图示变截面短杆， AB段压应力与BC段压应为的关系是（）。

图示变截面短杆， AB段压应力与BC段压应为的关系是（）。

A 、

B 、

C 、

D 、

参考答案:

【正确答案：B】

AB段截面轴心受压，截面最大压应力为：； BC段截面偏心受压， 偏心距为a/2，截面最大压应力为：，故。

高分悬赏：画受力简图，并计算薄弱处受到的应力

根据上述现象可以得出如下的结论：

1．各横线代表的横截面在变形后仍为平面，仍垂直于杆轴，只是沿轴向作相对的移动。

2．各纵线代表的杆件的纵向纤维都伸长了相同的长度。

根据材料的均匀连续假设，当变形相同时受力也相同，因而知道横截面的内力是均匀分布的，且方向垂直于横截面，由此可得出结论：轴向拉伸时，杆件横截面上处产生正应力，且大小相等，若用A表示横截面的面积，N表示该截面的轴力，则正应力的计算公式为：σ＝N/A。

当杆轴受压缩时，公式同样适用，只是此时的轴力应为负数。另外在应用公式时杆的截面积应相同，即应为等截面直杆，否则应分段考虑。

例12-1：如图12.1.2a所示一变截面直杆，横截面为圆形，d1＝200mm，d2＝150mm，承受轴向载荷F1＝30kN，F2＝100kN的作用，试求各段截面上的正应力。

图12.1.2a 图12.1.2b

解：

1、）计算轴力：AB段的轴力：NAB＝－F2＋F1＝－70kN（压）

BC段的轴力：NBC＝F1＝30kN（拉）

画出轴力图如图12.1.2b所示。

2）求横截面面积

AB段的横截面积：

BC段的横截面积：

3）计算各段正应力

AB段的正应力：

BC段的正应力：

负号表示AB上的应力为压应力。

二、材料的强度极限

前面讨论了杆件横截面的正应力，要判断它会不会破坏，还需要知道材料的承受能力，这就需要了解材料的力学性能，即在外力作用下材料所表现出来的物理性质，又叫材料的机械性能。

(一)低碳钢在轴向拉伸时的力学性能

低碳钢拉伸时的力学性能用实验的方法研究。实验时采用国家规定的标准试件，试件的几何尺寸如图12.1.3所示，试件中间工作部分的长度叫标距l。

图12.1.3

将试件夹在实验机 （图12.1.4）上，逐渐增加拉力后试件逐渐伸长，记录拉力P和伸长量 的数值，直到拉断为止。以拉力为纵坐标伸长量为横坐标，将两者的关系按一定的比例绘制成曲线，称为拉伸图，如图12.1.5所示。由于伸长量与标距及横截面的大小有关，使得相同的材料由于试件的尺寸不同得到的拉伸图也不同。为消除截面积和标距的影响，将纵坐标除截面积，用应力来表示，横坐标除以标距，用应变来表示。这样的曲线称应力应变图，如图12.1.6所示。一般实验机上都有自动的绘制装置，在实验过程中能自动绘出拉伸图。

图12.1.4 万能材料试验机

图12.1.5 拉伸图

图12.1.6 应力应变图

整个拉伸过程是连续的，为了研究的方便，将拉伸分为四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。

1.弹性阶段

图中OB段，在弹性阶段时应力和应变成正比，应力应变图为一段斜线，把弹性阶段的最高点对应的应力叫弹性极限。用σp来表示。

2.屈服阶段

图中BC段，当应力超过弹性极限时，应变增加很快，应力在很小的范围内波动，应力应变图中是一段接近水平的锯齿形。这种应力基本不变应变显著增加，好象材料对外力屈服一样的阶段称屈服阶段。其中应力的最小值称屈服极限。用σs来表示。

材料达到屈服极限时，由于发生了较大的塑性变形，导致零件失效（不能正常工作）。45钢的屈服级限约为360MPa。

3.强化阶段

图中CG段，屈服阶段以后，材料重新产生了抵抗变形的能力，图12.1.6中上凸的曲线表明若要试件继续变形，必须增加应力，这一阶段称强化阶段。曲线最高点G所对应的应力称为强度极限，以σb表示。45钢的强度级限约为610MPa。

