第1章习题
1-1 试求图1-18所示杆件指定截面上的内力。
图1-18 求杆件指定截面上的内力
1-2 如图1-19所示的圆轴在皮带力作用下等速转动，两皮带轮直径均为d。试说明圆轴将发生何种变形，并求B轮左侧截面和右侧截面上的内力分量。
图1-19 求皮带轮轴的内力
1-3 已知镗刀杆刀头C上受切削力Px=750N，Py=1.5kN,Pz=5kN，刀尖C点位于x-y平面内(见图1-20)。试求镗刀杆根部A面的内力(镗刀杆自重不计)。
图1-20 求镗刀杆根部的内力
1-4 横截面为等边三角形的杆，已知该截面上的正应力σ0为均匀分布(见图1-21)。试求截面上的内力分量及其作用点。
1-5 图1-22拉伸试样上A、B两点的距离l称为标距。受拉力作用后，用变形仪量出两点距离的增量为Δl=5×10-2mm。若原长为l=100mm，试求A、B两点间的平均应变εm。
图1-21 三角形截面的杆
图1-22拉伸试样
1-6 图1-23所示三角形薄板受外力作用而变形，角点B垂直向上的位移为0.03mm，但AB和BC仍保持为直线。试求沿OB的平均应变，并求AB、BC两边在B点的角度改变。
图1-23 三角形薄板
第2章习题
2-1 试求图2-38所示各杆在指定的横截面上的轴力，并作轴力图。
图2-38 求杆指定截面上的轴力并绘轴力图
2-2 正方形截面钢杆，杆长为2l，截面边长为a，在中段铣去长为l、宽为a/2的槽
。受力如图2-39所示。设P =15kN,l =1m,a =20mm,E =200GPa。求杆内最大正应力及总伸长。
图2-39 局部削弱杆件的应力及变形
2-3 在图2-40所示结构中，若钢拉杆BC的横截面直径为10mm，试求拉杆内的应力。设由BC联接的1和2两部分均为刚体。
图2-40 求拉杆BC的应力
2-4 图2-41所示为一夹紧装置，已知螺栓为M20(其螺纹部分内径d=17.3
mm)，许用应力[σ]=50MPa，若工件所受夹紧力为25kN。试校核螺 栓的强度。
图2-41校核螺栓的强度
2-5 图2-42所示起重机，绳索AB的横截面面积为500mm2，其许用应
力[σ]=40MPa。试根据绳索的强度条件，求起重机最大的许可起重量G。
图2-42 确定起重设备的许可吊重
2-6 设有一起重架如图2-43所示，A、B、C为铰接，杆AB为方形截面木材制成的，P
=5kN，许用应力[σ]=3Mpa ,求杆AB截面每边长度应为多少?
图2-43 设计AB杆的截面尺寸
2-7 蒸汽机的汽缸内的工作压力p=12MPa，汽缸内径D=400mm。汽缸盖
与汽缸用直径d=18mm的螺栓连接。如螺栓材料的许用应力[σ]=40MPa，求需要 多少个螺栓?见图2-44。
图2-44 确定所需螺栓个数
2-8 某拉伸试验机的结构示意图如图2-45所示。设试验机的CD杆与试件AB
材料同为低碳钢，其σp=200MPa,σs=240MPa,σb=400MPa。试验机最大拉力为100
kN。
①用这一试验机作拉断试验时，试样直径最大可达多大?
②若设计时取试验机的安全系数n=2，则CD杆的横截面面积为多少?
③若试样直径d=10mm，今欲测弹性模量E，则所加载荷最大不能超过多少?
图2-45 拉伸试验机结构简图
2-9 一钢试件如图2-46，E=200GPa,σP=200GPa,直径d
=10cm，在标距l=10 cm之内用放大500倍的引伸仪测量变形，试问：当引伸仪上的 读数为伸长25cm时，则试件沿轴线方向的线应变ε、横截面上的应力σ及所受载荷P
各为多少?
图2-4 求拉伸试件的应力及受力
2-10 平板拉伸试件，宽度b=298mm，厚度h=41mm。在拉伸试验时，每增加3kN拉力，测得沿轴向应变为ε=120×10-6，横向应变ε1=-38×10-6。试求试件材料的弹性模量E及泊桑比μ。见图2-47。
图2-47 计算平板拉伸试件的E、μ
2-11 三角形支架，在B端装一滑轮，AB为圆钢杆，直径d=2cm，许用应力[σ]＝160MPa；BC为正方形木杆，边长a=6cm，许用拉应力为[σt]=16MPa，许用压应力[σc]=12MPa。试求最大许可载荷P(不计滑轮摩擦)
，见图2-48。
图2-48 确定三角形支架的许可吊重
2-12 图2-49所示为铰接的正方形结构，各杆材料为铸铁，其许用压应力与许用拉应力的比值为[σc]/[σt]=3。各杆横截面面积均为A。试求结构的最大许可载荷P。
图2-49 确定正方形结构的许可载荷
2-13 直径为10mm的圆杆，在轴向拉伸载荷P
=10 kN的作用下，试求最大 切应力，并求与横截面的夹角α=30°的斜截面上的正应力及切应力。
2-14 图2-50所示拉杆沿斜截面m—n由两部分胶合而成。设在胶合面上许用
拉 应力[σt]=100MPa，许用切应力[τ]=50MPa，并设胶合面的强度控制 杆件的 拉力。试问：为使杆件承受最大拉力P，α角的值应为多少?若杆件横截面面积为4m2，并规定α≤60°，试确定许可载荷P。
图2-50 确定沿斜面胶合板的许可载荷
2-15 一横截面面积为103mm2的黄铜杆，受如图2-51所示的轴向载
荷。黄铜的弹性模量E=90GPa。试求杆的总伸长量。
图2-51 求轴向变形杆的总变形量
2-16 图2-52所示结构，A为铰支，C为滑轮，刚性梁AB通过钢丝绳悬挂在滑
轮上。已知钢丝绳横截面积A=5 cm2,E=200GPa,P=70kN。试求：①钢丝绳 的应力；②AB梁在B点的位移(不计滑轮摩擦)。
图2-52 求钢丝绳应力及B点位移
2-17 吊架结构的简图及其受力情况如图2-53所示。CA是钢杆，长l1=2m，截面积A1=200mm2，弹性模量E1=200GPa，DB是铜杆，长l2=1m，截面积A2=800mm2，弹性模量E2=100GPa，设水平梁AB的刚度很大，其变形可以忽略不计，试求：
①
要使梁AB仍保持水平时，荷载P离DB杆的距离x。
②如果使梁保持水平且竖向位移不超过2mm，则最大的P力应等于多少?
