工程力学-课后习题答案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)。
ABC D 0.8 0.80.4 000.7 2 (A B C12q (M=30oAB CD0.80.80.820.8M =q =(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；0: 0.400.4 kNxAx Ax FF F =-+==∑()0: 20.80.5 1.60.40.7200.26 kNAB B MF F F =-⨯+⨯+⨯+⨯==∑0: 20.501.24 kNyAy B Ay FF F F =-++==∑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)；A B C 12 q M=30oFF AF Ay xd 2⨯xA B C D 0.80.80.4000.72FF AF Ay(2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程；20()0: 33200.33 kNB Ay Ay M F F dx x F =-⨯-+⨯⨯==∑⎰20: 2cos3004.24 kNo y Ay B B F F dx F F =-⨯+==∑⎰0: sin 3002.12 kNo xAx B Ax FF F F =-==∑约束力的方向如图所示。
(e)：(1) 研究C ABD 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；0: 0xAxF F ==∑0.8()0: 208 1.620 2.4021 kNAB B MF dx x F F =⨯⨯++⨯-⨯==∑⎰0.80: 2020015 kNy Ay B Ay F dx F F F =-⨯++-==∑⎰约束力的方向如图所示。
A B C D 0.80.80.8 20.8 M =q =F F A F A yx20x d4-16 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 =10kN/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；()0: -205 kNaCD D MF q dx x M F a F =⨯⨯+-⨯==∑⎰0: 025 kNay C D C F F q dx F F =-⨯-==∑⎰A B C Da M q a a a C D M q a a F C F Dx d qd y(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；'0()0: 035 kNaBA C A MF F a q dx x F a F =⨯-⨯⨯-⨯==∑⎰'00: 080 kNay A B C B F F q dx F F F =--⨯+-==∑⎰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)。
AB C D3 F =1q =(33411AB C D3 F =5q =(3 36y x A B C a qaF F A F B x d qd解：(a)：(1) 研究CD 杆，它是二力杆，又根据D 点的约束性质，可知：F C =F D =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；0: 1000100 kNxAx Ax FF F =-+==∑A B CD 3F =1q = 33 4 11F AF AF By x x dqd51()0: 100660120 kNA B B M F q dx x F F =-⨯-⨯⨯+⨯==∑⎰510: 080 kNyAy B Ay FF q dx F F =--⨯+==∑⎰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；30()0: 3015 kNC D D M F q dx x F F =-⨯⨯+⨯==∑⎰(3) 研究整体，受力分析，画出受力图(平面任意力系)；C DF =5q = 3 3F C F CF Dd qd x A B C D 3F =5q = 336F AF AF BF Dd qd x x y(4) 选坐标系Bxy ，列出平衡方程；0: 50050 kNxAx Ax FF F =-==∑3()0: 63503025 kNBAy D Ay MF F q dx x F F =-⨯-⨯⨯+⨯+⨯==∑⎰30: 010 kNy Ay B D B F F q dx F F F =-⨯-+==∑⎰约束力的方向如图所示。
8-5 图示阶梯形圆截面杆，承受轴向载荷F 1=50kN 与F 2作用，AB 与BC 段的直径分别为d 1=20 mm 和d 2=30 mm ，如欲使AB 与BC 段横截面上的正应力相同，试求载荷F 2之值。
解：(1) 用截面法求出1-1、2-2截面的轴力；11212N N F F F F F ==+(2) 求1-1、2-2截面的正应力，利用正应力相同；BAF 1F 2 C2121311215010159.210.024N F MPaA σπ⨯===⨯⨯ 32221225010159.210.034N F F MPaA σσπ⨯+====⨯⨯262.5F kN∴=8-15 图示桁架，杆1为圆截面钢杆，杆2为方截面木杆，在节点A 处承受铅直方向的载荷F 作用，试确定钢杆的直径d 与木杆截面的边宽b 。
已知载荷F =50 kN ，钢的许用应力[σS ] =160 MPa ，木的许用应力[σW ] =10 MPa 。
F ABCl45012解：(1) 对节点A 受力分析，求出AB 和AC 两杆所受的力；270.7 50AC AB F F kN F F kN====(2) 运用强度条件，分别对两杆进行强度计算；[][]3213225010160 20.01470.71010 84.1AB ABS AC ACW F MPa d mmA d F MPa b mm A b σσπσσ⨯==≤=≥⨯==≤=≥所以可以确定钢杆的直径为20 mm ，木杆的边宽为84 mm 。
11-6 图示悬臂梁，横截面为矩形，承受载荷F 1与F 2作用，且F 1=2F 2=5 kN ，试计算梁内的最大弯曲正应力，及该应力所在截面上K点处的弯曲正应力。
FAB C341 2 A yx 450F AF AFF A F AF41F 1C1F 28Kz3解：(1) 画梁的弯矩图(2) 最大弯矩（位于固定端）： max7.5 M kN (3) 计算应力： 最大应力：ABC341 2(7.5x M5kK 点的应力：11-8 图示简支梁，由No28工字钢制成，在集度为q 的均布载荷作用下，测得横截面C 底边的纵向正应变ε=3.0×10-4，试计算梁内的最大弯曲正应力，已知钢的弹性模量E =200 Gpa ，a =1 m 。
解：(1) 求支反力31 44A B R qa R qa==(2) 画内力图6max max max227.510176 408066ZM M MPabh W σ⨯====⨯6max max 337.51030132 ********K ZM y M y MPa bh I σ⋅⋅⨯⨯====⨯AB aaq C εRRx(+)(-3qFqa(3) 由胡克定律求得截面C 下边缘点的拉应力为：49max 3.010******* C E MPaσε+-=⋅=⨯⨯⨯=也可以表达为：2max4C C z zqa MW W σ+==(4) 梁内的最大弯曲正应力：2maxmax max 993267.5 8C zz qa M MPa W W σσ+====11-14 图示槽形截面悬臂梁，F =10 kN ，M e =70kNm ，许用拉应力[σ+]=35 MPa ，许用压应力[σ-]=120 MPa ，试校核梁的强度。
解：(1) 截面形心位置及惯性矩：112212(150250)125(100200)15096 (150250)(100200)C A y A y y mmA A ⋅+⋅⨯⋅+-⨯⋅===+⨯+-⨯3322841505025200(15050)(25)2(25200)(150)12121.0210 zCC C I y y mm ⎡⎤⨯⨯=+⨯⋅-++⨯⋅-⎢⎥⎣⎦=⨯(2) 画出梁的弯矩图13F3M e2252C AMx40k 30k(+)(-10k(3) 计算应力A +截面下边缘点处的拉应力及上边缘点处的压应力分别为：68(250)4010(25096)60.4 1.0210C A A zCM y MPa I σ+++⋅-⨯-===⨯6840109637.61.0210CA A zCM y MPa I σ-++⋅⨯⨯===⨯A -截面下边缘点处的压应力为68(250)3010(25096)45.3 1.0210C A A zCM y MPa I σ---⋅-⨯-===⨯可见梁内最大拉应力超过许用拉应力，梁不安全。