工程力学综合复习.docx
《工程力学综合复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程力学综合复习.docx（92页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工程力学综合复习
《工程力学》综合复习资料
（部分题无答案）
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
第七章
第八章
第九章
第十章
第十一章第十二章第十三章
基本概念与受力图13题
汇交力系与力偶系6题
平面一般力系11题
材料力学绪论9题
轴向拉伸与压缩12题剪切7题
扭转8题
弯曲内力8题
弯曲强度17题
弯曲变形8题
应力状态与强度理论9题
组合变形10题
压杆稳定9题
第一章基本概念与受力图（13题）
（1-1）梁与梁，在
B处用光滑铰链连接,
A端为固定端约束，C为可动铰链支座约束，试分别画出两个梁的分
离体受力图。
解答:
（1）
确定研究对象：
题中要求分别画出两个梁的分离体受力图，顾名思义，我们选取梁与梁作为研究
对象。
（2）取隔离体：
首先我们需要将梁与梁在光滑铰链B处进行拆分，分别分析与梁的受力。
（3）
画约束反力：
对于梁，A点为固端约束，分别受水平方向、竖直方向以及固端弯矩的作用,
为光滑铰链，受水平方向、竖直方向作用力，如下图a所示。
对于梁，B点受力与梁的B端受力
互为作用力与反作用力，即大小相等，方向相反，C点为可动铰链支座约束，约束反力方向沿接
触面公法线，指向被约束物体内部，如下图所示。
答:
（1-2）画圆柱的受力图（光滑面接触）
解答:
（1）确定研究对象：
选取圆柱整体作为研究对象。
（2）画约束反力：
根据光滑接触面的约束反力必通过接触点，方向沿接触面公法线，指向被约束物体
内部作出A、B点的约束反力，如下图所示。
答:
（1-3）已知：
连续梁由梁和梁，通过铰链B连接而成，作用有力偶m,分布力q。
试画出：
梁和梁的分离体受力图。
弋a』
毛a』
La
LaJ
rn
答:
Xb
IYb
YBrn.il
B
lYc
Ya
（1-4）已知：
梁与，在B处用铰链连接，A端为固定端，C端为可动铰链支座。
试画：
梁的分离体受力图。
C
45。
答:
Yra
Ma
A为可动铰链支座，C为中间铰链连接。
（1-5）结构如图所示，受力P。
为二力杆，B为固定铰链支座,
试分别画出杆和杆的受力图。
（1-6）已知刚架，承受集中载荷P和分布力q,刚架尺寸如图所示，A为固定端约束，试画出刚架受力图。
C
答:
（1-7）平面任意力系作用下，固定端约束可能有哪几个反力?
平面任意力系作用下，固定端约束可能包括：
X、Y方向的约束反力和作用在固定端的约束力偶距。
（1-8）作用力与反作用力中的两个力和二力平衡原理中的两个力有何异同？
两种情况共同点：
两力等值、反向、共线。
不同点：
前者，作用于不同物体。
后者，两力作用于同一物体。
（1-9）理想约束有哪几种？
理想约束主要包括：
柔索约束、光滑接触面约束、光滑圆柱铰链约束、辊轴铰链约束、光滑球形铰链约束、
轴承约束等。
（1-10）什么是二力构件？
其上的力有何特点？
二力构件指两点受力，不计自重，处于平衡状态的构件。
特点：
大小相等，方向相反且满足二力平衡条件。
（1-11）什么是约束？
若一物体的位移受到周围物体的限制，则将周围物体称为该物体的约束。
约束施加于被约束物体的力称为约束力，有时也称为约束反力或反力。
（1-12）光滑接触面约束的反力有何特点？
光滑接触面约束的约束力方向沿接触面的公法线且指向物体，接触点就是约束力的作用点。
（1-13）什么是二力平衡原理？
作用在刚体上的两个力平衡的必要与充分条件是：
两个力大小相等，方向相反，并沿同一直线作用。
第二章简单力系（6题）
（2-1）下图所示结构中，和杆为二力杆，已知集中载荷P为铅垂方向。
试求杆和的拉力。
首先选取节点B为研究对象，其受力图如下图所示，此力系为平面汇交力系，集中载荷
铅垂方向，其余两个力
Nab与Nbc未知，假设Nab与Nbc均为拉力，方向沿二力杆远离节点
P为已知，方向沿
B,作直角坐标
系，平衡方程为:
Nabsin30oNbcsin60o0
vnm
cos30o
Nbccos60oP0
解得：
0.866P（拉力），0.5P（拉力）
（2-2）已知：
与杆不计自重,
试求：
与杆所受力。
A、B、C处为铰链连接,
F1=400,F2=300,F3=700
X、Y方向的平衡方
解：
作下图所示坐标系，假设与杆所受力均为拉力，根据三角形角度关系，分别列出
程为:
F1Naccos60°F3Nabcos60°0
Y0
F2
F3cos60oNABcos30oNACcos30o0
联立上面两个方程，
解得：
581.5（负号代表压力）
169.1
（负号代表压力）
n
RFi0
i1
解答：
求力对A点之矩时,
我们首先将P力分解为与A点相平行以及垂直的方向的两个力,
根据力对点之
矩的定义，P力与A点相平行的分解力通过
A点，故不产生力矩，只有
P力与A点相垂直的分解力产生力矩,
（2-3）平面汇交力系的平衡条件是什么?