图2-53 求AB水平下降时的x等
2-18 图2-54中AB是刚性杆，CD杆的截面积A=500mm2,E=200GPa
，[σ]=160MPa。试求此结构中B点所能承受的最大集中力P以及B点的位移δB。
图2-54 求许可载荷及B点位移
2-19 长度l，厚度为t的平板，两端宽度分别为b1和b2，弹性模量为E，两端受
拉力P作用，求杆的总伸长，见图2-55。
图2-55 求矩形截面平板的总伸长
2-20 长度为l的圆锥形杆，两端的直径各为d1和d2，弹性模量为E，两端受拉力作用，求杆的总伸长，见图2-56。
图2-56 求锥形杆的总伸长
2-21 如图2-57所示，有一刚性板，用两根等长度且等截面的拉杆和铰链固定定在支座上，如许用应力[σ]＝160MPa，试求拉杆所需要的截面积。
图2-57 设计拉杆截面面积
2-22 有一两端固定的钢杆，其截面积为A=1
000mm2，载荷如图2-58所示。试求各段杆内的应力。
2-23 如图2-59所示，有两个空心筒和一个空心圆柱套在一起，上、下端各
有一刚性板与之相连，圆筒与圆柱材料的弹性模量分别为E1、E3，如此两个筒与柱受轴向载荷P作用，两个筒和柱产生相同的变形，试求空心筒和空心柱横截面上的应力。
图2-58 两端固定钢杆的静不定问题 图2-59 空心筒柱的静不定问题
2-24 设AB为刚性杆，在A处为铰接，而杆AB由钢杆EB与铜杆CD吊起，如图2-60所示。杆CD的长度为1m，杆EB的长度为2
m，杆CD的横截面积为500mm2，杆EB的横截面积为250mm2。试求各竖杆的应力与钢杆的伸长。铜杆的E=120
GPa，钢杆的E=200GPa。
2-25 如图2-61所示，有一等截面直杆，两端固定于刚性墙。当杆被嵌入后，温度升高了50℃，试求杆内的应力。已知钢的E=200GPa，铜的E=100GPa，钢的α=125×10-5℃，铜的α=165×10-5℃。
图2-60 刚性梁-杆结构的静不定问题 图2-61 两端固定杆的温度应力
2-26 三根截面相同的杆铰接于C(见图2-62)，杆1、2为钢杆，杆3为铜杆，设钢的E=200GPa，铜的E=100GPa，钢的α=125×10-5/℃，铜的α
=165×10-5℃。求：
①在C点受竖向载荷P=40kN时三杆的内力。
②三杆温度同时升高50℃时的应力(无P力)。
2-27 如图2-63所示钢杆1、2、3的截面积均为A=2cm2，长度l=1m，E=200
GPa。杆3在制造时比其他两杆短δ=0.8mm。试求将杆3安装在刚性梁 上后，三根杆中的内力。
图2-62 静不定桁架的温度应力 图2-63 刚性梁-杆结构的装配应力
2-28 如图2-64所示阶梯形杆，上端固定，下端与墙面留有空隙Δ=0.08mm。上段是铜的，A1=40cm2,E1=100GPa；下段是钢的，A2=20cm2,E2=200GPa；在两段交界处有P力作用，问：
①P力为多少时空隙消失。
②P=500kN时，各段的应力。
③温度再上升20℃，求各段的应力。
2-29
图2-65所示为一个套有铜套的钢螺栓。已知螺栓的螺距为h=3mm，长度l=75cm，截面积为A1=6cm2，E1=200GPa；铜套的截面积A2=12cm2,E2=100GPa；试就下列三种情况下，求螺栓和铜套的轴力N1与N2：
①将螺母拧紧1/4转；
②将螺母拧紧1/4转后，再在螺栓两端加拉力P=80kN；
③在室温下，若螺母与铜套刚好接触不受力，然后温度上升ΔT=50℃(设螺 栓的α=125×10-5/℃，铜套的α=165×10-5/℃)。
图2-64 阶梯形杆件的装配应力 图2-65 螺栓的温度、装配应力
2-30 图2-66所示刚性横梁AB悬挂于三根平行杆上。l=2
m ,P=40kN,a =1.5m,b=1m,c=0.25m,δ=0.2mm。1杆由黄铜制成，A1=2cm2，E1=100GPa；α1=165×10-5/℃。2杆和3杆由碳钢制
成A2=1cm2,A3=3cm2,E2=E3=200GPa;α2=α3=125×10-5/℃。设温度升高20℃，试求各杆的应力。
图2-66 刚性梁-杆结构的温度、装配应力
第3章 习题
3-1 试确定图3-13所示联接或接头中的剪切面和挤压面。
图3-13 确定图示联接的剪切面和挤压面
3-2 可倾式压力机为防止过载采用了压环式保险器(见图3-14)。当过载时，保险器先被剪断，以保护其他主要零件。设环式保险器以剪切的形式破坏，且剪切面的高度δ=20mm，材料为HT21-40，其极限切应力τjx=200MPa，压力机的最大许可压力P=60kN。试确定保险器剪切部分的直径D。
3-3 试校核图3-15所示联接销钉的剪切强度。已知P=100kN，销钉直径d=30mm，材料的许用切应力[τ]＝60MPa。若强度不够，应改用多大直径的销钉?
图3-14 压力机压环式保险器
图3-15 销钉的尺寸设计
3-4 图3-16所示凸缘联轴节传递的力偶矩为m
=200N·m，凸缘之间用四只螺栓联接，螺栓内径d ≈10mm，对称地分布在D0=80 mm的圆周上。如螺栓的许用切应力[τ]＝60MPa，试校核螺栓的剪切强度。
图3-16 联轴节螺栓的剪切强度
3-5 图3-7所示机床花键轴有八个齿。轴与轮的配合长度l=60mm，外力偶矩m=4kN·m。轮与轴的挤压许用应力为[σjy］=140MPa，试校核花键轴的挤压强度。
图3-17 花键的挤压强度
3-6 用夹剪剪断直径d1=3mm的铅丝，如图3-18。若铅丝的极限切应力约为100MPa，试问需多大的P
? 若销钉B的直径为d2=8mm，试求销钉内的切应力。
图3-18 夹剪
3-7 图3-19所示铆接接头，承受轴向荷载P作用，已知：P=110kN,b=80mm,t=10mm,d=16mm,铆钉与板的材料相同，其许用应力[σ]＝160MPa，[τ]=140MPa,[σjy]=340MPa。试校核此接头的强度。
图3-19 铆钉联接的强度计算
3-8 图3-20所示焊接结构，P=300kN，盖板厚t=5mm,hf=5mm，焊缝许用切应力[τ]=110MPa，试求焊缝长度l(上下共四条焊缝)。
图3-20 焊缝的强度
第4章习题
4-1 试作图4-32所示各轴的扭矩图，并求出｜Tmax｜及其作用处。
图4-32 绘扭矩图
4-2 齿轮轴上有四个齿轮，见图4-33，已算出各轮所受外力偶矩为mA=52N·m、mB=120N·m、mC=40N·m、mD=28N·m。已知各段轴的直径分别为dAB=15
mm、dBC=20mm、dCD=12mm。
①作该轴的扭矩图；
②求1—1、2—2、3—3截面上的最大切应力。
图4-33绘扭矩图、求最大切应力
4-3 发动机涡轮轴的简图如图4-34所示。在截面B，I级涡轮传递的功率为21770kN·m/s；在截面C，Ⅱ级涡轮传递的功率为19344kN·m/s。轴的转速n=4650r/min。试画轴的扭矩图，并求轴的最大切应力。
图4-34 发动机涡轮轴的扭转
4-4 发电量为15000kW的水轮机主轴如图4-35所示。D=550mm,d=300mm,正常转速n
=250r/min。材料的许用切应力[τ]=50MPa。试校核水轮机主轴的强度。 
图4-35 校核轴的强度
4-5 图4-36所示AB轴的转速n=120
r/min，从B轮输入功率N=44130 kN·m/s，功率的一半通过锥形齿轮给垂直轴C，另一半由水平轴H输出。已知D1=600mm,D2=240mm,d1=100mm,d2=80mm,d3=60mm,[τ]=20MPa。试对各轴进行强度校核。
图4-36 校核各轴强度
4-6 图4-37所示圆轴的AC段为实心圆截面，CB段为空心圆截面，外径D=30mm，空心段内径d=20mm、外力偶矩m=200N·m，试计算AC段和CB段横截面外边缘的切应力，以及CB段内边缘处的切应力。
图4-37 求切应力
4-7 二空心圆轴，其内外径之比分别为α1=d1/D1=0.5、α2=d2/D2=0.8。试问：根据强度条件，二轴所能承受的扭矩分别为截面面积与其相等的实心圆轴的几倍?
