工程力学计算题题型讲解

《工程力学及机械设计基础》

计算题练习

第四章：1.解析法求平面汇交力系的合力（大小）2.单个物体的平衡问题

1.试计算题1图所示悬臂梁支座A处的约束力。 题1图

2.题2图所示系统受力F作用，斜面的倾角θ=30°，试判断A处约束力的方向，并计算A、B处约束力的大小。 题2图

3.外伸梁AC如题7图所示，试求支座A、B处的约束力。 题3图

4.外伸梁如题3图所示，试求支座A和B的约束力。

题4图

5.平面刚架ABC如题8 图所示，若不计刚架自重，试求支座A处的约束力。 题5图

6.悬臂梁AB如题10图所示，试求支座A处的约束力。

7.外伸梁如题13图所示，试计算A、B支座处的约束力。

题6图

题7图

第五章：物体系统的平衡问题（共2各图形）

8.试求题16图所示多跨静定梁A、C支座处的约束力。

理论力学复习题(计算题)

一、分析力学部分

半经为r的光滑半球形碗，固定在水平面上，一均质棒斜靠在碗缘，一端在碗内，

4?c2?2r2?一端在碗外，在碗内的长度为c，试用虚功原理证明棒的全长为：l?

c

?解：建坐标如图示，棒受主动力为重力，作用点在质心c上，方向竖直向下，即P??mgj

???l??由虚功原理得 ??AF???mgj????xi??yj???mg?y?0 由图可知y???c??sin?

2??又由几何关系知sin??4r2?c2l?4r2?c2? 所以y???c??

2r2?2r??4r2?c2l?11??y????c??c??4r2?c22r2?2r2???对c求变分得

??1?12???2c?c????

4r2?c2??24r2?c2?c?2c?l??c4r????4r2?c224r2?c2?c?2c?l??c?0 代入虚功原理得mg?4r????由于?c?0 故24r?c?22??c?2c?l??0

4?c2?2r2?整理得l?

c

六．五根长度相同的匀质杆，各重为P用铰连接，与固定边AB成正六边形，设在水平杆的中点施力F以维持平衡，用虚功原理求力F之大小？

解：设六边形边长为a，建坐标系如图，取角?为广义坐标

由虚

1. 某原状土样的体积为76cm3,湿土质量为0.126kg,干土质量为0.1043kg,土粒的相对密度为2.60。求土样的密度、重度、干土密度、干土重度、含水量、孔隙比、饱和土重度及有效重度。

2. 某中砂层在地下水位以下，经测定得知：饱和容重?sat?19.9KN/m3，ds?2.60，问该砂层的天然孔隙比为多少？如又测得其最疏和最密时的孔隙比分别为0.64和0.56，求其相对密度Dr的值，并按Dr的大小确定该砂层所处的物理状态。

3. 一体积为100cm3的原状土样，其湿土质量为0.19kg，干土质量为0.148kg，土粒的相对密度为2.71，试求土的含水量?、重度?、孔隙比e和浮重度?'。 4. 某土样处于完全饱和状态，土粒的相对密度为2.65，含水量为27.17%，试求土样的孔隙比e和重度?。

5. 某砂样的天然密度为1.74t/m3，含水量为20%，土粒的相对密度为2.65，最大干密度为1.67t/m3，最小干密度为1.39t/m3。试求其相对密实度Dr，并测定其密实程度。

6. 在某土层中，用体积为72cm3的环刀取样。经测定，土样质量为129.1g，烘干质量121.5g，土粒相对密度为2.70，问该土样的含水量、湿重度、饱和重

1. 某原状土样的体积为76cm3,湿土质量为0.126kg,干土质量为0.1043kg,土粒的相对密度为2.60。求土样的密度、重度、干土密度、干土重度、含水量、孔隙比、饱和土重度及有效重度。