平面汇交力系的平衡条件：
力系的合力等于零，或力系的矢量和等于零，即:
（2-4）求下图所示的P力对A点之矩Ma（p）=?
即：
Ma（p）=PaXL
（2-5）什么是合力投影定理?
合力在某轴的投影等于各分力在同一坐标轴投影的代数和。
（2-6）
（a）（b）
答：
（a）图表示四个力组成平衡力系。
（b）图中，F4是其它三个力的合力。
第三章平面一般力系（11题）
（3-1）已知：
右端外伸梁，受力P、Q和q。
A为固定铰链支座,
B为可动铰链支座。
试求：
A和B处的约束反力。
ii41）
P
q
A
Q
解答:
iLt
ia亠
其中
以右端外伸梁为研究对象，画受力图，如下图所示。
A为固定铰链支座，故的方向未定，将其分
解为、；B为可动铰链支座，的方向垂直于支撑面,
P、Q和q为主动力，列出平衡方程:
mA（F）
P（La）qLLrbl
Xa
Ya
RbPqL0
最后解得:
Xa
Q（负号说明方向向左）
aQ向左）Ya
qLPa,宀
匸（向上）Rb
qL
2
P（;a）（向上）
（3-2）已知：
右端外伸梁，受力P、
、q。
A为固定铰链支座,
B为可动铰链支座。
试求：
A和B处的约束反力。
解答:
q
以右端外伸梁为研究对象，画受力图,
如下图所示。
其中
A为固定铰链支座，故的方向未定，将其分
解为、；B为可动铰链支座，的方向垂直于支撑面,
P、F、
、q为主动力，列出平衡方程:
mA（F）
qa（2aa）2qa
2a
2
2
RBLqa0
Xa
2qa0
Rbqa2qa0
最后解得:
XA2qa（负号说明方向向左）
（向上）2（向上）
（3-3）已知：
简支梁，中点C处有集中力P,段有均匀分布力q,段有线性分布力，其最大值为q。
求：
A、B两处的约束反力。
（先画出受力图）
p
（3-4）—端外伸梁如图所示，已知q,a,3a。
试求梁的约束反力。
提示：
必须先画出梁的受力图，明确写出平衡方程。
解答:
以外伸梁为研究对象，画受力图，如下图所示。
其中
A为固定铰链支座，故的方向未定，将其分解为、；
B为可动铰链支座，的方向垂直于支撑面,
q为主动力,
列出平衡方程:
mA（F）
q（3aa）
（3aa）
2
RB3a0
最后解得:
Xa
Ya
Rb
4qa
1
111uinr
Firir
li
Yab
43ak
LRB
a
q
A
C
Xa
（4/3）（8/3）
（3-5）求梁的约束反力。
广42
A
答：
Ra4qa（向下），Rb6qa
（向上）
（3-6）已知：
桥梁桁架如图所示，节点载荷为
1200、Q=400
。
尺寸a=4m，b=3m。
试求：
①、②、③杆的轴力。
（提示：
先求支座反力，再用截面法求三根杆的轴力）
解答:
以整体为研究对象，画受力图，如下图所示。
其中
A为固定铰链支座，故的方向未定，将其分解为、
为可动铰链支座，的方向垂直于支撑面,
P为主动力，列出平衡方程:
mA（F）
P2aQbRB
3a0
XaQ0
YaRbP0
解得:
400
（负号说明方向向左）
（）/3a
=300（向上）
（2）3a900（向上）
B
Rb
然后利用截面法进行解题，作1-I截面如图所示,
分别有①、②、③杆的轴力为
N、Nb、假设方向均
为拉力，列平衡方程为:
首先以左半部分为研究对象，对E点取矩有:
mE（F）0
Ya
aXab
N1
N1
XabYaa800KN（拉力）
对D取矩有:
mD（F）0
Ya
2aN3b
N3
Ya
b
2a
800KN（负号代表压力）
对A取矩有:
mA（F）0
N3b
N2ADsin
0；sin
_b
_b2_
N2500KN（拉力）
（3-7）已知：
梁与梁
，在C处用中间铰连接，承受集中力
分布力q、集中力偶m，
试求A、B、C处的支座反力。
屮口L!