4-8 图4-38所示实心圆轴通过牙嵌离合器把功率传给空心圆轴。传递的功率N=7kW，轴的转速n=80r/min。试选择实心圆轴的直径d和空心圆轴的外径d2。已知空心圆轴的内外径之比α1=d1/d2=0.8，许用扭转切应力[τ]=40
MPa。
图4-38 设计轴的直径
4-9 图4-39所示绞车同时由两人操作，若每人加在手柄上的力都是P=200N，已知轴的许用切应力[τ]=40MPa；试按强度条件初步估算AB轴的直径，并确定最大起重量Q。
4-10 阶梯形圆轴直径分别为d1=40mm，d2=70mm，轴上装有三个皮带轮，如图4-40所示。已知由轮3输入的功率为N3=3kW，轮1输出的功率为N1=13kW，轴作匀速转动，转速n=200r/min，材料的许用切应力[τ]=60MPa，G=80GPa，许用扭转角[θ]＝2°/m。试校核轴的强度和刚度。
图4-39 校核扭转强度和刚度 图4-40扭转强度问题〖TS〗〗
4-11 桥式起重机如图4-41所示。若传动轴传递的力偶矩m=108kN·m，材料的许用切应力[τ]=40MPa，G=80GPa，同时规定［θ］=0.5°/m。试设计轴的直径。
图4-41 设计轴的直径
4-12 传动轴的转速为n=500r/min，如图4-42，主动轮1输入功率N1=368kN·m/s，从动轮2、3分别输出功率N2=147kN·m/s，N3=221kN·m/s。已知[τ]=70MPa,［θ］=1°/m，G=80GPa。
①试确定AB段的直径d1和BC段的直径d2。
②若AB和BC两段选用同一直径，试确定直径d。
③主动轮和从动轮应如何安排才比较合理?
图4-42〓常见传动轴的扭转问题〖TS〗〗
4-13 由厚度t=8mm的钢板卷制成的圆筒，平均直径为D=200mm。接缝处用铆钉铆接(见图4-43)。若铆钉直径d=20mm，许用切应力[τ]=60MPa，许用挤压应力[σjy]=160MPa，筒的两端受扭转外力偶矩m=30kN·m作用，试求铆钉的间距s。
图4-43 求铆钉间距
4-14 悬臂圆轴AB，承受均布外力偶矩t的作用，试导出该杆B端扭转角的计算公式(见图4-44)。
图4-44 求扭转角
4-15 图4-45所示圆锥形轴，锥度很小，两端直径分别为d1、d2，长度为l，试求在图示外力偶矩m的作用下，轴的总扭转角。
图4-45 求扭转角
4-16 轴的转速n=240
r/min，传递功率为N=447 kW，许用切应力[τ]=40MPa，单位长度的许用扭转角[θ]=1°/m，剪切弹性模量G=80Gpa，试按强度和刚度条件计算轴的直径。
4-17 图4-46所示为四辊轧钢机的传动机构，已知万向接轴的直径d=110mm，材料为40Cr，其剪切屈服极限τs=450MPa，转速n
=164r/min，轧钢机电机的功率N =60kW，试求此轴的工作安全系数。
图4-46 求轴的工作安全系数
4-18 图4-47所示密圈螺旋弹簧的平均直径D
=250mm，簧丝直径d=125mm，承受轴向拉力P =180N，求该弹簧的轴向变形及簧丝的最大切应力。已知弹簧有效圈数n=10,G=80GPa。
4-19 图4-48所示锥形密圈弹簧的上底平均半径R1=70mm，下底平均半径R2=200mm，簧丝直径d=25mm，弹簧有效圈数n=8，受轴向拉力P=2kN的作用，试求簧丝的最大切应力和弹簧轴向伸长量。已知G=80GPa。
图4-47 求弹簧的变形及最大切应力 图4-48 锥形弹簧
4-20 油泵分油阀门的弹簧丝直径2.25mm，簧圈外径18mm，有效圈数n=8，轴向压力P=89
N，弹簧材料的G=82GPa。试求弹簧丝的最大切应力及弹簧的变形λ值。
4-21 圆柱形密圈螺旋弹簧的平均直径D=300mm，簧丝横截面直径d=30mm，有效圈数n=10，受力前弹簧的自由长度为400mm，材料的[τ]=140MPa,G=82GPa。试确定弹簧所能承受的压力(注意弹簧可能的压缩量)。
4-22 AB轴的两端分别与DE和BF两杆刚性联接，如图4-49。P力作用前，轴及两杆皆在水平面内。设BF和DE为刚体(即弯曲变形不计)，D点和E点的两根弹簧的刚度皆为C。安置于AB轴两端的轴承允许轴转动，但不能移动，轴的直径为d，长为l。试求P力作用点的位移。
4-23 若图4-50中1、2两根弹簧的簧圈平均半径、材料和簧丝横截面的直径都相等，如要求两根弹簧的负担相同(即受力相等)，试求两根弹簧的圈数之比。设横梁为刚体。
图4-49 求P力作用点位移 图4-50 求1、2弹簧圈数之比
4-24 在图4-51所示机构中，除了1、2两根弹簧外，其余构件都可假设为刚体。若两根弹簧完全相同，簧圈半径R=100
mm,[τ]=300MPa，试确定弹簧丝的横截面直径，并求出每一弹簧所受的力。
4-25 拖拉机通过方轴带动悬挂在后面的旋耕机。方轴的转速n=720
r/min，传递的最大功率N=25725kN·m/s，截面为30mm×30mm，材料的[τ]=100MPa，试校核方轴的强度。
4-26 有一矩形截面的钢材，其横截面尺寸为100mm×50mm，长度l=2m，在杆件的两端作用着一对力偶矩。若材料的[τ]=100MPa,G=80GPa，杆件的许可扭转角为[φ]=2°，试求作用于杆件两端的力偶矩的许可值。
4-27 如图4-52
T形薄壁截面杆件长为l=2m，材料的G=80GPa，受纯扭矩T=200N·m的作用。试求：
①最大切应力及扭转角。
②作图表示沿截面的周边和厚度切应力分布的情况。
图4-51 求弹簧的受力 图4-52 T形截面杆的扭转
4-28 外径为120mm，厚度为5mm的薄壁圆杆件，受T=4
kN·m的扭矩作用，试按下列两种方式计算切应力：
①按闭口薄壁杆件扭转的近似理论计算。
②按空心圆截面杆件扭转的精确理论计算。
4-29 有一截面为矩形的闭口薄壁杆件如图4-53，其截面面积A和厚度t保持不变，而比值β=a/b可以改变。在扭矩作用下，试证明切应力τ正比于(1+β)2/β。若将上述闭口薄壁杆件改为开口薄壁杆件，在纯扭转下，改变比值β=a/b，会不会引起切应力的变化?