4.颈缩阶段

图GH段， 当应力到达强度极限之后，在试件薄弱处将发生急剧的局部收缩，出现“颈缩”现象。如图12.1.7所示。由于颈缩处截面面积减小，试件继续变形所需的拉力P也相应减少，用原始截面面积A算出的应力值也随之下降，曲线出现了GH段形状。至H点试件被拉断。

图12.1.7 颈缩现象

上述低碳钢拉伸的四个阶段中，有三个有关强度性质的指标，即比例极限σp、屈服极限σs和强度极限σb，σp表示了材料的弹性范围；σs是衡量材料强度的一个重要指标，当应力达到σs时，杆件产生显著的塑性变形，使得无法正常使用；σb是衡量材料强度的另一个重要指标，当应力达到σb时，杆件出现颈缩并很快被拉断。

（二）塑性指标

试件断列裂后，变形中的弹性部分随着荷载的消失而消失了，塑性变形残留了下来，试件断裂后所遗留下来的塑性变形的大小，常用来衡量材料塑性性能。塑性性能的指标有两个，分别是伸长率δ和截面收缩率ψ。

1.伸长率δ

试件拉断后的标距长度l减去原来的标距长度l，除以原标距l的百分比，叫伸长率。

45钢的伸长率为16%。工程上按伸长率的大小将材料分为两类， %的材料称塑性材料，如低碳钢、铝、铜等； %的材料称脆性材料，如铸铁、玻璃、石料等。

2、断面收缩率ψ

试件断裂后断裂处的最小截面积用A1来表示，则断面收缩率

45钢的断面收缩率为40%。

(三)铸铁拉伸时的力学性能

铸铁是典型的脆性材料，其拉伸时的应力应变图见图12.1.8所示，图中没有明显的直线部分， 从很低应力水平开始就是曲线，采用割线弹性模量。没有屈服、强化、局部变形阶段，断裂时的应力就是强度极限σb，强度极限σb是脆性材料的唯一的强度指标 。铸件的伸长率非常小，拉伸强度σb基本上就是试件拉断时横截面上的真实应力。

图12.1.8

（四）低碳钢压缩时力学性能

图12.1.9中的 实线为低碳钢压缩时的应力应变曲线，虚线为其拉伸时的应力应变图，比较两者可以发现，在屈服阶段以前两曲线完全重合，在屈服阶段以后，压缩时的应力曲线是个无限向上的曲线。说明低碳钢压缩时的弹性极限、屈服极限同拉伸时的相同，压缩时由于压力增加，试件越压越扁，因此没有强度极限。

图12.1.9

（五）铸铁压缩时的力学性能

图12.1.10是铸铁压缩时应力应变曲线，与拉伸时相比较，形状相似，但压缩时的强度极限是拉伸时的4-5倍，伸长率也比拉伸时大，其他脆性材也有类似的性质，因此脆性材料适用于受拉的构件。

铸铁被压断后，破坏面与轴线大致成45 -55 ，即在最大切应力所在的面上破坏，说明了铸铁的抗剪切强度低于抗拉压强度。

图12.1.10

三、许用应力

任何材料都有其能够承受的最大的应力，我们称为极限应力σlim，对于塑性材料，当应力达到屈服极限时，就发生显著的塑性变形，导致零件的失效，因此应取屈服极限为极限应力；对于脆性材料，达到强度极限时引起断裂，因此取强度极限为极限应力。即：

塑性材料：

脆性材料：

在实际工作中，有许多不利的因素无法估计，如其外力的作用、突然的振动冲击等，设计零件时只满足应力不超过极限应力不行的，往往需要留一定的安全储备，规定一个许用应力[σ]，要求工作应力不仅小于材料的极限应力，而且要小于许用应力。不同工作场合，要求的安全储备大小是不一样的，重要的场合安全储备必须大一点，安全储备的大小用安全系数n来衡量，三者的关系如下：

安全系数S为大于1的数，确定安全系数必须考虑载荷的性质、材料的均匀程度、工作条件等。在一般工程中，脆性材料的均匀性较差，断裂也比较突然，没有明显的“颈缩”，因此脆性材料的安全系数应比塑性材料的大。

塑性材料：

脆性材料：

四、强度计算

轴向拉伸和压缩时工作应力的最大值不得超过材料的许用应力，这就是轴向拉伸和压缩时的强度条件。即：

式中：σmax表示最大工作应力；

N表示最大工作应力对应横截面的轴力；

A表示最大工作应力对应横截面的面积；

[σ]为材料的许用应力。

我们把有最大工作应力的截面称为危险截面。显然强度条件只有对危险截面才有实际的意义。对于等直杆轴力最大的截面正应力也最大；对于截面直径变化的杆件，如阶梯轴，当轴力相同时截面积最小的截面正应力最大，但当轴力不同时需要分段计算各段的应力后，通过比较得出最大的正应力，即找出危险截面。