丄mil
ezzz.
1m
2m
2m
1m
1m
（3-8）梁及拉杆结构如图所示，已知q,a,3a。
求固定铰链支座A及拉杆的约束反力RA及Rbd。
答：
（4/3）（8/3）
（3-9）已知：
连续梁由梁和梁，通过铰链
Hq
D
1'q
卩1
F1
f4
r
h1
11
3a一
B
a
B连接而成•
m=10
m
2
AX
1m.
C
求：
A、B、C处的约束力
_mq
Zl++++
A汁
ax
*0aY
弋a，5r
kNam
XB
r*n
0
YB1,5
kN
答:
qa
A4kNm
RC0.5kN
（3-10）工（F）=0”是什么意思?
4
平面力系中各力对任意点力矩的代数和等于零。
（3-11）什么是平面一般力系?
各力的作用线分布在同一平面内的任意力系。
第四章材料力学绪论（9题）
（4-1）材料的基本假设有哪几个？
（4-2）杆件有哪几种基本变形？
对每种基本变形，试举出一个工程或生活中的实际例子。
（4-3）材料力学的主要研究对象是什么构件？
4-4）什么是弹性变形?
什么是塑性变形？
（4-5）什么是微元体？
它代表什么？
（4-6）什么是内力？
有几种内力素？
各内力素的常用符号？
（4-7）什么是应力？
有几种应力分量？
各应力分量的常用符号？
应力的常用单位？
（4-8）什么是应变？
有几种应变分量？
各应变分量的常用符号？
为什么说应变是无量纲的量？
（4-9）什么是强度失效？
刚度失效？
稳定性失效？
（4-1）在材料力学中，对于变形固体，通常有以下几个基本假设：
（1）材料的连续性假设，认为在变形固体的整个体积内，毫无空隙地充满着物质。
（2）材料的均匀性假设，认为在变形固体的整个体积内，各点处材料的机械性质完全一致。
（3）材料的各向同性假设，认为固体在各个方向上的机械性质完全形同。
（4）构件的小变形条件
（4-2）、杆件的基本变形包括：
拉伸或压缩，剪切，扭转，弯曲，具体工程实例大家可以进行思考。
（4-3）、材料力学主要研究变形固体，即变形体。
（4-4）、固体受力后发生变形，卸除荷载后可以消失的变形，称为弹性变形。
当荷载超过一定限度时，卸除荷载后，仅有部分变形消失掉，部分变形不能消失而残留下来，这种变形称为塑性变形或残余变形。
（4-5）、在构件内围绕某点，用三对互相垂直的截面，假想地截出一个无限小的正六面体，以这样的正六面体代表所研究的点，并称为微小单元体。
（4-6）、无论构件是否受载，构件内部所有质点间总存在有相互作用的力。
这种力称为内力。
有六种内力素，常用符号为：
N,Qy,Qz,Mn,My,Mz。
（4-7）、在微小面积上分布内力的平均集度称为此微小面积上的平均应力。
分为正应力（用表示）与剪应力
（用表示），常用单位：
N/m2
（4-8）、单位长度应力变化量称为应变，分为线应变（用表示）与角应变或剪应变（用表示），它们都是度
量受力构件内一点变形程度的基本量。
（4-9）、强度失效：
构件所受荷载大于本身抵抗破坏的能力；刚度失效：
构件的变形，超出了正常工作所允许的限度；稳定性失效：
构件丧失原有直线形式平衡的稳定性。
第五章轴向拉伸与压缩（12题）
（5-1）弹性模量E的物理意义？
弹性模量E表征材料对弹性变形的抵抗能力，是材料机械性能的重要指标。
（5-2）是什么？
物理意义？
称为拉、压杆截面的抗拉刚度。
（5-3）脆性材料和塑性料如何区分？
它们的破坏应力是什么?