2. 某中砂层在地下水位以下，经测定得知：饱和容重?sat?19.9KN/m3，ds?2.60，问该砂层的天然孔隙比为多少？如又测得其最疏和最密时的孔隙比分别为0.64和0.56，求其相对密度Dr的值，并按Dr的大小确定该砂层所处的物理状态。

3. 一体积为100cm3的原状土样，其湿土质量为0.19kg，干土质量为0.148kg，土粒的相对密度为2.71，试求土的含水量?、重度?、孔隙比e和浮重度?'。 4. 某土样处于完全饱和状态，土粒的相对密度为2.65，含水量为27.17%，试求土样的孔隙比e和重度?。

5. 某砂样的天然密度为1.74t/m3，含水量为20%，土粒的相对密度为2.65，最大干密度为1.67t/m3，最小干密度为1.39t/m3。试求其相对密实度Dr，并测定其密实程度。

6. 在某土层中，用体积为72cm3的环刀取样。经测定，土样质量为129.1g，烘干质量121.5g，土粒相对密度为2.70，问该土样的含水量、湿重度、饱和重

第2章 岩石物理力学性质

例：某岩样试件，测得密度为1.9kg/cm3，比重为2.69，含水量为29%。试求该岩样的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容量。

解：孔隙比：?v??(1??d)??1?2.69(1?0.29)?1?0.83

1.9孔隙度：n??v0.83?100%??100%?45.3% 1??v1?0.83G?2.69?29%??94% ?0.83饱和度：Sr?干容重：?d??2.69??1.47(g/cm3) 1??1?0.83例 某岩石通过三轴试验，求得其剪切强度c=10MPa，υ=45°，试计算该岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度。

解：由

例 大理岩的抗剪强度试验，当σ1n=6MPa, σ2n=10MPa，τ1n=19.2MPa, τ2n=22MPa。该岩石作三轴抗压强度试验时，当σa=0，则Rc=100MPa。求侧压力 σa=6MPa时，其三轴抗压强度等于多少？ 解：（1）计算内摩擦角υ

?n1?C??n1tg? （1） ?n2?C??n2tg? （2）

联立求解： tg??

第四章 荷载效应

构件或结构上的作用使构件或结构产生的内力（如轴力、剪力、扭矩、弯矩等）、变形、裂缝等统称作用效应或荷载效应。荷载与荷载效应之间通常按某种关系相联系。本章重点学习构件和结构在荷载作用下产生的各种内力和变形，进行单种材料杆件的承载能力分析。

第一节 构件内力分析

一、概述

1.1变形固体及其基本假设 1.1.1变形固体

工程中构件和零件都是由固体材料制成，如铸铁、钢、木材、混凝土等。这些固体材料在外力作用下都会或多或少的产生变形，我们将这些固体材料称为变形固体。

变形固体在外力作用上会产生两种不同性质的变形：一种是当外力消除时，变形也随着消失，这种变形称为弹性变形；另一种是外力消除后，变形不能全部消失而留有残余，这种不能消失的残余变形称为塑性变形。一般情况下，物体受力后，既有弹性变形，又有塑性变形。但工程中常用的材料，在所受外力不超过一定范围时，塑性变形很小，可忽略不计，认为材料只产生弹性变形而不产生塑性变形。这种只有弹性变形的物体称为理想弹性体。只产生弹性变形的外力范围称为弹性范围。本书将只限于给出材料在弹性范围内的变形、内力及应力等计算方法和计算公式。

工程中大多数构件在外力作用下产生变形后，其几何尺寸的改变量与构件原始

工程流体力学经典计算题

1、相对密度0.89的石油，温度20oC时的运动粘度为40cSt，求动力粘度为多少？

解：d??-42

?0.89 ν＝40cSt＝0.4St＝0.4×10m/s ?水μ＝νρ＝0.4×10-4×890＝3.56×10-2 Pa·s

2、图示一平板在油面上作水平运动，已知运动速度u=1m/s，板与固定边界的距离δ=1，油的动力粘度μ＝1.147Pa·s，由平板所带动的油层的运动速度呈直线分布，求作用在平板单位面积上的粘性阻力为多少？

