3第3章力系的平衡方程及其应用

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建筑力学第三章 平面力系的平衡方程

建筑力学第三章 平面力系的平衡方程
刚体等效于只有一个力偶的作用,(因为力偶可以在刚 体平面内任意移动,故这时,主矩与简化中心O无关。)
③ FR≠' 0,MO =0,即简化为一个作用于简化中心的合力。这时, 简化结果就是合力(这个力系的合力), FR FR'。(此时
与简化中心有关,换个简化中心,主矩不为零)
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建筑力学
④ FR' ≠0,MO ≠0,为最任意的情况。此种情况还可以继续
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建筑力学
[例] 已知:Q=7.5kN, P=1.2kN , l=2.5m , a=2m , =30o , 求:
BC杆拉力和铰A处的支座反力?
解:(1)选AB梁为研究对象。
C
(2)画受力图
FAy
FBC
A
FAx
l/2 P
B Q
a
Байду номын сангаас
l
A
l/2 P
B Q
a
l
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建筑力学
(3)列平衡方程,求未知量。
静不定问题在材料力学,结构力学,弹性力学中 用变形协调条件来求解。
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建筑力学
物系平衡问题的特点: ①物体系统平衡,物系中每个单体也是平衡的。 ②每个单体可列3个(平面任意力系)平衡方程,整个系统
可列3n个方程(设物系中有n个物体)。
解物系问题的一般方法:
机构问题: 个体 个体
个体
“各个击破”
力系中各力对于同一点之矩的代数和。
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建筑力学
3.2平面力系的平衡方程及应用
FR=0, MO =0,力系平衡
FR =0 为力平衡
MO =0 为力偶也平衡 平面力系平衡的充要条件为:

理论力学第3章 力系的平衡条件与平衡方程

理论力学第3章 力系的平衡条件与平衡方程

10
例题二的解答
解:选取研究对象:杆CE(带有销 钉D)以及滑轮、绳索、重物组成 的系统(小系统)受力分析如图, 列平衡方程:
M D (F ) 0 M C (F ) 0 M B (F ) 0
( F C cos ) CD F ( DE R ) PR 0 F Dx DC F ( CE R ) PR 0 F BD F ( DE R ) P ( DB R ) 0 Dy
2012年11月3日星期六
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29
滚动摩擦力偶的性质
滚动摩擦力偶M 具有如下性质(与滑动摩擦力性质类似): ◆ 其大小由平衡条件确定; ◆ 转向与滚动趋势相反; ◆ 当滚子处于将滚未滚的平衡临界状态时, M = M max =δFN
式中:δ —滚动摩擦系数,它的量纲为长度; FN —法向反力(一般由平衡条件确定)。
q (2a b) 2a
2
YA q (2a b)
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2012年11月3日星期六
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课堂练习3
多跨静定梁由AB梁和BC梁用中间铰B连接而成,支撑和荷 载情况如图所示,已知P = 20kN,q=5kN⋅m,α = 45°。求 支座A、C的反力和中间铰B处的反力。
2012年11月3日星期六
x
xC
x
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5
平行分布线载荷的简化
Q
q
1、均布荷载 Q=ql
l 2
l 2
Q
q
2、三角形荷载 Q=ql /2
2l 3
l 3
Q
3、梯形荷载 Q=(q1+q2)l /2 (自己求合力的位置)

《工程力学:第三章-力系的平衡条件和平衡方程》解析

《工程力学:第三章-力系的平衡条件和平衡方程》解析

工程力学 1. 选择研究对象。以吊车大梁 AB为研究对象,进行受力分析 (如图所示) 2.建立平衡方程
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
FAX FTB cos 0 Fy 0
F
x
0
: (1)
M
FAy FQ FP FTB sin 0
A
(F ) 0
工程力学
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
§3.3 考虑摩擦时的平衡问题
3.3.1 滑动摩擦定律
概念:
静摩擦力:F 最大静摩擦力:Fmax 滑动摩擦力: Fd
静摩擦因数:
水平拉力: Fp
Fmax f s FN
fs
工程力学
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
3.3.2 考虑摩擦时构件的平衡问题
考虑摩擦力时与不考虑摩擦力时的平衡 解题方法和过程基本相同, 但是要注意摩擦力的方向与运动趋势方向相反;且在滑动之前摩擦 力不是一个定值,而是在一定范围内取值。
l l sin 0
(3)
工程力学
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
• 联立方程(1)(2)(3)得:
FAX
FQ FP 3 l x 2
(2)由FTB结果可以看出,当x=L时,即当电动机移动到大梁右 端B点时,钢索所受的拉力最大,最大值为
非静定问题:未知数的数目多于等于独立的平衡方程的数目,不能 解出所有未知量。相应的结构为非静定结构或超静定结构。
会判断静定问题和非静定问题
工程力学
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
工程力学
第三章 力系的平衡条件和平衡方程
3.2.2 刚体系统平衡问题的特点与解法
1.整体平衡与局部平衡的概念 系统如果整体是平衡的,则组成系统的每一个局部以及每一个 2.研究对象有多种选择 刚体也必然是平衡的。