（5-4）轴向拉伸与压缩杆件的胡克定律公式如何写？
说明什么问题?
l叫，表述了弹性范围内杆件轴力与纵向变形间的线性关系，此式表明，当NI和A一定时，E愈大,
EA
杆件变形量I愈小。
（5-5）（TP、（Te、（TS、b代表什么？
dP――比例极限；Te――弹性极限；TS――屈服极限或者流动极限；Tb一一强度极限
（5-6）什么是5次静不定结构？
5,这样的结
未知力的个数多于所能提供的独立的平衡方程数，且未知力个数与独立的平衡方程数之差为
构称为5次静不定结构。
（5-7）已知：
拉杆为圆截面，直径
试求：
校核拉杆的强度。
20,许用应力[t]=160
A
解题提示:
根据前面第三章学过的平衡条件，以点
A为研究对象，分别列X、Y方向的平衡方程:
X0NACNABCOS22.800
PNabsin22.8o0
解得：
38.71
又由于拉杆为圆截面，直径20,所以拉杆的面积为
d2
314.16
所以：
ABA：
123=160，满足强度要求
（5-8）下图所示结构中，为钢杆，横截面面积为A=5002,许用应力为
〔t1〕=500。
杆为铜杆，横截面面积为A=700mm2，许用应力〔t2〕=100。
已知集中载荷P
为铅垂方向。
试根据两杆的强度条件确定许可载荷〔P〕。
答：
1、N,、N—P的静力平衡关系
Ni=0.866P
N2=0.5P
2、由1杆强度条件求〔P〕
〔P〕i〔6i〕/0.866=288.7
3、由2杆强度条件求〔P”〕
〔P〕12〔62〕/0.5=140
4、结论：
〔P〕=140
（5-9）已知：
静不定结构如图所示。
直杆为刚性，A处为固定铰链支座，CD处悬挂于拉杆①和②上，两杆抗
拉刚度均为，拉杆①长为L,拉杆②倾斜角为a,B处受力为P。
试求：
拉杆①和②的轴力Ni,N2o
提示：
必须先画出变形图、受力图，再写出几何条件、物理方程、补充方程
和静力方程。
可以不求出最后结果。
答：
N1=3（1+43a
23
N2=6Pa/（1+4a）
（5-10）已知：
各杆抗拉（压）刚度均为，杆长
试求:
各杆轴力。
提示:
此为静不定结构，先画出变形协调关系示意图及受力图，再写出几何条件、物理条件、补充
方程，静立方程。
BlCI*
解题提示:
再以为研究对象进行受力分析，假设各杆
此为静不定结构，先画出变形协调关系示意图及受力图如图所示,
轴力分别为有：
N1、N2、N3（均为拉力）则有:
Y0NiN2N3P0
Ma（F）0N?
aN32a0
根据变形协调条件以及集合条件有:
lc1a21b,其中:
1a
NJ
EA
N2I
EA
lc凹，联立以上几个方程，可以得到:
EA
Ni5PN2P
63
N3
（5-11）延伸率公式3=（Li
-L）X100%中L1指的是什么，有以下四种答案:
（A）断裂时试件的长度;
（B）断裂后试件的长度;
（C）断裂时试验段的长度;
（D）断裂后试验段的长度;
正确答案是
（5-12）低碳钢的应力-应变曲线如图2所示。
试在图中标出D点的弹性应变e、塑性应变p及材料的伸长率
（延伸率）。
第六章剪切（7题）
（6-1）什么是挤压破坏?
在剪切问题中，除了联结件（螺栓、铆钉等）发生剪切破坏以外，在联结板与联结件的相互接触面上及其附
近的局部区域内将产生很大的压应力，足以在这些局部区域内产生塑性变形或破坏，这种破坏称为“挤压破坏”。
（6-2）写出剪切与挤压的实用强度计算公式。
剪切实用强度计算公式:
挤压实用强度计算公式:
bs
Rs
Abs
bs
（6-3）在挤压强度计算公式中，如何计算挤压面积?
