1、附錄四 習題冊參考答案緒論簡答題()答:材料力學中的應力集中 。1()答:火車開過來時 ,如果身體離火車太近 ,火車通過時2會帶走身體 周圍的部分空氣,造成氣壓差,會使身體向火車靠近。火車通過的速度越快 ,帶走的空氣就越多 ,造成的氣壓差就越大,身體向火車方向的傾向力越大 ,危險越大 。()答:鋪上石子和干草等 ,主要是為了增大泥坑與車輪之3間的摩擦力 ,防止打滑 。答:實驗結果 :雞蛋 鉆”進了瓶子里 。力學原理 :廢紙燃燒耗盡了瓶中氧氣 ,使瓶中氣壓變小 近乎真空而瓶外壓強遠大于瓶中壓強 ,產生的氣壓差把雞蛋壓入了瓶中 。第一章 靜力學基礎知識一、填空題靜力學,運動學,動力學物體的受力分析

2、 ,物體在力系作用下的平衡條件靜止,做勻速直線運動抽象與簡化 ,大小機械,運動狀態 ,形狀牛頓,N大小,方向矢,帶箭頭的有向線段 ,大小,方向,作用點相等,相反,同一直線 ,兩個物體相等,相反,同一物體二力構件 ,其兩作用點矢量約束,限制的運動主動力,大小,方向,約束反力研究對象 ,約束類型 ,方向,作用點,主動力,約束反力,符號柔性體約束 ,光滑面約束 ,中間鉸鏈 ,固定鉸鏈支座活動鉸鏈支座二、判斷題 三、選擇題 B 四、簡答題答:相同點:公理一中的兩個力與公理二中的兩個力都是等值反向、共線。、不同點:公理一中的兩個力分別作用在兩個物體上 ,公理二中的兩個力作用在同一個物體上 。答:柔性體只

3、能承受拉力 ,不能承受壓力 。答:被約束物體可以沿約束的水平方向自由滑動,也可以向離開約束的方向運動 ,但不能向垂直指向約束的方向運動 。答:剪刀的兩半部分可以繞銷釘軸線相對轉動在垂直銷釘軸線的平面內沿任意方向做相對移動答:木條不能沿圓柱銷半徑方向移動 ,但可以繞銷軸做相對轉動 。,但不能。五、作圖題解:解:平衡力為 G F F。作用力與 反作用與與。F與力為解:解:解:解:解:解:解:解:解:六、改錯題解:解:第二章 平面基本力系一、填空題平面匯交 ,平面平行 ,平面一般同一平面 ,匯交于一點合力,分力F , ,F 0 0F或或水平向左 ,指向右下 ,垂直向上各分力,代數和所有力,均為零FF

4、 平衡方程xy()研究對象1()適當的坐標軸 、投影2()列平衡方程3兩個,相反平面匯交大小,距離力,力臂,逆時針M( 矩心, F N mO匯交,合力,各分力,代數和( )代數和等于零 M F Oi.相等,相反,平行,力偶臂,力偶作用面力的大小 ,力偶臂,力偶矩,轉向,作用面方位二、判斷題M 三、選擇題 C C四、簡答題答:通過FBBC點,由 點指向點。因為在主動力的1C作用下, 點的運動趨勢方向向上 ,根據三力平衡匯交定理可知FBC的方向是由點指向 點。3,)和答:剛體不會平衡。因為剛體受兩力偶 F 11( , )作用產生順時針方向轉動 。F 22答:不對。力偶矩是由力對O點產生的矩平衡的

5、。a答: 圖易斷。計算起吊重物的鋼絲繩強度時,應考慮起吊重物上升時的加速度 ,因為此時鋼絲繩所受的拉力最大 ,應大二、判斷題 1 ()()()2 ()()3 1 2 三、選擇題 B 四、簡答題M M + MM答:由可知,平面力偶系簡化結O12n果為一合力偶 ,其合力偶矩等于各力偶矩的代數和 。F F F + F答:由可知,平面匯交力系簡化,其大小和方向R12n結果為一合力 ,此合力的作用線通過簡化中心取決于原力系中各力的矢量和 。答:力的平移性質是 :()當作用在剛體上的一力沿其作用線滑動到任意點時1,因附加力偶的力偶臂為零 ,故附加力偶矩為零 。()當力作用線平移時 ,力的大小、方向都不改變