图4-53
薄壁杆件的扭转
第5章 习题
5-1 求图5-16所示各图形中阴影部分对z轴的静矩。
图5-16 求静矩
5-2 求图5-17所示各图形的形心位置。
图5-17 求形心位置
5-3 求图5-18所示截面对z、y轴的惯性矩和惯性积。
图5-18 求惯性矩和惯性积
5-4 求图5-19所示各图形对z、y轴的惯性矩和惯性积。
图5-19 求图形对z、y轴的惯性矩及惯性积
5-5 求图5-20所示截面对水平形心轴的惯性矩IzC。
图5-20 求图形对形心轴zC的惯性矩
5-6 图5-21所示矩形b=2/3h，在左右两侧切去两个半圆形(d=h/2)。试求切去部分的面积与原面积的百分比和惯性矩Iz、Iy比原来减少了百分之几。
5-7 两个10号槽钢按两种形式组成的组合截面如图5-22a、b所示。试分别计算图a和b的惯性矩Iz和Iy，以及Iz与Iy的比值。
图5-21 求面积之比和惯性矩之比 图5-22 求两种情形的惯性矩Iz、Iy及比值
5-8 试确定图5-23所示图形对通过坐标原点O的主惯性轴的位置，并计算主惯性矩。
图5-23确定主惯性轴位置并计算主惯性矩
5-9 求图5-24所示图形的形心主轴位置及形心主惯性矩。
图5-24 确定形心主惯性轴的位置并计算其主
第6章 习 题
6-1 求图6-21所示各梁中指定截面上的剪力和弯矩。
图6-21
习题6-1图
6-2 设已知图6-22所示各梁的载荷P、q、m和尺寸a：(1)列出梁的剪力方程和弯矩方程；(2)作剪力图和弯矩图；(3)确定｜Q｜max及｜M｜max。
6-3 用简易法作图6-23所示各梁的剪力图和弯矩图。
6-4 用区段叠加法作图6-24所示各梁的弯矩图。
6-5 图6-25所示以三种不同方式悬吊着的长12m、重24kN的等直杆，每根吊索作用于杆上的力相同。试分别作三种情况下杆的弯矩图，并加以比较。这些结果说明什么问题?
6-6 如欲使图6-26所示外伸梁的跨度中点处的正弯矩值等于支点处的负弯矩值，则支座到端点的距离a与梁长L的比a/L应等于多少?
6-7 一根搁在地基上的梁，受荷载如图6-27所示。假设地基的反力是均匀分布的，求地基反力的集度qR，并作梁的剪力图和弯矩图。
图6-22 习题6-2图
图6-23 习题6-3图
图6-24 习题6-4图
6-8 土壤与静水压力往往按线性规律分布。若简支梁在按线性规律分布的载荷作用下(图6-28)，试作剪力图和弯矩图。
图6-25 习题6-5图
图6-26 习题6-6图
图6-27 习题6-7图
图6-28 习题6-8图
6-9 作图6-29所示刚架的弯矩图。
图6-29 习题6-9图
6-10 作图6-30所示斜梁的剪力图、弯矩图和轴力图。
6-11 折杆ABC的受力如图6-31所示，作此杆的剪力图、弯矩图和轴力图。
图6-30 习题6-10图
图6-31 习题6-11图
6-12 圆弧形曲杆受力情况如图6-32所示。已知曲杆轴线的半径为R，试写出任意横截面C上剪力、弯矩和轴力的表达式(表示成θ角的函数)，并作此曲杆的剪力图、弯矩图和轴力图。
图6-32 习题6-12图
第7章 习题
7-1 长度为250mm，截面尺寸为h×b=0.8
mm×25mm的薄钢尺，由于两端外力偶的作用而弯成中心角为60°的圆弧。已知弹性模量E＝21×105MPa。试求钢尺横截面上的最大正应力。
7-2 厚度为h=1.5mm的钢带，卷成直径为D＝3m的圆环，求此时钢带横截面上的最大正应力。已知钢的弹性模量E＝21×105MPa。
7-3 直径为d的钢丝，其名义流动极限为σ0.2。现在其两端施加外力偶使弯成直径为D的圆弧。试求当钢丝横截面上的最大正应力等于σ0.2时D与d的关系式。并据此分析为何钢丝绳要用许多高强度的细钢丝组成。
7-4 截面形状及所有尺寸完全相同的一根钢梁和一根木梁，如果所受外力也相同，则内力图是否相同?它们的横截面上的正应力变化规律是否相同?对应点处的正应力与纵向线应变是否相同?
7-5 梁在铅垂平面内受外力作用而弯曲。当梁具有图7-24所示各种不同形状的横截面时，试分别绘出各横截面上的正应力沿其高度变化的图。
图7-24 习题7-5图
7-6 一根25a号槽钢，在纵向对称平面内受矩为Me=5kN·m的一对外力偶作用，如图7-25a所示。试求截面上A、B、C、D四点处的正应力。若力偶仍作用于铅垂平面内，但将槽钢绕其轴线转90°，如图7-25b所示，则此四点处的正应力又如何?
图7-25 习题7-6图
7-7 矩形截面的悬臂梁，受集中力和集中力偶作用，如图7-26所。试求Ⅰ-Ⅰ截面和固定端Ⅱ-Ⅱ截面上A、B、C、D四点处的正应力。
图7-26 习题7-7图
7-8 一外径为250mm，壁厚为10mm，长度L＝12
m的铸铁水管，两端搁在支座上，管中充满水，如图7-27所示。铸铁的重力密度γ=76kN/m3，水的重力密度γ＝10
kN/m3。试求管内最大拉、压正应力的数值。
图7-27 习题7-8图
7-9 对于横截面边长为b×2b的矩形截面梁，试求当外力偶矩分别作用在平行于截面长边及短边之纵向对称平面内时，梁所能承担的容许弯矩之比，以及梁的抗弯刚度之比。
7-10 正方形截面的梁，按图7-28a、b所示的两种方式放置：
(1)若两种情况下横截面上的弯矩Mz相等，试比较横截面上的最大正应力；
(2)对于h=200mm的正方形，若如图7-28c所示切去两个高度分别为u=10
mm的尖角，则抗弯截面模量Wz与未切角时(图6-22b)相比有何变化?
(3)为了使抗弯截面模量Wz为最大，则图7-28c中截面切去的尖角尺寸u应等于多少?这时的Wz比未切去尖角时增加百分之多少?
图7-28 习题7-10图
7-11 图7-29所示为一由16号工字钢制成的简支梁，其上作用着集中荷载P；在截面C—C处梁的下边缘上，用标距s=20mm的应变计量得纵向伸长Δs=0.008
mm。已知梁的跨长L＝1.5m,a=1m，弹性模量E＝21×105MPa。试求P力的大小。
7-12 简支梁的荷载情况及尺寸如图7〖CD*2〗30所示，试写出梁下边缘总伸长的表达式。
图7-29 习题7-11图
图7-30 习题7-12图
7-13 图7-31所示一矩形截面悬臂梁，在全梁上受集度为q的均布荷载作用，其横截面尺寸为b、h，长度为L。如沿梁的中性层截出梁的下半部分，如图所示，问在截开面上的切应力τ′沿梁长度的变化规律如何?该面上总的水平剪力有多大?它由什么力来平衡?
*7-14
开口薄壁半圆环形截面如图7-32所示。已知横截面上剪力Q的作用线为竖直方向，试推导此截面上弯曲切应力的计算公式。
图7-31 习题7-13图
图7-32 习题7-14图
7-15 矩形截面梁受荷载如图7-33所示。试绘出图中所标明的1、2、3、4、5诸单元体上的应力，并写出各应力的计算式。
图7-33 习题7-15图
7-16 简支梁由22b号工字钢制成，受力如图7-34所示，材料的容许应力[σ]=170MPa，试校核梁的正应力强度。
7-17 由两根36号槽钢组成的梁，如图7-35所示。已知：P＝44kN,q=1kN/m。如钢的容许应力[σ]＝170MPa，试校核此梁的正应力强度。
图7-34 习题7-16图
图7-35 习题7-17图
*7-18
起重机连同配重等重W=50 kN，行走于两根工字钢所组成的简支梁上，如图7-36所示。起重机的起重量P＝10kN。梁材料的容许应力[σ]＝170MPa。试选择工字钢的型号。设全部荷载平均分配在两根梁上。
7-19 一简支木梁受力如图7-37所示，荷载P＝5kN，距离a
=0.7m，材料的容许应力[σ]=10MPa，横截面为h/b=3的矩形。试按正应力强度条件确定此梁横截面尺寸。
图7-36 习题7-18图
图7-37 习题7-19图
7-20 一矩形截面简支梁系由圆柱形木料锯成，如图7-38。已知P=5kN,a
=1.5m,[σ]=10MPa。试确定抗弯截面模量为最大时矩形截面的高度比h/b，以及锯成此梁所需木料的最小直径d。
图7-38 习题7-20图
7-21 一正方形截面的悬臂木梁，其尺寸及所受荷载如图7-39所示。木料的容许应力[σ]＝10MPa。现需要在梁的截面C上中性轴处钻一直径为d的圆孔，问在保证该梁强度的条件下，圆孔的最大直径d(不考虑圆孔处应力集中的影响)可达多少?
