
15 D
x
1.25MPa -15D σ τ x' y' x'
x'
(b-1)
9－2 层合板构件中微元受力如图所示，各层板之间用胶粘接，接缝方向如图中所示。 若已知胶层剪应力不得超过 1MPa。试分析是否满足这一要求。
= 45.63 MPa
σy
=
pD 2δ
=
5× (300 − 8) 2×8
= 91.25 MPa
σθ
=
45.63 + 91.25 2
+
45.63 − 91.25 cos(2 × 20°) 2
= 50.97 MPa
τθ
=
45.63 − 91.25 sin(2× 20°) 2
=
−14.66 MPa
3. 图 a、图 b 叠加： σ x = 45.63 − 34.07 = 11.56 MPa
τθ
=
−4 − (−1.6) sin(2× (−15°)) + 0 ⋅ cos(2× (−15°)) 2
=
0.6 MPa
垂直于木纹方向的正应力：
σθ
=
−4 + (−1.6) 2
+
−4 − (−1.6) cos(2× (−15°)) + 0 = 2
−3.84 MPa
（b）题
平行于木纹方向的切应力：
τθ = −1.25cos(2× (−15°)) = −1.08 MPa
解：
习题 9－2 图
τ x'y'
30D 2MPa
0.5MPa
σ x'
-60D
x'
(a)
τθ
=
−2 − (−1) sin(2× (−60°)) + 0.5⋅ cos(2× (−60°)) 2
=
−1.55 MPa
|τθ |= 1.55 MPa > 1 MPa，不满足。
2
9－3 从构件中取出的微元受力如图所示，其中 AC 为自由表面（无外力作用）。试求 σ x
6
力准则和形状改变比能准则分别计算此几种情形下的计算应力。
1． σ x = 40MPa， σ y = 40 MPa， τ xy = 60 MPa； 2． σ x = 60MPa， σ y = −80 MPa， τ xy = −40 MPa； 3． σ x = −40 MPa， σ y = 50 MPa， τ xy = 0；
= 30MPa
σ1
=
1 2
4×302 = 30MPa
σ 2 = 0，
σ3
=
−
1 2
4 × 302 = −30MPa
τ max
=
σ1
−σ3 2
= 30MPa
8
σx 1
τ xy 2
第三点：
3
σx
=
Mz Iy
=
12
×10 ×10−3 60 ×1003
× 25×10 ×10−12
−3
= 50MPa
τ xy
σ x = 20MPa， σ y = -25MPa， σ z = 30MPa， τ xy = 0， [σ ] = 30MPa。 解：
1． σ r3 = σ 1 − σ 3 = 135MPa < [σ ] 强度满足。 2． σ r1 = σ 1 = 30MPa = [σ ] 强度满足。
9－9 对于图示平面应力状态，各应力分量的可能组合有以下几种情形，试按最大剪应
=
FQ S y bI y
= 120 ×10−3 × 60 × 25× (12.5 + 25) ×10−9 60 × 60 ×1003 ×10−15
= 22.5MPa
12
τ xy σx
σ1
=
50 2
+
1 2
502 + 4× 22.52 = 58.6MPa
σ 2 = 0，
σ3
=
50 2
−
1 2
502 + 4× 22.52 = −8.6MPa
σ r4 =
1 (1002 + 202 +1202 ) = 111.4 MPa 2
2． σ = σ x + σ y ± 2
σ (
x
+σ 2
y
)2
+τ
2 xy
= −10 ±
702 + 402
σ 1 = 70.6 MPa， σ 2 = 0， σ 3 = −90.6 MPa
σ r3 = σ 1 −σ 3 = 161.2 MPa
σx
(a)
(b)
σx
= FP πDδ
=
250 ×10 3 π× (300 − 8)
×
8
=
34.07
MPa（压）
σθ
=
−34.07 2
+
−34.07 cos(2× 20°) 2
=
−30.09 MPa
τθ
=
−34.07 sin(2× 20°) 2
= −10.95 MPa
2. 图 b：
σx
=
pD 4δ
= 5× (300 − 8) 4×8
5
习题 9－7 图
解：
σm
=
3.5× (254× 2 + 4× 7.6
7.6)
=
59.36
MPa
σt
=
3.5× (254× 2 + 2× 7.6
7.6)
= 118.72
MPa
εt
=
2π(r
+ Δr) − 2πr 2πr
=
Δr r
Δr
=
εt
⋅r
=
1 E
[σ t
−νσm ]
=
1 75 ×103
(118.72
= 0.94
(σ x + 92 +14) −14 + (−14) − (σ x + 92 +14) −14 (−0.342) = 92
2
2
解得 σ x = 37.97 MPa
3
τ yx
=
(−14) − (37.97 + 92 +14) × 0.94 = −74.25 MPa 2
9－5 对于图示的应力状态，若要求其中的最大剪应力 τ max ＜160MPa，试求 τ xy 取何值。
习题 9－9 图
4． σ x = 0， σ y = 0， τ xy = 45 MPa。
解：
1．
σ = σ x +σ y 2
±
σ (
x
−σ 2
y
)2
+τ
2 xy
= 40 ± 60
σ 1 = 100 MPa， σ 2 = 0， σ 3 = −20 MPa
σ r3 = σ 1 −σ 3 = 120 MPa
1．只承受轴向载荷 FP = 250 kN； 2．只承受内压 p = 5.0MPa（两端封闭） *3．同时承受轴向载荷 FP = 250kN 和内压 p = 5.0MPa（两端封闭）
4
x x'
20D σ x σ x'
x'