6、,但附2O加力偶矩的 大小與正負一般要隨指定點的位置的不同而不同。F答:其原因是力對O點產生的力矩使鉸杠轉動 ,但絲F作用FAFO錐上會受到橫向力是作用于O點的力平移到O點的力,力F易造成絲錐折斷 。O答:解題的主要步驟是 :()選取一個或多個研究對象 。1()進行受力分析 ,畫出受力圖 。2()選取坐標系 ,計算各力的投影 ;選取矩心 ,計算各力的3矩。()列平衡方程 ,求解未知量 。必要時列出補充方程 。4解題要點 :()選擇的研究對象要與已知量 、未知量均有關系 。1()坐標軸盡量與未知力垂直或與多數力平行2。()矩心可選在兩未知力或未知力與已知力的交點上3。五、作圖題六、計算題解:以梁

7、為研 究對象,其受力分析與坐標建立如圖所示。FF 由由由得:xF F 得:( )y得MMM F AA解方程可得 Fx方向如圖所示 )Fy方向如圖所示 ) mMA()解:以 1、A B梁為研究對象,點的約束反力及坐標建立如圖所示 ,各力構成平面平行力系 。F F 由由得FABy( )( )l lM F 得:FFlAibBabN解方程得 FANFB()解:以2M,故A梁為 研究對象,因外力只有力偶MM點的約束反力只能是一個力偶與外力偶平衡,由此可知 ,A ,方向為順時針轉動方向 。MN mMA()解:以梁3為研究對象 ,其受力分析與坐標建立如圖所示。F由由由得FxF 得Fy( )M F 得MAiA

8、解方程可得 Fx方向如圖所示 )NFy方向如圖所示 )N mMA解:()先以繩索:a1作為研究對象 ,畫受力圖圖a()再以桿2:b作為研究對象 ,畫受力圖圖b()對桿3列平衡方程 : =0Fx -Fy -4NFxF得y= 2N()因為4 與F =F為作用力與反作用力 ,所以 2N,又因為F = 2N。F與F為平衡力,所以F,方向水平向右()5NA處FxN,方向豎直向下Fy= 2N,方向C處F斜向左上靜力學綜合測試題參考答案一、填空題形狀,大小匯交點大小,方向,作用點一個平衡力系 ,作用效果投影,投影 , ,平衡N m N mB 連線與x線上柔性體,被約束物體、 、A B C軸不垂直,三點不在同

9、一直中間鉸鏈約束 ,固定鉸鏈約束 ,活動鉸鏈約束約束力 約束反力 )鉸鏈中心 ,支承面作用線匯交于一點 ,合力為零一對等值 、反向且不共線的平行力外,內力偶矩的大小 ,力偶的轉向 ,力偶作用面的方位連線代數和力偶矩,力偶一力,一力偶二、判斷題 三、選擇題 D C 四、作圖題五、計算題解:()以桿1為研究對象 ,畫受力圖如圖 a所示,列平衡方程求解 ,即圖aFF F FFxxxxxF F F F FyyyyyF2()M F FF=Ayy()以桿2為研究對象 ,畫受力圖如圖 所示,列平衡方程求解 ,即F F F bxxxxxF F yyy()M F F Bx=-4F3x()因為3、F F 與x與互

10、為作x y y用力與反作用力 ,則 =-4FF3xx圖b =1FF2yyF =-4F()故4F方向與所設方向相反3xxF =1FF方向與所設方向相同2yy -413F=- F方向與所設方向相反3xx =1FF方向與所設方向相同2yy解:列平衡方程求解 ,即FF FxDTF F故故故TD( )M F MF b G a F d+-OTQ( F =MG F b dQDF F F LQy( F F +MG F b dLQD解:()選起重機為研究對象 ,受力圖如圖 、圖1ab所示。()列平衡方程求解2WAF =當其滿載時 , 最大,在臨界平衡狀態 , 處懸空,即A,。0WWQQaB機架繞點向右翻倒 ,如

11、圖 所示,則( )()WM F WbG BQbW=故QW,在臨界平衡狀態下 B當其空載時 ,即處懸空 ,即,。WWFBQQ點向左翻倒 ,如圖b所示,則A機架繞( )M F() WG b AQ()G bW=故故aQ()bG bW W的大小范圍為aQQ第四章 材料力學基礎一、填空題桿件,板,殼,塊縱向,橫向固體材料構件 ,變形固體彈性變形 ,塑性變形剛度,穩定性拉伸 壓縮剪切,扭轉,彎曲拉伸,扭轉,彎曲,壓縮,壓縮均勻連續性 ,各向同性 ,小變形二、選擇題, A A 三、簡答題答:強度要求 :主軸、鉆頭。剛度要求 :主軸、立柱。穩定性要求 :工作臺、底座。答:構件 抵抗破壞的能力稱為強度,如果構件