图7-39 习题7-21
7-22 一铸铁梁如图7-40所示。已知材料的抗拉强度极限(σb)t=150MPa，抗压强度极限(σb)c=630MPa。试求此梁的安全系数。
图7-40 习题7-22图
7-23 钢油管外径为762mm，壁厚9mm，油的重度约为8.3
kN/m3，钢的重度为76kN/m3，钢管的容许应力[σ]＝170MPa，若将油管简支在支墩上，试求允许的最大跨长L。
7-24 当荷载P直接作用在跨长为L＝6
m的简支梁AB之中点时，梁内最大正应力超过容许值30%。为了消除此过载现象，配置了如图7-41所示的辅助梁CD，试求此辅助梁的最小跨长a。
7-25 图7-42所示的外伸梁由25a号工字钢制成，其跨长L＝6
m，且在全梁上受集度为q的均布荷载作用。若支座处截面A、B上及跨中截面C上的最大正应力均为σ=140MPa，试问外伸部分的长度a及荷载集度q各等于多少?
图7-41 习题7-24图 图7-42 习题7-25图
7-26 已知40a号工字钢制成的长为L=6m的悬臂梁，在自由端受一集中荷载P作用。材料的容许应力[σ]=170MPa，考虑自重对强度的影响，试按正应力强度条件计算此梁的容许荷载P。
7-27 一根简支木梁，在全梁长度上受集度为q=5kN/m的均布荷载作用。已知跨长L=75m，截面尺寸为宽度b=300mm，高度h=180mm，木材的容许切应力为1MPa。试校核此梁的切应力强度。
7-28 一悬臂梁长为900mm，在自由端受一集中力P的作用。此梁由三块50mm×10mm的木板胶合而成，如图7-43所示，图中z轴为中性轴。胶合缝的容许切应力［τ］＝0.35MPa。试按胶合缝的切应力强度求容许荷载P，并求在此荷载作用下，梁的最大弯曲正应力。
7- 29 一矩形截面木梁，其截面尺寸及荷载如图7-44所示，q=1.3kN/m。已知[σ]=10MPa，[τ]＝2MPa，试校核梁的正应力强度和切应力强度。
7-30 如图7-45所示，闸门的滚轮承受支承轨道的反力P＝257kN，此反力由滚轮传到滚轮轴上时，可以近似地当作是均匀分布的。轮轴用45号钢制成，其容许应力[σ]＝145MPa,[τ]=90
MPa。试校核滚轮轴的正应力强度和切应力强度。
图7-44 习题7-29图
图7-45 习题7-30图
7-31 简支梁AB承受如图7-46所示的均布荷载，其集度q
=407kN/m。此梁横截面的形状及尺寸如图b所示。梁的材料的容许应力[σ]=210MPa,[τ]=130MPa。试校核此梁的正应力强度和切应力强度。
图7-46 习题7-31图
7-32 由工字钢制成的简支梁受力如图7-47所示。已知材料的容许应力[σ]＝170MPa,[τ]＝100MPa。试选择工字钢型号。
7-33 如图7-48所示木梁，受一可移动的荷载P＝40kN作用。已知[σ]＝10MPa,[τ]=3MPa。木梁的横截面为矩形，其高宽比h/b=3/2。试选择此梁截面尺寸。
图7-47 习题7-32图 图7-48 习题7-33图
第8章 习 题
8-1 试用积分法验算表8-1中各种情况下各梁的挠曲线方程及最大挠度、梁端转角表达式。
8-2 外伸梁如图8-10所示，试用积分法求fA、fC和fE。
8-3 试用积分法求图8-11所示悬臂梁B端的挠度fB。
图8-10 习题8-2图
图8-11 习题8-3图
8-4 试用积分法求图8-12所示梁的挠曲线方程及中间截面的挠度，EI为已知。
图8-12 习题8-4图
8-5 试用叠加法求图8-13所示各梁的A截面挠度及B截面的转角。EI为已知。
图8-13 习题8-5图
8-6 变截面悬臂梁，如图8-14所示，试分别用积分法和叠加法求A截面的挠度。EI为已知。
8-7 图8-15所示梁具有中间铰B和C，EI为已知。试画出挠曲线的大致形状，并用叠加法求力P作用处的挠度。
图8-14 习题8-6图
图8-15 习题8-7图
8-8 钢轴如图8-16所示，已知E＝200GPa，左端轮上受力P＝20kN。若规定支座B处截面的许可转角[θ]＝0.5°，试选定此轴的直径。
8-9 悬臂梁如图8-17所示。已知q=15kN/m,a =1m,[σ]＝100MPa，单位跨度内的许可挠度[f/l]=1/1000(l=2a)，试选定工字钢的型号。
图8-16 习题8-8图
图8-17 习题8-9图
8-10 两梁尺寸完全相同，受力及支承情况也相同，其一为钢材，另一为木材。若E钢＝7E木，试求：
(1)两梁中最大正应力之比；
(2)两梁最大挠度之比。
8-11 等截面刚架如图8-18所示，E、A及I均为已知。试大致描出其变形曲线，并在下列两种情况下求D截面的垂直位移及水平位移：
(1)不考虑BC杆的轴向伸长；
(2)考虑BC杆的轴向伸长。
8-12 变宽度悬臂梁如图8-19所示，其厚度h为常数，梁在自由端有集中力P作用，梁在固定端的宽度为b。若P、l、b、h均为已知，试求梁的挠曲线方程。
图8-18 习题8-11图
图8-19 习题8-12图
8-13 试求图8-20所示各超静定梁的支反力。
图8-20 习题8-13图
8-14 如图8-21所示，荷载P作用在梁AB及CD的连接处。试求每个梁在连接处受多大的力。设已知它们的跨长比和刚度比分别为：L1/L2＝3/2和EI1/EI2=4/5。
8-15 梁AB因强度和刚度不足，用同一材料和同样截面的短梁AC加固，如图8-22所示。试求：
(1)两梁接触处的压力RC；
(2)加固后梁AB的最大弯矩和B点的挠度减小的百分数。
图8-21 习题8-14图
图8-22 习题8-15图
第9章 习 题
9-1 一根等直圆杆，直径D＝100mm，承受扭矩m ＝7kN·m及轴向拉力P＝50kN作用。如在杆的表面上一点处截取单元体如图9-26所示，试求出此单元体各面上的应力，并将这些应力画在单元体上。
图9-26 题9-1图
9-2 已知应力状态如图9-27所示。用下面两种方法求指定斜截面上的应力，并比较结果：(1)二向应力状态的基本公式；(2)应力圆。
图9-27 题9-2图
9-3 图9-28所示简支梁承受均布载荷q＝5kN/m，试计算m—m截面上A点处在图示斜截面(α＝-30°)上应力的大小和方向。
图9-28 题9-3图
9-4 已知应力状态如图9-29所示(应力单位：MPa)，试用解析法和图解法求：
(1)指定斜截面上的应力；
(2)主应力的大小和方向；
(3)在单元体上表示出主平面及主应力；
(4)最大切应力。
图9-29 题9-4图
9-5 单元体各面上的应力如图9-30所示(应力单位为MPa)。试用应力圆求主应力及最大切应力。
图9-30 题9-5图
9-6 在图9-31所示№28a工字梁的中性层上某点K处与轴线成45°方向上贴有电阻片，测得正应变ε45°＝-2.6×10-5，已知E＝210GPa，μ＝0.3。试求梁上的载荷P。
图9-31 题9-6图
9-7 一铜制正立方块，每边长a＝50mm，受压力F＝150kN的作用。已知铜的弹性模量E＝100GPa，泊松比μ＝0.33。试求铜块的三个主应力和体应变值。
9-8 图9-33所示两个单元体，已知：E＝200GPa，μ＝0.3。试求
(1)εx、εy和εz值；
(2)体应变θ值；
|
v |
(3)总应变能 值；
(4)体积改变比能vv和形状改变比能vd值。
图9-32 题9-7图
图9-33 题9-8图
9-9 试对图9-34所示三个单元体写出第一、二、三、四强度理论的相当应力值，设μ＝0.3。
图9-34 题9〖CD*2〗9图
图9-35 题9-10图
9-10 图9-35所示一简支工字组合梁，由钢板焊成。已知：F＝500kN，l＝4m。求：
(1)在危险截面上位于翼缘与腹板交界处的A、B两点的主应力值，并指出它们的作用面的方位；
(2)根据第三、四强度理论，求出相当应力值。
9-11 图9-36所示两端封闭的铸铁薄壁圆筒，其内径D＝100mm，壁厚t＝10mm，承受内压力p＝5MPa，且在两端受轴向压力P＝100kN作用。材料的许用拉伸应力[σt]＝40MPa，横向变形系数μ＝0.25。试按第二强度理论校核其强度。
图9-36 题9-11图
9-12 在题9-11中试按莫尔强度理论进行强度校核。材料的拉伸及压缩许用应力分别为[σt]＝40MPa，[σc]＝160MPa。
9-13 有一铸铁零件，其危险点处单元体的应力情况如图9-37所示。已知铸铁的许用拉应力[σt]＝50MPa，许用压应力[σc]＝150MPa。试用莫尔强度理论校核其强度。
图9-37 题9-13图
第10章 习 题
10-1 试求下列构件在指定截面上的内力分量，并分析构件将发生哪些基本变形?