根据强条件可以解决工程实际中有关强度的三类问题：

1．强度校核 已知N、A、[σ]，代入强度条件（式12-5）验算工作时的最大应力σmax，如果小于材料的许用应力[σ]，强度即为合格。否则强度不合格。

2．设计截面 已知N、[σ],可计算构件所需的截面积，即

根据A可进一步求出直径d等其它尺寸。

3．确定许可载荷 已知A、[σ],可计算构件能够承受的最大的轴力，即

例12-2：气动夹具如图12.1.11所示，已知气缸内径D=140mm，缸内气压p=0.6MPa，活塞杆材料为20钢，[σ]=80MPa,试设计活塞杆的直径，

解：活塞杆两端受拉力，发生轴向拉伸变形，轴力可以由气体的压强求出，再利用N、[σ]就可以设计截面。

1．计算轴力

kN

2.设计截面

mm

根据 ，得出 mm

因此取d mm

图12.1.11

注意在解题目过程中，应首先判断问题是要设计截面，然后设法去求轴力，轴力利用压强可以求出，问题得到解决。另外要注意物理量的单位换算，当轴力、长度用N和mm时，应力的对应单位是MPa.

五、应力集中

等截面直杆受轴向拉伸和压缩时，横截面上的应力是均匀分布的。但许多构件的截面尺寸有突然的变化，例如图12.1.12a、b所示的直杆上，横截面尺 寸发生了突然的变化，此处的应力会不会是均匀分布的呢？经过理论的分析可以得出截面变化处应力的分布情况，可见在截面尺寸变化附近的局部区域内，应力的数值显著增大，而在稍远处又迅速降低趋于均匀。这种由于构件外形的变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为应力集中。

求《工程力学》（武汉理工大学出版社） 李卓球 朱四荣主编的课后答案！

不知道是不是这个

《工程力学》

习题选解

力学教研室

编著

2006年11 月

1-1试画出以下各题中圆柱或圆盘的受力图。与其它物体接触处的摩擦力均略去。

解：

1-2 试画出以下各题中AB杆的受力图。

解：

1-3 试画出以下各题中AB梁的受力图。

解：

1-4 试画出以下各题中指定物体的受力图。

(a) 拱ABCD；(b) 半拱AB部分；(c) 踏板AB；(d) 杠杆AB；(e) 方板ABCD；(f) 节点B。

解：

1-5 试画出以下各题中指定物体的受力图。

(a) 结点A，结点B；(b) 圆柱A和B及整体；(c) 半拱AB，半拱BC及整体；(d) 杠杆AB，切刀CEF及整体；(e) 秤杆AB，秤盘架BCD及整体。

解：(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

2-2 杆AC、BC在C处铰接，另一端均与墙面铰接，如图所示，F1和F2作用在销钉C上，F1=445 N，F2=535 N，不计杆重，试求两杆所受的力。

解：

(1) 取节点C为研究对象，画受力图，注意AC、BC都为二力杆，

(2) 列平衡方程：

AC与BC两杆均受拉。

2-3 水平力F作用在刚架的B点，如图所示。如不计刚架重量，试求支座A和D 处的约束力。

解：

(1) 取整体ABCD为研究对象，受力分析如图，画封闭的力三角形：

(2) 由力三角形得

2-4 在简支梁AB的中点C作用一个倾斜45o的力F，力的大小等于20KN，如图所示。若梁的自重不计，试求两支座的约束力。

解：

(1) 研究AB，受力分析并画受力图：

(2) 画封闭的力三角形：

相似关系：

几何尺寸：

求出约束反力：

2-6 如图所示结构由两弯杆ABC和DE构成。构件重量不计，图中的长度单位为cm。已知F=200 N，试求支座A和E的约束力。

解：

(1) 取DE为研究对象，DE为二力杆；FD = FE

(2) 取ABC为研究对象，受力分析并画受力图；画封闭的力三角形：

2-7 在四连杆机构ABCD的铰链B和C上分别作用有力F1和F2，机构在图示位置平衡。试求平衡时力F1和F2的大小之间的关系。

解：

（1）取铰链B为研究对象，AB、BC均为二力杆，画受力图和封闭力三角形；

(2) 取铰链C为研究对象，BC、CD均为二力杆，画受力图和封闭力三角形；

由前二式可得：

2-9 三根不计重量的杆AB，AC，AD在A点用铰链连接，各杆与水平面的夹角分别为450，，450和600，如图所示。试求在与OD平行的力F作用下，各杆所受的力。已知F=0.6 kN。