12、的尺寸、材料的性能與載荷不相適應 ,就可能發生破壞 。若起吊重物的繩索太細,當物體的重量太重時 ,繩索有可能發生斷裂 ,造成災難性的事故 ,因此,構件的強度要求是保證在載荷作用下不致破壞,即具有足夠的強度 。答:材料力學的任務是研究 物體在外力作用下的變形與破壞規律 ,為設計既經濟又安全的構件提供有關強度 、剛度和穩定性分析的基本理論和方法 。第五章 拉伸和壓縮一、填空題大小相等 ,方向相反 ,桿件軸線重合 ,軸線方向伸長或縮短,等截面直桿、,、 外力,軸力,剪力,扭矩,剪力與彎矩/ , / , ,N m 12 6,F AN均勻軸力,拉伸,拉應力,壓縮,壓應力,/絕對變形 ,相對變形 , =L

13、L軸力,桿長,橫截面面積,/0,彈性模量,彈性變形 F LN低碳鋼,灰鑄鐵塑性變形 ,屈服屈服極限 R抗拉強度 )Rm退火抗拉強度工作能力 ,極限應力 ,R 屈服極限Ro抗拉m強度)許用應力 ,最大應力 ,安全系數屈服,斷裂大于選擇截面尺寸 ,確定許可載荷圓角過渡二、判斷題()()()()()1 2 3 4 5()()()61 2 3三、選擇題,C ED,8.C 9.A D AADB四、簡答題答:要經過 四個階段:()彈性階段,產生彈性變形。()屈服階段 ,產生塑性變形 ,試件出現 2)強化階條紋。()局部變形階段 ,出現頸縮現象 。段,產生強化現象 。(答:塑性材料和脆性材料的力學性能的主要

14、區別是:()塑性材料斷裂前有顯著的塑性變形 ,還有明顯的屈服現1象,而脆性材料在變形很小時突然斷裂 ,無屈服現象 。()塑性材料拉伸和壓縮時的比例極限 、屈服極限和彈性模2量均相同 ,因為塑性材料一般不允許達到屈服極限 ,所以它的抵抗拉伸和壓縮的能力相同 。脆性材料抵抗拉伸的能力遠低于抵抗壓縮的能力 。答:灰鑄鐵等 一類脆性材料拉伸時的應力應變曲線無明顯的直線階段和屈服階段 ,在應力不大的情況下就突然斷裂,R所以,抗拉強度是衡量脆性材料強度的唯一指標 。m答:(1)為保證構件安全工作 ,把危險應力 o除以大于。塑性材料1的系數作為強度儲備 。此系數稱為安全系數=ns;脆性材料。nb()為了保證

15、強度儲備和構件的安全工作 ,安全系數一定要2大于。取得過大會造成材料的浪費 ,取得過小又不能滿足強度要求。五、計算題()解:沿截面 1 1 1假想將桿分成兩段,取右段為研究對象 ,畫受力圖 。壓力)FF由得F壓力)F同理,由截面法求得 F()解:沿截面 21 1假想將桿分成兩段 ,取左段為研究對象,畫受力圖 。壓力)FF由得F拉力)FF同理,由截面法求得 F壓力)F()解: 1/壓應力)F1/壓應力)F1 2()解:/壓應力)2FFF1 M1/拉應力)1 M2/壓應力)1 M3LFN0解:由L F= 3=N0假想將桿分成兩段,取左段為研究對。故此桿的材料彈性模量為1 1解:沿截面象,畫受力圖

16、。拉力)F由得F同理,由截面法求得 :拉力)F拉力)/FF A由可以得到 :/ = M3拉應力)拉應力)FA11/3F = M2A2/拉應力) = MF3A33)以壓板為研究對象 ,其受1解:(力圖如圖所示 。()由L21( ) :M F F2iB解方程得到螺栓所受的力 :2F1()由截面法可知螺栓的內力3F FN1()強度校核4/ ,N/1 )4d F A =d2=4F可以得到:N21由故螺栓的強度滿足要求 。 因為第六章 剪切和擠壓一、填空題大小相等 ,方向相 反,平行且相距很近,沿作用力方向發生相對錯動剪力,切應力,連接,被連接件剪切面,擠壓面實際接觸面面積 ,正投影/Q/ A FF 剪