图10-15 题10-1图
10-2 悬臂梁的横截面形状如图10-16所示。若作用于自由端的载荷P垂直于梁的轴线，且其作用方向如图中虚线所示。试指出哪种情况是平面弯曲。如非平面弯曲，将为哪种变形?
图10-16 题10-2图
10-3 作用于图10-17所示悬臂木梁上的载荷为：在水平平面内P1＝800N，在垂直平面内，P2＝1650N。木材的许用应力[σ]＝10MPa。若矩形截面h/b＝2，试确定其截面尺寸。
图10-17 题10-3图
10-4 试分别求出图10-18所示不等截面及等截面杆内的最大正应力，并作比较。
图10-18 题10-4图
图10-19 题10-5图
10-5 图10-19所示压力机床身受力P＝1400kN，试作床身危险截面AB上的正应力分布图，并校核其强度。已知铸铁拉伸时的强度极限σb＝210MPa，压缩时的强度极限σb＝600MPa，规定安全系数n＝7.5。
10-6 一铸铁C形夹如图10-20所示，材料拉伸和压缩强度极限分别为σb＝300MPa，σb＝600MPa，如构件的安全系数为4，试确定其许可夹紧力P。
10-7 起重机受力如图10-21所示，P1，P2，P3的作用线离立柱中心线的距离分别为10m，1.2m和1.6m。如立柱为实心钢柱，材料许用应力[σ]＝160MPa，试设计其底部A--A处的直径。
图10-20 题10-6图
图10-21 题10-7图
10-8 三角形构架ABC受力如图10-22所示。水平杆AB由18号工字钢制成，试求AB杆的最大应力。如产生力P的小车能在AB上移动，则又如何?
10-9 上题中，若工字钢材料的许用应力[σ]=100MPa，试选择AB杆的截面尺寸。
10-10 图10-23所示钻床，受力P＝15kN，铸铁立柱的许用应力[σ]＝35MPa，试计算立柱所需的直径d。
图10-22 题10-8图
图10-23 题10-10图
10-11 砖砌烟囱，高H＝30m，自重Q＝2000kN，受水平风力q＝2kN/m作用。如烟囱底部截面的外径D＝3m，内径d＝2m，求烟囱底部截面上的最大压力。
10-12 图10-25所示某厂房柱子受到吊车竖直轮压P＝220kN，屋架传给柱顶的水平力Q＝8kN，以及风载荷q＝1kN/m的作用，P力的作用线离底部柱的中心线的距离e＝0.4m，柱子底部截面尺寸为1m×0.3m，试计算柱底部的危险点的应力。
图10-24 题10-11图
图10-25 题10-12图
10-13 有一木质拉杆如图10-26所示，截面原为边长a的正方形，拉力P与杆轴重合。后因使用上的需要，在杆的某一段范围内开一a/2宽的切口。试求m--m截面上的最大拉应力。这个最大拉应力是截面削弱以前的拉应力值的几倍?
10-14 求解习题10-13，假设杆为圆形截面，其直径为a。
10-15 受拉构件形状如图10-27所示，已知截面尺寸为40mm×5mm，通过轴线的拉力P＝12kN。现拉杆开有切口，如不计应力集中影响，当材料的[σ]＝100MPa时，试确定切口的容许最大深度，并绘出切口截面的应力变化图。
图10-26 题10-13图 图10-27 题10-15图
10-16 一圆截面直杆受偏心拉力作用，其偏心距e＝20mm，杆的直径为70mm，容许拉应力[σ]＝120MPa，试求此杆容许承受的偏心拉力。
10-17 试确定图10-28所示十字形截面的截面核心。
10-18 图10-29所示截面为16a号槽钢的简支梁，跨长L＝42m，q＝2kN/m，梁放在φ＝20°的斜面上。试确定梁危险截面上A点和B点处的弯曲正应力。
图10-28 题10-17图
图10-29 题10-18图
10-19 矩形截面木檩条，跨度L＝4m，荷载及截面尺寸如图10-30所示，木材为杉木，弯曲容许应力[σ]＝12MPa，E＝9GPa，容许挠度为L/200，试验算檩条的强度和刚度。
10-20 图10-31所示跨长为L＝4m的简支梁，它由200mm×200mm×20mm的等边角钢制成，在梁跨中点受集中力P＝25kN的作用。试求最大弯矩截面上A、B和C点处的正应力。
图10-30 题10-19图
图10-31 题10-20图
10-21 已知梁的铅直方向弯矩图Mz和水平方向的弯矩图My如图10-32a所示，梁的横截面形状如图b所示，试分析在梁的1、2、3、4、5五个截面上最大弯曲应力作用点各在何处?如梁的截面形状如图c和d所示，则又如何?