解：

(1) 取整体为研究对象，受力分析，AB、AB、AD均为二力杆，画受力图，得到一个空间汇交力系；

(2) 列平衡方程：

解得：

AB、AC杆受拉，AD杆受压。

3-1 已知梁AB上作用一力偶，力偶矩为M，梁长为l，梁重不计。求在图a，b，c三种情况下，支座A和B的约束力

解：(a) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；

列平衡方程：

(b) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；

列平衡方程：

(c) 受力分析，画受力图；A、B处的约束力组成一个力偶；

列平衡方程：

3-2 在题图所示结构中二曲杆自重不计，曲杆AB上作用有主动力偶，其力偶矩为M，试求A和C点处的约束力。

解：

(1) 取BC为研究对象，受力分析，BC为二力杆，画受力图；

(2) 取AB为研究对象，受力分析，A、B的约束力组成一个力偶，画受力图；

3-3 齿轮箱的两个轴上作用的力偶如题图所示，它们的力偶矩的大小分别为M1=500 Nm，M2 =125 Nm。求两螺栓处的铅垂约束力。图中长度单位为cm。

解：

(1) 取整体为研究对象，受力分析，A、B的约束力组成一个力偶，画受力图；

(2) 列平衡方程：

3-5 四连杆机构在图示位置平衡。已知OA=60cm，BC=40cm，作用BC上的力偶的力偶矩大小为M2=1N.m，试求作用在OA上力偶的力偶矩大小M1和AB所受的力FAB所受的力。各杆重量不计。

解：

(1) 研究BC杆，受力分析，画受力图：

列平衡方程：

(2) 研究AB（二力杆），受力如图：

可知：

(3) 研究OA杆，受力分析，画受力图：

列平衡方程：

3-7 O1和O 2圆盘与水平轴AB固连，O1盘垂直z轴，O2盘垂直x轴，盘面上分别作用力偶（F1，F’1），（F2，F’2）如题图所示。如两半径为r=20 cm, F1 =3 N, F2 =5 N,AB=80 cm,不计构件自重，试计算轴承A和B的约束力。

解：

(1) 取整体为研究对象，受力分析，A、B处x方向和y方向的约束力分别组成力偶，画受力图。

(2) 列平衡方程：

AB的约束力：

3-8 在图示结构中，各构件的自重都不计，在构件BC上作用一力偶矩为M的力偶，各尺寸如图。求支座A的约束力。

解：

(1) 取BC为研究对象，受力分析，画受力图；

(2) 取DAC为研究对象，受力分析，画受力图；

画封闭的力三角形；

解得

4-1 试求题4-1图所示各梁支座的约束力。设力的单位为kN，力偶矩的单位为kNm，长度单位为m，分布载荷集度为kN/m。(提示：计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。

解：

(b)：

(1) 整体受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

(c)：

(1) 研究AB杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

(e)：

(1) 研究CABD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-5 AB梁一端砌在墙内，在自由端装有滑轮用以匀速吊起重物D，设重物的重量为G，又AB长为b，斜绳与铅垂线成角，求固定端的约束力。

解：

(1) 研究AB杆(带滑轮)，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-7 练钢炉的送料机由跑车A和可移动的桥B组成。跑车可沿桥上的轨道运动，两轮间距离为2 m，跑车与操作架、平臂OC以及料斗C相连，料斗每次装载物料重W=15 kN，平臂长OC=5 m。设跑车A，操作架D和所有附件总重为P。作用于操作架的轴线，问P至少应多大才能使料斗在满载时跑车不致翻倒？

解：

(1) 研究跑车与操作架、平臂OC以及料斗C，受力分析，画出受力图(平面平行力系)；

(2) 选F点为矩心，列出平衡方程；

(3) 不翻倒的条件；

4-13 活动梯子置于光滑水平面上，并在铅垂面内，梯子两部分AC和AB各重为Q，重心在A点，彼此用铰链A和绳子DE连接。一人重为P立于F处，试求绳子DE的拉力和B、C两点的约束力。