17、斷,擠壓破壞連接件數量 ,增加連接件剪切面數量剪切比例極限 ,剪切胡克小線應變,角應變 切應變)二、判斷題 三、選擇題, , , D F H C F , C A四、計算題)求鋼板的剪切面積1A解:() =2()計算完成沖孔所需的力2F。由/F 沖孔要成功 ,則工作應力要大于得到:bbAb即 因 ,故此沖床能完成沖孔工作 。)按剪切強度條件確定許可載荷1F解:(1/ F = 可以得到F由1 即F21()按擠壓強度條件確定許可載荷F2/2 及(A D ,得:d 42FA2 (Dd 4F222 即F2()按拉桿的抗拉強度條件確定許可載荷3F3F34= / ;又因 ()A= d2A11 0 取 = 1

18、1 d 2 N /F2可以得到:43l 即F3由以上三種強度條件確定的許可載荷可知 ,拉桿的許可載荷 。不能超過)計算鋼絲的截面面積1A解:(1/ mmA221()計算作用于手柄上的力2F因為鉗子施加在鋼絲的應力一定要大于其強度極限,所以由/F A得:b1Ab1即 N N。故作用于手柄上的力要大于()銷釘的截面面積3A2/ mmA222()銷釘的工作應力4/ MF A2所以銷釘符合剪切強度要求 。 因為)剪切強度校核1解:()計算齒輪作用在鍵側面上的力1F /MM由靜力學平衡方程解方程得 )計算剪切面上的剪力得F di,剪切面面積2FAQ 由截面法可求得 FQb mm2)強度計算3/Q/3 F

19、 所以鍵符合剪切強度要求 。 因為()擠壓強度校核2)擠壓面面積1A鍵側面的一半高度部分為擠壓面面積 ,有:1212= mm2Ah =)計算擠壓力2F F)強度計算3/ FA 所以鍵滿足擠壓強度要求 。因為綜合上述可知鍵的強度滿足使用要求。第七章 圓軸扭轉一、填空題力偶矩大小相等 ,轉向相反 ,繞軸線發生相對轉動,右手螺旋法則扭矩 MT軸的 各 截 面 位 置,相 應 橫 截 面 上 的 扭 矩,橫 坐 標 上 方,橫坐標下方形狀 ,大小 ,軸線 ,直線 ,平行四邊形相對轉動 ,切應力強度校核 ,選擇截面尺寸 ,確定許可載荷兩橫截面繞軸線的相對扭轉角=單 位 長 度 的 最 大 扭 轉 角 小

20、 于 等 于 許 用 扭 轉 角 (MT二、判斷題 1 2 ()() 三、選擇題, B A 四、簡答題答:以右手手心對 著軸,四指沿扭矩的方向屈起,拇指的方向離開截面時 ,扭矩為正 ;拇指的方向指向截面時 ,扭矩為負。答:圓軸扭轉橫截面上任一 點的切應力與該點到圓心的距離成正比 ,在圓心處為零 。最大切應力發生在截面外周邊各點處。答:在等強度 、等截 面的條件下,選用空心軸可以節省材料 、減輕自重 。而且從截面的幾何性質來看 ,空心軸的抗扭截WI面系數和極慣性矩都比較大 ,有利于提高軸的強度和剛度 。n答:合理安排輪系和選用空心軸 。五、作圖題解:六、計算題)1解:(段在段任取一截面,假想將桿

21、分成兩段 ,取右段為研究對象 。 m由截面法求得 M()2段M M N m同理可求得 M()作扭矩圖3BC)計算抗扭截面系數1W解:(nI D= =3( ) D 1 - )4 3 4由WnR mm求得 W23n()計算最大扭矩MT=M得:WnMWTn m解得 MT 。 m故該軸能傳遞的最大扭矩為)計算最大扭矩1M解:(由靜力平衡條件可知 MTM N mT()計算抗扭截面系數2WnI D=3( ) D 1 - 得4 3 4W由Rn mmW3n()校核強度3=M= M/3TWn故軸的強度滿足扭轉強度要求 。因為)計算外力偶矩1解 (P N mM n()計算扭矩2該軸可認為是在其兩端面上受一對平衡的

