工程力学第4版(静力学)答案

第一章习题下列习题中，凡未标出自重的物体，质量不计。接触处都不计摩擦。1-1试分别画出下列各物体的受力图。1-2试分别画出下列各物体系统中的每个物体的受力图。1-3试分别画出整个系统以及杆BD，AD，AB（带滑轮C，重物E和一段绳索）的受力图。1-4构架如图所示，试分别画出杆HED，杆BDC及杆AEC的受力图。1-5构架如图所示，试分别画出杆BDH，杆AB，销钉A及整个系统的受力图。1-6构架如图所示，试分别画出杆AEB，销钉A及整个系统的受力图。1-7构架如图所示，试分别画出杆AEB，销钉C，销钉A及整个系统的受力图。1-8结构如图所示，力P作用在销钉C上，试分别画出AC，BCE及DEH部分的受力图。参考答案1-1解：1-2解：1-3解：1-4解：1-5解：1-6解：1-7解：1-8解：第二章习题参考答案2-1解：由解析法，23cos80RXFXPPN12sin140RYFYPPN故：22161.2RRXRYFFFN1(,)arccos2944RYRRFFPF2-2解：即求此力系的合力，沿OB建立x坐标，由解析法，有123cos45cos453RXFXPPPKN13sin45sin450RYFYPP故：223RRXRYFFFKN方向沿OB。2-3解：所有杆件均为二力杆件，受力沿直杆轴线。（a）由平衡方程有：0Xsin300ACABFF0Ycos300ACFW联立上二式，解得：0.577ABFW（拉力）1.155ACFW（压力）（b）由平衡方程有：0Xcos700ACABFF0Ysin700ABFW联立上二式，解得：1.064ABFW（拉力）0.364ACFW（压力）（c）由平衡方程有：0Xcos60cos300ACABFF0Ysin30sin600ABACFFW联立上二式，解得：0.5ABFW(拉力)0.866ACFW（压力）（d）由平衡方程有：0Xsin30sin300ABACFF0Ycos30cos300ABACFFW联立上二式，解得：0.577ABFW(拉力)0.577ACFW(拉力)2-4解：（a）受力分析如图所示：由0x224cos45042RAFP15.8RAFKN由0Y222sin45042RARBFFP7.1RBFKN(b)解：受力分析如图所示：由0x3cos45cos45010RARBFFP0Y1sin45sin45010RARBFFP联立上二式，得：22.410RARBFKNFKN2-5解：几何法：系统受力如图所示三力汇交于点D，其封闭的力三角形如图示所以：5RAFKN（压力）5RBFKN（与X轴正向夹150度）2-6解：受力如图所示：已知，1RFG，2ACFG由0xcos0ACrFF12cosGG由0Ysin0ACNFFW22221sinNFWGWGG2-7解：受力分析如图所示，取左半部分为研究对象由0xcos45cos450RACBPFF0Ysin45sin450CBRAFF联立后，解得：0.707RAFP0.707RBFP由二力平衡定理0.707RBCBCBFFFP2-8解：杆AB，AC均为二力杆，取A点平衡由0xcos60cos300ACABFFW0Ysin30sin600ABACFFW联立上二式，解得：7.32ABFKN（受压）27.3ACFKN（受压）2-9解：各处全为柔索约束，故反力全为拉力，以D，B点分别列平衡方程（1）取D点，列平衡方程由0xsincos0DBTW0DBTWctg（2）取B点列平衡方程由0Ysincos0BDTT230BDTTctgWctgKN2-10解：取B为研究对象：由0Ysin0BCFPsinBCPF取C为研究对象：由0xcossinsin0BCDCCEFFF由0Ysincoscos0BCDCCEFFF联立上二式，且有BCBCFF解得：2cos12sincosCEPF取E为研究对象：由0Ycos0NHCEFFCECEFF故有：22cos1cos2sincos2sinNHPPF2-11解：取A点平衡：0xsin75sin750ABADFF0Ycos75cos750ABADFFP联立后可得：2cos75ADABPFF取D点平衡，取如图坐标系：0xcos5cos800ADNDFFcos5cos80NDADFF由对称性及ADADFFcos5cos5222166.2cos80cos802cos75NNDADPFFFKN2-12解：整体受力交于O点，列O点平衡由0xcoscos300RADCFFP0Ysinsin300RAFP联立上二式得：2.92RAFKN1.33DCFKN（压力）列C点平衡0x405DCACFF0Y305BCACFF联立上二式得：1.67ACFKN（拉力）1.0BCFKN（压力）2-13解：（1）取DEH部分，对H点列平衡0x205RDREFF0Y105RDFQ联立方程后解得：5RDFQ2REFQ（2）取ABCE部分，对C点列平衡0xcos450RERAFF0Ysin450RBRAFFP且REREFF联立上面各式得：22RAFQ2RBFQP（3）取BCE部分。根据平面汇交力系平衡的几何条件。