第三章力系的平衡介绍

第三章力系的平衡介绍

工 程 力 学
§3-2
平面力系的平衡条件
F1 Fn F3
1、平面任意力系的平衡方程 F2 平面任意力系平衡的充要条件是: 力系的主矢和对任意点的主矩都等于零。
0 FR
第 三 章 力 系 的 平 衡
Mo 0
平面任意力系
FR ( Fx ) 2 ( Fy ) 2
M O M O (F )
2
0
F
x
0,
F
y
0,
F
z
0
即:汇交力系的平衡条件是力系中所有各力在各个坐
标轴中每一轴上的投影的代数和分别等于零。
工 程 力 学
三、空间平行力系的平衡方程
第 三 章 力 系 的 平 衡
F
z
0,
M (F ) 0, M (F ) 0
x
y
工 程 力 学
四、空间力偶系的平衡方程
第 三 章 力 系 的 平 衡
工 程 力 学
例:如图所示为一种起吊装置的结构简图。图中尺寸d , 载荷F, <FAD =60均为已知。若不计各杆自重,试求杆AF与杆AD在各 自的约束处所受的约束力。
第 三 章 力 系 的 平 衡
工 程 力 学
第 三 章 力 系 的 平 衡
工 程 力 学
例:滑轮支架系统如图所示。已知G,a,r,θ ,其余物体重 量不计,试求A和B的约束力。
工 程 力 学
3、平面汇交力系的平衡方程
F
x
0,
F
y
0
4、平面力偶系的平衡条件
第 三 章 力 系 的 平 衡
M 0
即:力偶系各力偶力偶矩的代数和等于零。
工 程 力 学

理论力学-3-力系的平衡

理论力学-3-力系的平衡

z
F2
O
F1
F
z
0
M F 0 M F 0
x y
自然满足,且
M F 0
z
M F 0
O
平面力系平衡方程的一般形式
于是,平面力系平衡 方程的一般形式为: z O y
Fx 0 Fy 0 M F 0 o
其中矩心 O 为力系作用面 内的任意点。
静不定次数:静不定问题中,未知量的个数与独立的平 衡方程数目之差。
多余约束:与静不定次数对应的约束,对于结构保持静 定是多余的,因而称为多余约束。 关于静不定问题的基本解法将在材料力学中介绍。
P A m a B q
解:对象:梁 受力:如图 方程:
C
b
F F
0, FAx P cosq 0, FAx P cosq # FAy FB P sin q 0 1 y 0, M A F 0, m FBa Pa bsinq 0 2
B A
FR FR
x
A
B
FR
A、B 连线不垂直于x 轴
B A
FR
x
3.3 平面力系的平衡方程 “三矩式” M A = 0, MB = 0 , MC = 0。
C B A C B A
FR FR
满足第一式? 满足第二式? 满足第三式?
B A
FR
FR
A、B、C 三点不 在同一条直线上
C A
B
M (F ) 0 Fy 0
A
FQ (6 2) FP 2 FB 4 W (12 2) 0
FQ FA FP FB W 0

理论力学:第3 章 力系的平衡

理论力学:第3 章 力系的平衡
第 3 章 力系的平衡
力系平衡是静力学研究的主要内容之一,也是静力学最重要的内容。其中平面力系的平衡又
是重要之重要内容,平面物系的平衡又是重要之重要内容。
事实上我们已经得到力系的平衡条件(充要):
R

0,M O

0 。下面将其写成代数方程即
平衡方程,用其解决具体问题。
3.1 平面力系的平衡条件与平衡方程
受力图如图(c),列解方程:
Y 0, P cos G sin 0
P
使 P 最小,则

G sin cos

G sin cos( )
cos( ) 1,

arctan 3
3652'
Pmin

G sin

20

3 5

12kN
4
另解:(几何法) 画自行封闭的力三角形,如图(d),则
Q

G(b
e) 50b a

Hale Waihona Puke 350.0kN∴ 使起重机正常工作的平衡重为:333.3kN≤Q≤350.0kN 注:也可按临界平衡状态考虑,求 Pmin 和 Pmax。 静力学的应用:
学习静力学有何用处?——上面几个例题有所反映。
例 1:碾子问题——满足工作条件的载荷设计。
例 2:梁平衡问题——结构静态设计(一类重要工程问题)。
分由由由图图图析(((:acb)))汽:::车受平面平行力mmm系EBB(((,FFF))易) 列解000,,,方程。下shl面只给出方程:
例 4 平行力系典型题目,稳定性问题且求范围。 行动式起重机的稳定性极其重要,要求具有很好的稳定裕度,满载时不向右翻倒,空载时不 向左翻倒。已知自重 G = 500kN,最大载荷 Pmax = 210kN,各种尺寸为:轨距 b = 3m,e = 1.5m, l = 10m,a = 6m,试设计平衡重 Q,使起重机能正常工作,且轨道反力不小于 50kN。