图10-32 题10-21图
10-22 卷扬机轴为圆形截面，直径d＝30mm，其他尺寸如图10-33所示。许用应力[σ]＝80MPa，试求最大许可起重载荷P。
10-23 电动机转轴的结构尺寸如图10-34所示。作用的载荷有：转子自重和单边磁拉力P1共560N，胶带拉力P2＝1kN，负载转矩T＝54N·m，试校核B支座左侧轴伸出端最危险点的强度。轴的许用应力取75MPa。
图10-33 题10-22图
图10-34 题10-23图
10-24 图10-35所示电动机功率N＝6kW，转速n＝1430r/min，胶带水平张力F＝1kN，电动机轴和电枢重G＝94N，单边磁拉力Pb＝600N(铅直平面)，轴材料为30号钢[σ]=74MPa。试按第三强度理论校核轴的强度。
图10-35 题10-24图
10-25 一起重螺旋的载荷和尺寸如图10-36所示。已知起重载荷W＝40kN，载荷的偏心距e＝5mm。若起重时推力P＝320N，力臂l＝500mm，起重最大高度h＝300mm，螺纹根部直径d＝40mm，螺杆的[σ]＝100MPa。试用最大切应力理论校核螺杆强度。校核时不计螺纹影响，螺杆可近似看作d＝40mm的等直圆杆。
10-26 一垂直轴安装两只胶带轮，如图10-37所示。B轮直径d1＝100mm，C轮直径d2＝250mm，轴在工作时受到胶带的张力和轴向压力如图示。试计算危险点的应力，并分析其最大切应力和主应力(A、D为轴承)。
图10-36 题10-25图
图10-37 题10-26图
10-27 图10-38所示钢制圆轴上有两个齿轮，齿轮C上作用着铅直切线力P1＝5kN，齿轮D上作用着水平切线力P2＝10kN。若[σ]＝100MPa，齿轮C直径dC＝300mm，齿轮D直径dD＝150mm。试用第四强度理论求轴的直径。
10-28 如图10-39所示，胶带轮A重GA＝1kN，轮B重GB＝0.8kN。主动轮A以n＝125r/min，N＝7.5kW带动轴转动。设TA＝2T′A，TB＝2T′B。轴的[σ]＝60MPa。试按最大切应力理论确定轴的直径(图中尺寸单位为mm)。
图10-38 题10-27图
图10-39 题10-28图
10-29 如图10-40所示一齿轮轴A端装一锥齿轮，其上作用轴向力P1＝0.4kN，圆周力P2＝1.2kN，径向力P3＝0.2kN。B端装一直齿圆柱齿轮，其上作用圆周力P4＝2kN，径向力P5＝0.5kN。轴的直径d＝30mm，d1＝40mm。
(1)作轴的计算简图，并绘出内力图。
(2)画出危险截面上的应力分布图和危险点的应力状态图。
(3)取[σ]＝80MPa，试按最大切应力理论校核轴的强度。
图10-40 题10-29图
第11章 习 题
11-1 试推导两端固定，长为l的等截面中心受压细长直杆的临界压力Pcr的欧拉公式。
11-2 图11-10所示压杆的横截面为矩形，h＝80mm，b＝40mm，杆长l＝2mm，材料为Q235钢，σp＝200MPa，E＝210GPa。支承端约束示意图为：在正视图(a)的平面内相当于铰链，在俯视图(b)的平面内为弹性固定，采用μ＝0.8。试求此杆的临界压力Pcr。
11-3 图11-11所示结构中BC为圆截面杆，其直径d＝80mm；AC为边长a＝70mm的正方形截面杆。已知该结构的约束情况为A端固定，B、C为球铰。两杆材料均为Q235钢，弹性模量E＝210GPa，它们可以各自独立发生弯曲互不影响。若该结构的稳定系数nst＝2.5，试求所承受的最大安全压力。
图11-10 题11-2图 图11-11 题11-3图 图11-12 题11-4图
11-4 图11-12所示结构ABCD由三根直径均为d的圆截面钢杆组成，在B点铰支，而在A点和C点固定，D为铰结结点，l/d＝10π。若此结构由于杆件在ABCD平面内弹性失稳而丧失承载能力。试确定作用于结点D处的荷载P的临界值。设各杆均为细长压杆。
11-5 图11-13所示各压杆材料和截面均相同，试问哪一根压杆能承受的压力最大，哪一根能承受的压力最小。图f所示压杆在中间支承处不能转动。
图11-13 题11-5图
11-6 两根直径为d的立柱，上、下端分别与顶、底块刚性连接，如图11-14所示。试根据杆端的约束条件，分析在总压力P作用下，立柱可能产生的几种失稳形态下的挠曲形状。设两立柱为细长杆，分别写出对应的总压力P的临界值的算式，确定最小临界荷载Pcr的算式。
图11-14 题11-6图
11-7 试求可以用欧拉公式计算临界压力的压杆的最小柔度，如果杆分别由下列材料制成：
(1)比例极限σp＝220MPa、弹性模量E＝190GPa的钢；
(2)σp=490MPa、E＝215GPa、含镍3.5%的镍钢；
(3)σp=20MPa、E＝11GPa的松木。
11-8 压杆长6m，由两根10号槽钢组成，顶端球形铰支，底端固定。已知材料的弹性模量E＝200GPa，比例极限σp＝200MPa。若杆的横截面如图
11-15所示，问：
(1)距离a从零起增至多大时压杆的临界压力Pcr达到最大?
(2)求此时最大的临界压力Pcr是多少?
11-9 图11-16所示结构中AC与CD杆均用Q235钢制成，AC为圆截面杆，CD为矩形截面杆。C、D两处均为球铰。已知d＝20mm，b＝100mm，h＝180mm；E＝200GPa，σs＝235MPa，σb＝400MPa；强度安全系数n＝2.0，稳定安全系数nst＝3.0。试确定该结构的最大许可荷载。
图11-15 题11-8图
图11-16 题11-9图
11-10 如图11-17所示的钢托架，由一根16号工字钢与两根50mm×6mm的等边角钢组成(两个角钢肢背之间留有6mm宽的间隙，但每隔一定距离用垫板将两个角钢联接为一个整体)，材料为Q235钢，E＝210GPa，σs＝235MPa，强度安全系数n＝1.5，λC＝123，稳定安全系数nst＝2，非细长压杆临界应力用抛物线经验公式σcr＝235[1-0.43（λ/λC）2]计算。试确定此托架的容许荷载P的数值。
1111 试求图11-18所示结构上荷载P的容许值。已知：该结构由钢材制成，E＝205GPa，σs＝275MPa，λp＝90，λ0＝50，中长杆临界压力用直线型经验公式σcr＝338-1.21λ(MPa)计算，强度安全系数n＝2，稳定安全系数nst＝3。
图11-17 题11-10图
图11-18 题11-11图
第12章 习 题
12-1 用卡氏第二定理求图12-21所示各刚架A截面的位移和B截面的转角。略去剪力Q和轴力N的影响，EI为已知。
图12-21 题12-1图
12-2 用卡氏第二定理求图12-22所示刚架上C点两侧截面的相对角位移。各杆EI相同，且为已知。
12-3 用卡氏第二定理求图12-23所示刚架上A、B两点之间的相对线位移。各杆EI相同，且为已知。
图12-22 题12-2图
图12-23 题12-3图
12-4用单位荷载法求解图12-24所示超静定结构。已知各杆的EI相同。
图12-24 题12-4图
12-5 用图乘法求解图12-25所示超静定刚架并绘出内力图。已知各杆的EI相同，不计剪力和轴力的影响。
12-6 图12-26所示刚架的各组成部分的抗弯刚度EI相同，抗扭刚度GIP也相同。试求截面A和C的水平位移。
图12-25 题12-5图
图12-26 题12-6图
12-7 轴线为水平面内四分之一圆周的曲杆，如图12-27所示，在自由端作用竖向荷载P。设EI和GIP已知。试求截面B在竖直方向的位移。
12-8 用瑞利-里兹法求图12-28所示各梁跨中挠度的近似值和最大弯矩的近似值。
图12-27 题12-7图