解：???du132?1.147??1.147?10N/m ?3dy1?103、如图所示活塞油缸，其直径D＝12cm，活塞直径d＝11.96cm，活塞长度L＝14cm，油的μ＝0.65P，当活塞移动速度为0.5m/s时，试求拉回活塞所需的力F=？

解：A＝πdl , μ＝0.65P＝0.065 Pa·s ,

Δu＝0.5m/s , Δy=(D-d)/2，

F??Adu0.5?0.065?3.14?11.96?10?2?14?10?2??8.55Ndy?12?11.96??10?22

4、在一直径D＝300mm、高H＝500mm的圆柱形容器中注入水至高度h1＝300mm，然后

????习题1-1 图中设AB=l，在A点受四个大小均等于F的力F1、F2、F3和F4作用。试分别计算每个力对

B点之矩。 【解答】：

?2MB(F1)??F1?l?sin45???F?l

2?MB(F2)??F2?l??F?l

?2MB(F3)??F3?l?sin45???F?l

2?MB(F4)?0。

习题1-2 如图所示正平行六面体ABCD，重为FP=100N，边长AB=60cm，AD=80cm。

今将其斜放使它的底面与水平面成??30?角，试求其重力对棱A的力矩。又问当?等于多大时，该力矩等于零。 【解法1——直接计算法】：

设AC与BD的交点为O，∠BAO=?，则：

cos(???)?cos?cos??sin?sin? 3341?????0.119652521AO??802?602?50cm=0.5m

2?MA(FP)?FP?d?FP?AO?cos(???)?100?0.5?0.1196?5.98N?m??

当MA(FP)?0时，重力FP的作用线必通过A点，即????90?，所以： 令cos(???)?cos?cos??sin?sin??0→?cos??354?sin??0，得： 5tan??3→??36?52?。 4【解法2——利用

水力学课后计算题及答案

第一章 绪论

1-1．20℃的水2.5m，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即?1V1??2V2 又20℃时，水的密度?1?998.23kg/m3 80℃时，水的密度?2?971.83kg/m3 ?V2?3

?1V1?2.5679m3 ?2 则增加的体积为?V?V2?V1?0.0679m3

1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度?增加15%，重度?减少10%，问此时动力粘度?增加多少（百分数）？ [解] ??????(1?0.15)?原(1?0.1)?原

?1.035?原?原?1.035?原

????原1.035?原??原??0.035 ?原?原2此时动力粘度?增加了3.5%

1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为u?0.002?g(hy?0.5y)/?，式中?、?分别为水的密度和动力粘度，h为水深。试求h?0.5m时渠底（y=0）处的切应力。 [解] ?du?0.002?g(h?y)/? dydu?0.002?g(h?y) dy????当h=0.5m，y=0时

??0.002?1000?9.807(0.5?0)

?9.8

三．试确定以下两组应变状态能否存在(K,A,B为常数), 并说明为什么？

(1) (2)

?x?K(x2?y2),?y?Ky2,?xy?2Kxy (存在) ?x?Axy2,?y?Bx2y,?xy?0 (不存在)

四．计算题

1. 图中所示的矩形截面体，受力如图所示，试写出其边界条件。

解：主要边界条件，

x?b，?x?0;?xy?p

x??b，?x?q;?xy?0

次要边界条件，在y?0上，

(?xy)y?0?0，满足；

?

bb?b(?y)y?0dx??F

Fb ??b22.图中所示的矩形截面体，在o处受有集中力F和力矩M?Fb/2作用，试用应力函数??Ax3?Bx2求解图示问题的应力分量，设在A点的位移和转角均为零。

(?y)y?0xdx??

解：应用应力函数求解，

4

（1） 校核相容方程???0，满足 （2） 求应力分量，在无体力时，得

?y?6Ax?2B，?y