解：

(1)：研究整体，受力分析，画出受力图(平面平行力系)；

(2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；

(3) 研究AB，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(4) 选A点为矩心，列出平衡方程；

4-15 在齿条送料机构中杠杆AB=500 mm，AC=100 mm，齿条受到水平阻力FQ的作用。已知Q=5000 N，各零件自重不计，试求移动齿条时在点B的作用力F是多少？

解：

(1) 研究齿条和插瓜(二力杆)，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选x轴为投影轴，列出平衡方程；

(3) 研究杠杆AB，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(4) 选C点为矩心，列出平衡方程；

4-16 由AC和CD构成的复合梁通过铰链C连接，它的支承和受力如题4-16图所示。已知均布载荷集度q=10 kN/m，力偶M=40 kNm，a=2 m，不计梁重，试求支座A、B、D的约束力和铰链C所受的力。

解：

(1) 研究CD杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)；

(2) 选坐标系Cxy，列出平衡方程；

(3) 研究ABC杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)；

(4) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-17 刚架ABC和刚架CD通过铰链C连接，并与地面通过铰链A、B、D连接，如题4-17图所示，载荷如图，试求刚架的支座约束力(尺寸单位为m，力的单位为 kN，载荷集度单位为 kN/m)。

解：

(a)：

(1) 研究CD杆，它是二力杆，又根据D点的约束性质，可知：FC=FD=0；

(2) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(3) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

(b)：

(1) 研究CD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选C点为矩心，列出平衡方程；

(3) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(4) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-18 由杆AB、BC和CE组成的支架和滑轮E支持着物体。物体重12 kN。D处亦为铰链连接，尺寸如题4-18图所示。试求固定铰链支座A和滚动铰链支座B的约束力以及杆BC所受的力。

解：

(1) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

(3) 研究CE杆(带滑轮)，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(4) 选D点为矩心，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-19 起重构架如题4-19图所示，尺寸单位为mm。滑轮直径d=200 mm，钢丝绳的倾斜部分平行于杆BE。吊起的载荷W=10 kN，其它重量不计，求固定铰链支座A、B的约束力。

解：

(1) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(2) 选坐标系Bxy，列出平衡方程；

(3) 研究ACD杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(4) 选D点为矩心，列出平衡方程；

(5) 将FAy代入到前面的平衡方程；

约束力的方向如图所示。

4-20 AB、AC、DE三杆连接如题4-20图所示。DE杆上有一插销F套在AC杆的导槽内。求在水平杆DE的E端有一铅垂力F作用时，AB杆上所受的力。设AD=DB，DF=FE，BC=DE，所有杆重均不计。

解：

(1) 整体受力分析，根据三力平衡汇交定理，可知B点的约束力一定沿着BC方向；

(2) 研究DFE杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(3) 分别选F点和B点为矩心，列出平衡方程；

(4) 研究ADB杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；

(5) 选坐标系Axy，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

5-4 一重量W=1000 N的匀质薄板用止推轴承A、径向轴承B和绳索CE支持在水平面上，可以绕水平轴AB转动，今在板上作用一力偶，其力偶矩为M，并设薄板平衡。已知a=3 m，b=4 m，h=5 m，M=2000 Nm，试求绳子的拉力和轴承A、B约束力。

解：

(1) 研究匀质薄板，受力分析，画出受力图(空间任意力系)；

(2) 选坐标系Axyz，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

5-5 作用于半径为120 mm的齿轮上的啮合力F推动皮带绕水平轴AB作匀速转动。已知皮带紧边拉力为200 N，松边拉力为100 N，尺寸如题5-5图所示。试求力F的大小以及轴承A、B的约束力。(尺寸单位mm)。

解: (1) 研究整体，受力分析，画出受力图(空间任意力系)；

(2) 选坐标系Axyz，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

5-6 某传动轴以A、B两轴承支承，圆柱直齿轮的节圆直径d=17.3 cm，压力角=20o。在法兰盘上作用一力偶矩M=1030 Nm的力偶，如轮轴自重和摩擦不计，求传动轴匀速转动时的啮合力F及A、B轴承的约束力(图中尺寸单位为cm)。