22、外力偶矩作用。M N m由截面法得 M3T()計算抗扭截面系數Wnd =333Wn()校核強度4MW 3= MT2 n故此軸能滿足扭轉強度要求 。 因為第八章 直梁彎曲一、填空題發生彎曲 ,彎曲變形簡支梁 ,外伸梁 ,懸臂梁外力垂直于桿件的軸線且外力和力偶都作用在梁的縱向對稱面內 ;梁的軸線由直線變成了在外力作用面內的一條曲線具有一個及以上對稱面的等截面直梁;集中力 ,集中力偶 ,分布載荷 分布力 )剪力 ,彎矩 ,彎矩五該截面左側或右側梁上各 外力對截面形心的力矩,凹面向上 ,凸面向上集中力偶矩常數 ,零,純彎曲變形梁軸線 ,平行 ,弧線 ,縮短 ,增大 ,伸長 ,減小所有橫截面正,拉強度校

23、核 ,截面選取 ,確定許可載荷危險截面 ,危險點/W A抗彎截面系數 ,z最大正應力 ,許用應力 二、判斷題 三、選擇題 C C A,() () () A C 1 C 2 A 3 B A C四、簡答題答:梁的縱向對稱面是梁的軸線與橫截面的對稱軸組成的平面 。梁彎曲變形后 ,其軸線在縱向對稱面內由直線變成平面曲線,這種情況稱為平面彎曲 。)無載荷作用的梁段上 ,彎矩圖為斜直線 。1答:()在均布載荷作用的梁段上 ,彎矩圖為拋物線 。載荷指向2向下 ,拋物線為凸曲線 ,反之為凹曲線 。()在集中力作用處 ,彎矩圖出現折角 。3()在集中力偶作用處 ,彎矩發生突變 ,突變值等于集中力4偶矩 。答:正

24、應力的分布 規律:橫截面上各點正應力的大小與該點到中性軸的距離成正比 。答:由于變形的連 續性,梁伸長和縮短的長度是逐漸變化的 。從伸長區過渡到縮短區 ,中間必有一層纖維既不伸長也不縮短 ,即長度不變的縱向纖維稱為中性層 。中性軸是指中性層與橫截面的交線 ,中性軸通過截面形心 。梁彎曲變形時 ,所有橫截面均繞各自的中性軸回轉 。答:提高彎曲強度的主要措施是 :()降低最大彎矩值 。1()選擇合理的截面形狀 。2()采用等強度梁 。3五、作圖題解:解:解:六、計算題)計算最大彎矩值1M解:(wlM由截面法可求得2w()計算抗彎截面系數Wz62 W =3z()確定許可載荷3FMW與 ,得:FlM由

25、wzW zl解方程得 。F故力 的最大許用值為)計算支座反力1解:(取軸為研究對象 ,其受力分析如圖所示 。lFl3( )M F F +由得:2AiB6方向與圖示方向相同 )=解得 FFBl得F2F-2l3( )M F由BiAF6方向與圖示方向相反 )=-解得 FA()計算彎矩值2、 、 、 )的A C B D用截面法在兩力之間取截面 ,其分界處 (彎矩如下 :Ml2F l6 2 mF=-MAl mMM3()繪制彎矩圖3、 、 、A C B D按比例描繪彎矩圖 。從圖中可知最大彎矩在點的彎矩值 ,用直線段連接即得 。 N mBM點,w()計算抗彎截面系數4Wz1 3 3W =d3z()計算最大

26、正應力5=M1 = 3 Wz。 故軸上的最大正應力為)建立力學模型1解:(依題意建立如圖力學模型 ,由經驗可知人在板中間行進為最危險情形 。()求支座反力2以木板為研究對象 ,其受力圖如圖所示 。( )M F得:-F 由AiBF2方向與圖示方向相同 )=FBF2方向與圖示方向相同 )=同理可以求得 FA()計算最大彎矩值3MwC由截面法可知在處有最大彎矩值 :/ N mMFMwA()計算抗彎截面系數4Wz1 B H2 mm3W =2=66z()校核強度5=M = 3 Wz 故 木 板 的 強 度 符 合 彎 曲 強 度 要 求, 重 為因 N的人可以安全走過 。材料力學綜合測試題參考答案一、填空題破壞 ,變形抗壓 ,抗拉彈性變形 ,塑性變形, 正應力 ,切應力 ,切應力 ,正應力,6 1414,7 Dd2-2合理安排輪系位置 ,選用空心軸凹面向上 ,凸面向下拉伸 ,扭轉 ,彎曲 ,壓縮 ,壓縮剪斷 ,擠壓彈性階段 ,屈服階段 ,強化階段 ,局部變形階段簡支梁 ,外伸梁 ,懸臂梁均勻拉,壓強度校核 ,截