有效挤压面积为实际挤压面在垂直于挤压力方向的平面上的投影面积。
（6-4）画出单元体的纯剪应力状态图。
（6-5）叙述剪应力互等定理。
在相互垂直的两个平面上，剪应力必然成对出现，且大小相等；两剪应力皆垂直于两平面的交线，方向则共同指向或共同背离这一交线，这种关系称为剪应力互等定理。
（6-6）图示铆钉接头，已知钢板厚度10mm铆钉直径17,铆钉的许用应力[t]=140,
[d]=320,24,
试校核铆钉的剪切和挤压强度。
（6-7）如图3所示，厚度为t的基础上有一方柱
为，挤压面积为
，柱受轴向压力
a2
P作用，则基础的剪切面
面积
勿；
:
t
第七章扭转（8题）
20。
（7-1）已知：
实心圆截面轴，两端承受扭矩T,轴的转速100，传递功率=10马力，许用剪应力[t]=
试求：
按第三强度理论确定轴的直径d。
解：
对于实心圆截面轴
TY
同时：
T7.02恥
n
0.702KNm；
max
WWP[]
联立以上两个式子可得:
d=316T=5.63cm
V'nr
（7-2）钢轴转速n=300转/分，传递功率N=80。
材料的许用剪应力
〔T〕=40，单位长度许可扭转角〔B〕=10/m，剪切弹性模量G=80。
试根据扭转的
强度条件和刚度条件求轴的直径d。
答：
1、9549N（）/n=2547N•m
2、由强度条件求轴径d
d）y
TT
■16T
d3——6.87cmV
3、由刚度条件求轴径d
32180T
4
2G
6.57cm
4、结论：
6.87
（7-3）试画出实心圆截面轴横截面的剪应力分布图。
（7-4）试画出空心圆截面轴横截面的剪应力分布图。
（7-5）试叙述圆轴扭转的平面截面假设。
圆轴扭转变形后，横截面仍保持平面，且其形状和大小以及两相邻横截面间的距离保持不变；半径仍保持为直线。
即横截面刚性地绕轴线作相对转动。
（7-6）试画出矩形截面轴的剪应力分布图。
（7-7）扭矩的正方向规定？
（7-8）已知功率与转速，用什么公式求传递的扭转力矩？
可以有两种形式：
mx（KN?
m）9.55N转“分）；mx（KN?
m）7.02"转冒n（转/分）n（转/分）
第八章
弯曲内力（8题）
（8-1）试画出下图所示梁的剪力图和弯矩图，求出和。
（反力已求出）
（11/6）
答:
（8-2）试画出右端外伸梁的剪力图和弯矩图。
（反力已求出）
答:
C
x
和。
（反力已求出）
（8-3）试画出三图所示梁的剪力图和弯矩图，求出
（8-4）试画出左端外伸梁的剪力图和弯矩图。
（反力已求出）
（8-5）
2
（8-6）
q
nnnn
4
（8-7画出下图所示梁的剪力图和弯矩图。
2a
74
3qa2
2qa
Qa■
*2a
IQA
r
A
B
答:
（8-8）外伸梁,
试绘出该梁的剪力图和弯矩图（方法不限）
答:
P=6
3
o
（9-1）悬臂梁的横截面为圆环形，外径
试求：
校核该梁的正应力强度。
d]=100o
第九章弯曲强度（17题）
1016,内径1000,梁长10m，分布载荷集度468,[
答3.69v[d]远远满足强度要求
2b，材料的许用应力〔
（T〕=160o
（9-2）已知：
悬臂梁受力如图所示，横截面为矩形，高、宽关系为
试求：
横截面的宽度？
1.875
解答提示:
A
2m
确定支座反力，得到剪力图和弯矩图并判断危险截面:
同理：
Xa0,Ya
P1.875KN,由悬臂梁的受力特点知其最大弯矩在
A点处:
又由于:
Mmax
6Mmax
[]
max
WZ
bh2
MmaxMA3.75KNm
h2b，联立以上式子可以得到:
32.8cm
（9-3）已知：
悬臂梁的横截面为圆形，直径2,梁长1m，分布载荷集度500,[（T]=100
试求：
校核该梁的正应力强度。
q
B
解答提示:
确定支座反力，得到最大弯矩并判断危险截面:
Ma（F）0,
ma丁0ma
250N?
m
2
由悬臂梁的受力特点知其最大弯矩在
A点处，Mmax
MA250N?
m
则最大应力发生在A端截面,
其值为:
Mmax
max
WZ
Me
WZ
Wz
d3
32，联立求得:
max
Mmax
WZ
Me
WZ
25032
23106
10
3
318.31MPa[]100MPa
结论：
不满足应力强度要求。
（9-4）已知：
简支梁如图所示，横截面为圆形,
材料的许用应力〔c〕=160。
试求：
圆截面的直径d=?
P=100
解答提示:
确定支座反力，得到弯矩图并判断危险截面:
Ma（F）0,
升级会员 