解: (1) 研究整体，受力分析，画出受力图(空间任意力系)；

(2) 选坐标系Axyz，列出平衡方程；

约束力的方向如图所示。

6-9 已知物体重W=100 N，斜面倾角为30o(题6-9图a，tan30o=0.577)，物块与斜面间摩擦因数为fs=0.38，f’s=0.37，求物块与斜面间的摩擦力？并问物体在斜面上是静止、下滑还是上滑？如果使物块沿斜面向上运动，求施加于物块并与斜面平行的力F至少应为多大？

解：

(1) 确定摩擦角，并和主动力合力作用线与接触面法向夹角相比较；

(2) 判断物体的状态，求摩擦力：物体下滑，物体与斜面的动滑动摩擦力为

(3) 物体有向上滑动趋势，且静滑动摩擦力达到最大时，全约束力与接触面法向夹角等于摩擦角；

(4) 画封闭的力三角形，求力F；

6-10 重500 N的物体A置于重400 N的物体B上，B又置于水平面C上如题图所示。已知fAB=0.3，fBC=0.2，今在A上作用一与水平面成30o的力F。问当F力逐渐加大时，是A先动呢？还是A、B一起滑动？如果B物体重为200 N，情况又如何？

解：

(1) 确定A、B和B、C间的摩擦角：

(2) 当A、B间的静滑动摩擦力达到最大时，画物体A的受力图和封闭力三角形；

(3) 当B、C间的静滑动摩擦力达到最大时，画物体A与B的受力图和封闭力三角形；

(4) 比较F1和F2；

物体A先滑动；

(4) 如果WB=200 N，则WA+B=700 N，再求F2；

物体A和B一起滑动；

6-11 均质梯长为l，重为P，B端靠在光滑铅直墙上，如图所示，已知梯与地面的静摩擦因数fsA，求平衡时=？

解：

(1) 研究AB杆，当A点静滑动摩擦力达到最大时，画受力图(A点约束力用全约束力表示)；

由三力平衡汇交定理可知，P、FB、FR三力汇交在D点；

(2) 找出min和 f的几何关系；

(3) 得出角的范围；

6-13 如图所示，欲转动一置于V槽型中的棒料，需作用一力偶，力偶矩M=1500 Ncm，已知棒料重G=400 N，直径D=25 cm。试求棒料与V型槽之间的摩擦因数fs。

解：

(1) 研究棒料，当静滑动摩擦力达到最大时，画受力图(用全约束力表示)；

(2) 画封闭的力三角形，求全约束力；

(3) 取O为矩心，列平衡方程；

(4) 求摩擦因数；

6-15 砖夹的宽度为25 cm，曲杆AGB与GCED在G点铰接。砖的重量为W，提砖的合力F作用在砖对称中心线上，尺寸如图所示。如砖夹与砖之间的摩擦因数fs=0.5，试问b应为多大才能把砖夹起(b是G点到砖块上所受正压力作用线的垂直距离)。

解：

(1) 砖夹与砖之间的摩擦角：

(2) 由整体受力分析得：F=W

(2) 研究砖，受力分析，画受力图；

(3) 列y方向投影的平衡方程；

(4) 研究AGB杆，受力分析，画受力图；

(5) 取G为矩心，列平衡方程；

6-18 试求图示两平面图形形心C的位置。图中尺寸单位为mm。

解:(a) (1) 将T形分成上、下二个矩形S1、S2，形心为C1、C2；

(2) 在图示坐标系中，y轴是图形对称轴，则有：xC=0

(3) 二个矩形的面积和形心；

(4) T形的形心；

(b) (1) 将L形分成左、右二个矩形S1、S2，形心为C1、C2；

(3) 二个矩形的面积和形心；

(4) L形的形心；

6-19试求图示平面图形形心位置。尺寸单位为mm。

解：(a) (1) 将图形看成大圆S1减去小圆S2，形心为C1和C2；

(2) 在图示坐标系中，x轴是图形对称轴，则有：yC=0

(3) 二个图形的面积和形心；

(4) 图形的形心；

(b) (1) 将图形看成大矩形S1减去小矩形S2，形心为C1和C2；

(2) 在图示坐标系中，y轴是图形对称轴，则有：xC=0

(3) 二个图形的面积和形心；

(4) 图形的形心；

8-1 试求图示各杆的轴力，并指出轴力的最大值。

解：(a)