2222222284RCRERBFFFQQPQPQP2-14解：（1）对A球列平衡方程0xcossin0ABNAFF（1）0Ycossin20NAABFFP（2）（2）对B球列平衡方程0xcoscos0NBABFF（3）0Ysinsin0NBABFFP（4）且有：NBNBFF（5）把（5）代入（3），（4）由（1），（2）得：cossin2ABABFtgFP（6）又（3），（4）得：sincosABABPFtgF（7）由（7）得：cossinABPFtg（8）将（8）代入（6）后整理得：22(12)(2)3cos23sincosPtgtgPtgtg2-15解：NAF，NDF和P构成作用于AB的汇交力系，由几何关系：2cos12sincosCEPFcos0NHCEFF又CECEFF22cos1cos2sincos2sinNHPPF整理上式后有：sin75sin750ABADFF取正根cos75cos750ABADFFP2cos75ADABPFF第三章习题参考答案3-1解：2222()()()()00()()sincos0sin()()()()()()()sincos0sinOOOOOOaMPPlbMPPcMPPlPPldMPPaeMPPlrfMPPabPPab3-2解：132546,;,;,PPPPPP构成三个力偶1243(0.30.1)(0.40.1)(0.20.4)530MPPPNm因为是负号，故转向为顺时针。3-3解：小台车受力如图，为一力偶系，故FG，NANBFF由0M0.80.30NAFG0.75750NANBFFKNN3-4解：锤头受力如图，锤头给两侧导轨的侧压力1NF和2NF构成一力偶，与P，P构成力偶平衡由0M10NPeFh12100NNFFKN3-5解：电极受力如图，等速直线上升时E处支反力为零即：0REF且有：SW由0M0NAFbWaNANBWaFFb3-6解：A，B处的约束反力构成一力偶由0M2120RBMMFa1RBRAFFKN3-7解：1OA，2OB受力如图，由0M，分别有：1OA杆：16sin30ABmFa（1）2OB杆：280BAmFa（2）且有：ABBAFF（3）将（3）代入（2）后由（1）（2）得：1238mm3-8解：杆ACE和BCD受力入图所示，且有：RARCRCRBFFFF对ACE杆：12300RAFctgm1.155RARBFKNF对BCD杆：22300RBFctgm24mKN第四章习题4-1已知F1=60N，F2=80N，F3=150N，m=，转向为逆时针，θ=30°图中距离单位为m。试求图中力系向O点简化结果及最终结果。4-2已知物体所受力系如图所示，F=10Kn，m=，转向如图。（a）若选择x轴上B点为简化中心，其主矩LB=，转向为顺时针，试求B点的位置及主矢R’。（b）若选择CD线上E点为简化中心，其主矩LE=，转向为顺时针，α=45°，试求位于CD直线上的E点的位置及主矢R’。4-3试求下列各梁或刚架的支座反力。解：（a）受力如图由∑MA=0FRB3a-Psin30°2a-Qa=0∴FRB=（P+Q）/3由∑x=0FAx-Pcos30°=0∴FAx=32P由∑Y=0FAy+FRB-Q-Psin30°=0∴FAy=（4Q+P）/64-4高炉上料的斜桥，其支承情况可简化为如图所示，设A和B为固定铰，D为中间铰，料车对斜桥的总压力为Q，斜桥（连同轨道）重为W，立柱BD质量不计，几何尺寸如图示，试求A和B的支座反力。4-5齿轮减速箱重W=500N，输入轴受一力偶作用，其力偶矩m1=，输出轴受另一力偶作用，其力偶矩m2=，转向如图所示。试计算齿轮减速箱A和B两端螺栓和地面所受的力。4-6试求下列各梁的支座反力。(a)(b)4-7各刚架的载荷和尺寸如图所示，图c中m2＞m1，试求刚架的各支座反力。4-8图示热风炉高h=40m，重W=4000kN，所受风压力可以简化为梯形分布力，如图所示，q1=500kN/m，q2=m。可将地基抽象化为固顶端约束，试求地基对热风炉的反力。4-9起重机简图如图所示，已知P、Q、a、b及c，求向心轴承A及向心推力轴承B的反力。4-10构架几何尺寸如图所示，R=0.2m，P=1kN。E为中间铰，求向心轴承A的反力、向心推力轴承B的反力及销钉C对杆ECD的反力。4-11图示为连续铸锭装置中的钢坯矫直辊。钢坯对矫直辊的作用力为一沿辊长分布的均布力q，已知q=1kN/mm，坯宽1.25m。试求轴承A和B的反力。4-12立式压缩机曲轴的曲柄EH转到垂直向上的位置时，连杆作用于曲柄上的力P最大。现已知P=40kN，飞轮重W=4kN。求这时轴承A和B的反力。4-13汽车式起重机中，车重W1=26kN，起重臂ＣＤＥ重Ｇ＝４.５kN，起重机旋转及固定部分重Ｗ2＝３１kN，作用线通过Ｂ点，几何尺寸如图所示。这时起重臂在该起重机对称面内。求最大起重量Ｐmax。4-14平炉的送料机由跑车A及走动的桥B所组成，跑车装有轮子，可沿桥移动。跑车下部装有一倾覆操纵柱D，其上装有料桶C。料箱中的载荷Q=15kN，力Q与跑车轴线OA的距离为5m，几何尺寸如图所示。如欲保证跑车不致翻倒，试问小车连同操纵柱的重量W最小应为多少4-15两根位于垂直平面内的均质杆的底端彼此相靠地搁在光滑地板上，其上端则靠在两垂直且光滑的墙上，质量分别为P1与P2。求平衡时两杆的水平倾角α1与α2的关系。4-16均质细杆AB重P，两端与滑块相连，滑块Ａ和Ｂ可在光滑槽内滑动，两滑块又通过滑轮Ｃ用绳索相互连接，物体系处于平衡。（ａ）用Ｐ和θ表示绳中张力Ｔ；（ｂ）当张力Ｔ＝２