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]
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)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�
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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。