(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2截面；

(2) 取1-1截面的左段；

(3) 取2-2截面的右段；

(4) 轴力最大值：

(b)

(1) 求固定端的约束反力；

(2) 取1-1截面的左段；

(3) 取2-2截面的右段；

(4) 轴力最大值：

(c)

(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2、3-3截面；

(2) 取1-1截面的左段；

(3) 取2-2截面的左段；

(4) 取3-3截面的右段；

(5) 轴力最大值：

(d)

(1) 用截面法求内力，取1-1、2-2截面；

(2) 取1-1截面的右段；

(2) 取2-2截面的右段；

(5) 轴力最大值：

8-2 试画出8-1所示各杆的轴力图。

解：(a)

(b)

(c)

(d)

8-5 图示阶梯形圆截面杆，承受轴向载荷F1=50 kN与F2作用，AB与BC段的直径分别为d1=20 mm和d2=30 mm ，如欲使AB与BC段横截面上的正应力相同，试求载荷F2之值。

解：

(1) 用截面法求出1-1、2-2截面的轴力；

(2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同；

8-6 题8-5图所示圆截面杆，已知载荷F1=200 kN，F2=100 kN，AB段的直径d1=40 mm，如欲使AB与BC段横截面上的正应力相同，试求BC段的直径。

解：

(1) 用截面法求出1-1、2-2截面的轴力；

(2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同；

8-7 图示木杆，承受轴向载荷F=10 kN作用，杆的横截面面积A=1000 mm2，粘接面的方位角θ= 450，试计算该截面上的正应力与切应力，并画出应力的方向。

解：

(1) 斜截面的应力：

(2) 画出斜截面上的应力

8-14 图示桁架，杆1与杆2的横截面均为圆形，直径分别为d1=30 mm与d2=20 mm，两杆材料相同，许用应力[σ]=160 MPa。该桁架在节点A处承受铅直方向的载荷F=80 kN作用，试校核桁架的强度。

解：

(1) 对节点A受力分析，求出AB和AC两杆所受的力；

AB和BC皆为细长压杆，则有：

(3) 两杆同时达到临界压力值， F为最大值；

由铰B的平衡得：

15-9 图示矩形截面压杆，有三种支持方式。杆长l＝300 mm，截面宽度b＝20 mm，高度h＝12 mm，弹性模量E＝70 GPa，λp＝50，λ0＝30，中柔度杆的临界应力公式为

σcr＝382 MPa – (2.18 MPa)λ

试计算它们的临界载荷，并进行比较。

解：(a)

(1) 比较压杆弯曲平面的柔度：

长度系数： μ=

(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力；b)

(1) 长度系数和失稳平面的柔度：

(2) 压杆仍是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力；

(c)

(1) 长度系数和失稳平面的柔度：

(2) 压杆是中柔度杆，选用经验公式计算临界

三种情况的临界压力的大小排序：

15-10 图示压杆，截面有四种形式。但其面积均为A＝3.2×10 mm2， 试计算它们的临界载荷，并进行比较。材料的力学性质见上题。

解：(a)

(1) 比较压杆弯曲平面的柔度：

矩形截面的高与宽

长度系数：μ=0.5

(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力：

(b)

(1) 计算压杆的柔度：

正方形的边长：

长度系数：μ=0.5

(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力：

(c)

(1) 计算压杆的柔度：

圆截面的直径：

长度系数：μ=0.5

(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力：

(d)

(1)计算压杆的柔度：

空心圆截面的内径和外径：

长度系数：μ=0.5

(2) 压杆是大柔度杆，用欧拉公式计算临界力；

四种情况的临界压力的大小排序：

15-12 图示压杆，横截面为bh的矩形， 试从稳定性方面考虑，确定h/b的最佳值。当压杆在x–z平面内失稳时，可取μy＝0.7。

解：

(1) 在x–z平面内弯曲时的柔度；

(2) 在x–y平面内弯曲时的柔度；

(3) 考虑两个平面内弯曲的等稳定性；

铸铁支架的b点受载荷p=50kn,铸铁的许用拉应力=30mpa许用压应力=90mpa，ABBC截面

按B节点静力平衡方程，算得AB杆拉力为50tan30°=28.87（KN）BC杆压力为AB/sin30°=57.74(KN)。

∴AB杆截面积需要≥28.87×10³/30=962.3(mm²)

BC杆截面积需要≥57.74×10³/90=641.56(mm²)。

答题完毕。