图12-28 题12-8图
12-9 一根阶梯状变截面简支梁如图12-29所示，试用瑞利-里兹法求梁跨中点的挠度和最大弯矩值，采用下列带有两个位移参数的三角函数作为形状函数：
v=δ1sinπx/l+δ3sin
3πx/l
12-10 试用瑞利-里兹法求图12-30所示阶梯状变截面理想压杆的临界压力Pcr的近似值，采用带有一个位移参数的三角函数作为形状函数：
v=δ(1-cos πx/2l)
12-11 试用瑞利-里兹法求一端固定，另一端自由的理想压杆在图12-31所示荷载作用下临界荷载Pcr的近似值。设EI为常数，采用带有一个位移参数的三次多项式作为形状函数。
图12-29 题12-9图 图12-30
题12-10图 图12-31 题12-11图
第13章 习题
13-1 重物重W=20kN，悬挂在钢索上。缆索由500根直径为0.5mm的细钢丝组成，材料的弹性模量E=200GPa。鼓轮的角加速度为ε=10rad/s2，鼓轮转动并将重物吊起，当钢索长为5m时，求其最大正应力，并问动应力比静应力大几倍?设鼓轮直径D=50cm。
图13-13 题13-1图
图13-14 题13-2图
13-2 用两根吊索平行地匀加速起吊一根14号工字钢，加速度a=10m/s2，工字钢长度为12m。吊索横截面面积A=72mm2。若只考虑工字钢自重而不计吊索重量，试计算工字钢中的最大动应力和吊索的动应力。
13-3 桥式起重机上悬挂一重量为W=50kN的重物，以匀速度v=1m/s向前移(在图13-15中，移动的方向垂直于纸面)。当起重机突然停止时，重物像单摆一样向前摆动。若梁为14号工字钢，吊索横截面面积A=5×10-4m2，问此时吊索内及梁内的最大正应力增加多少?设吊索的自重以及由重物摆动引起的斜弯曲影响都忽略不计。
图13-15 题13-3图
图13-16 题13-4图
13-4 飞轮的最大圆周速度v=25m/s，材料的密度为ρ=72.6kN/m3。若不计轮辐的影响，试求轮缘内的最大正应力。
13-5 图13-17所示机车车轮以n=300r/min的转速旋转。平行连杆AB的横截面为矩形，h=5.6cm，b=2.8cm，杆长l=2m，r=25cm，材料的密度为ρ=7.8g/cm3。试确定平行杆最危险的位置和杆内最大正应力。
13-6 直径d=300mm，长为l=6m的圆木桩，下端固定，上端受重W=5kN的重物作用。如图13-18所示。木材的弹性模量E1=10GPa。求下列三种(分别如图a、b、c)情况下的木桩的最大正应力。
图13-17 题13-5图 图13-18 题13-6图
(1)重物以突加载荷的方式作用于木桩。
(2)重物自桩顶上方1m处自由下落。
(3)在桩顶放置直径为150mm，厚为20mm的橡皮垫，弹性模量E2=8MPa。重物也从桩顶上方1m处自由下落。
13-7 卷扬机提升装置如图13-19所示，电机驱动鼓轮旋转，将重为W=40kN的重物以加速度a=5m/s2向上提升。鼓轮重量为P=4kN，直径D=1.2m，其回转半径ρ=450mm。轴长l=1m，轴材料的许用应力[σ]=100MPa。鼓轮轴的两端支承均可视为铰支座。试按第三强度理论设计轴的直径。
图13-19 题13-7图
图13-20 题13-8图
13-8 图13-20所示简支梁由25a号工字钢制成，在其中点受到自由下落的重物冲击，已知重物的重量W=1kN，下落高度h=10mm。试计算梁内的最大冲击应力。
13-9 钢丝绳AC的下端悬挂一重力为W=25kN的重物，并以v=100cm/s下降。当钢丝绳长为l=20m时，滑轮D突然被卡住，试求钢丝绳所受的冲击载荷Wd。设钢丝绳的横截面面积A=4.14cm2，弹性模量E=170GPa，滑轮和钢丝绳的质量可略去不计。
图13-21 题13-9图
图13-22 题13-10图
13-10 图13-22所示两根20a工字钢组成简支梁，上面固结着铰车和吊盘。今有重为W=1kN的重物自高h=40cm处下落到吊盘上，试求钢索和梁的最大正应力。已知钢索横截面面积A=1.75cm2，弹性模量E1=170GPa，梁的弹性模量E2=210GPa，计算时可不计梁的自重。
13-11 图13-23a所示为25a工字钢简支梁。梁中点处受重W=1kN的重物从高h=1cm处下落而冲击。如果梁的横截面按图b、c两种情况放置，试分别计算梁的最大冲击应力。设材料的弹性模量E=200GPa。
图13-23 题13-11图
第14章 习 题
14-1 直径d=12mm的圆杆，工作时承受的最大拉力Pmax=70kN，最小拉力Pmin=50kN。试求其平均应力σm、应力幅σa和循环特征r。
14-2 图14-17所示旋转阶梯轴上作用着不变弯矩M=1kN·m。轴表面未经机械加工。轴材料为碳钢，σb=600MPa，σ-1=250MPa。试求轴的工作安全系数nσ。
14-3 图14-18所示阶梯轴材料为合金钢，σb=320MPa，轴的尺寸是：d=40mm，D=50mm，r=5mm，试分别求弯曲和扭转时的有效应力集中系数和尺寸影响系数。
图14-17 题14-2图 图14-18 题14-3图
14-4 图14-19所示旋转阶梯轴，承受着不变弯矩M=750kN·m的作用，材料为碳钢，σb=600MPa，σ-1=250MPa，规定安全系数[n]=2，试校核其疲劳强度
14-5 图14-20所示钢制旋转阶梯轴，其上作用一不变的弯矩M=2400N·m。轴材料的σb=500MPa，σ-1=200MPa。试求轴的持久极限。若规定的安全系数[n]=1.4，试校核轴的疲劳强度。
图14-19 题14-4图
图14-20 题14-5图
14-6 某减速器的第一轴如图14-21所示。键槽为端铣加工，A—A截面上的弯矩M=860N·m。轴材料为Q275钢，σb=520MPa，σ-1=220MPa，若有效应力集中系数Kσ=1.65，规定的安全系数[n]=1.4，试校核A—A截面的疲劳强度。
14-7 图14-22所示阶梯轴受到对称交变扭矩Mn=1kN·m的作用。轴表面经过车削加工。轴材料为碳钢，σb=600MPa，τ-1=130MPa。规定安全系数[n]=2。试校核轴的疲劳强度。
图14-21 题14-6图
图14-22 题14-7图
14-8 图14-23所示旋转阶梯轴受不变弯矩M作用。轴材料为碳钢，σb=520MPa，σ-1=220MPa，β=1。规定安全系数[n]=1.7。试求轴在图a、b两种情况下的许可弯矩。
14-9 图14-24所示圆杆表面未经加工，且因径向圆孔而削弱。杆受由0到Pmax的交变轴向力作用。已知材料为普通碳钢，σb=600MPa,σs=340MPa，σ-1=200MPa。取ψσ=0.1，规定安全系数[n]=1.7，[ns]=1.5，试求最大载荷。
图14-23 题14-8图
图14-24 题14-9图
14-10 图14-25所示重物Q通过轴承对圆轴作用一垂直方向的力，Q=10kN，而轴在±30°范围内往复摆动。已知材料的σb=600MPa，σ-1=250MPa，σs=340MPa，ψσ=0.1。试求危险截面上的点1、2、3、4的应力变化的循环特征以及工作安全系数。
图14-25 题14-10图
图14-26 题14-11图
14-11 图14-26所示阶梯轴的直径D=50mm，d=40mm，受交变弯矩和扭矩的组合作用。圆角半径r=2mm。正应力从50MPa变到-50MPa；切应力从40MPa变到20MPa。轴的材料为碳钢，σb=550MPa，σ-1=200MPa，τ-1=120MPa，σs=300MPa，τs=180MPa。若取ψτ=0.1，试求此轴的工作安全系数。设β=1。