工程力学第3章习题解答


解:ΣZ=0
NB=Q
Σmx=0 NB·BDsin30°-Q· Sc=0.144Q ΣmY =0 -NB·BDsin60°+Q· NA =0.039Q ΣY=0 -SBcos60°+Sc=0 SB=0.288Q
1 BDsin30°-Sc ·BDtg60°=0 2
1 BDsin60°+NA ·BDtg60°=0 2
3-13
第三章 力系的平衡方程及其应用
3-14
45 时,AB=BD。求此时能保持系统
3-12
第三章 力系的平衡方程及其应用
3-19 如图所示,A 块重 500N,轮轴 B 重 1000N,A 块与轮轴的轴以水平绳连接。在轮轴外 绕以细绳,此绳跨过一光滑的滑轮 D,在绳的端点系一重物 C。如 A 块与平面间的摩擦系数 为 0.5,轮轴与平面间的摩擦系数为 0.2,不计滚动摩阻,试求使系统平衡时物体 C 的重量 P 的最大值。
d1
ΣMx = 0, M 1 FAy d 3 FAz d 2 0 , M 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d3 d M3 2 M2 d1 d1
3-13 在图示转轴中,已知:Q=4KN,r=0.5m,轮 C 与水平轴 AB 垂直,自重均不计。试求平 衡时力偶矩 M 的大小及轴承 A、B 的约束反力。
解:ΣmY =0, ΣY=0, Σmx=0,
3-14 平面悬臂桁架所受的载荷如图所示。求杆 1,2 和 3 的内力。
3-10
第三章 力系的平衡方程及其应用
3-15 平面桁架的支座和载荷如图所示。ABC 为等边三角形,E ,F 为两腰中点,又 AD=DB 。 求杆 CD 的内力 FCD 。
ED 为零杆,取 BDF 研究,FCD =-0.866F 3-17 平面桁架的支座和载荷如图所示,求杆 1,2 和 3 的内力。

第3章力系平衡方程

FR
F F
2 x y
2

38.822 3.82
(kN) 33
主矢FR′的方向为
tan
F F
y

3.8 32.82
0.1158
6 .6
x
主矢FR′在第四象限内,与x轴的夹角为6.6°。
2019/1/5
(2)求主矩MO 力系对点O的主矩为 MO=∑MO(F) =-F1sin20°· b-F2cos30°· b + F2sin30°· a +m =-20×0.342×10- 30×0.866×10+30×0.5×6+100 =-138(kN· m) 顺时针方向。
图3-5
2019/1/5
【例3-2】图
【解】 (1)建立直角坐标系,计算合力在x轴和y轴 上的投影
FRx Fx F1 cos30 F2 cos60 F3 cos45 F4 cos45
=200×0.866-300×0.5-100×0.707+250×0.707 =129.25N
MO(FR)= MO(F1)+ MO(F2)+…+ MO(Fn) =∑MO(F)
(3-6)
2019/1/5
【例3-5】 如图3-9所示,每1m长挡土墙所受土压 力的合力为FR,如FR=200kN,求土压力FR使挡土墙倾覆的 力矩。 【解】土压力FR可使挡土墙绕 A点倾覆,故求土压力FR使墙倾覆 的力矩,就是求FR对A点的力矩。 由已知尺寸求力臂d比较麻烦,但 如果将FR分解为两个力F1和F2,则 两分力的力臂是已知的,故由式 (3-6)可得
图3-16
力的平移定理
2019/1/5

工程力学3-力系的平衡条件和平衡方程


例1 例1 求图示刚架的约束反力。
解:以刚架为研究对象,受力如图。
F x0:F A xq b0
P a A
q
b
F y0:F A yP0
P
MA(F)0:
MA
MAPa12q b2 0
FAx
A
FAy
q
解之得:
FAx qb
FAy P
MAPa 1 2qb 2
例2 例2 求图示梁的支座反力。
解:以梁为研究对象,受力如图。
坐标,则∑Fx=0自然满足。于是平面 平行力系的平衡方程为:
O
F2
x
F y 0 ; M O ( F ) 0
平面平行力系的平衡方程也可表示为二矩式:
M A ( F ) 0 ; M B ( F ) 0
其中AB连线不能与各力的作用线平行。
[例5] 已知:塔式起重机 P=700kN, W=200kN (最大起重量), 尺寸如图。求:①保证满载和空载时不致翻倒,平衡块
解: 1.分析受力
建立Oxy坐标系。 A处约束力分量为FAx和FAy ;钢 索的拉力为FTB。
解: 2.建立平衡方程
Fx=0
MAF= 0
- F Q 2 l- F W xF T Blsi= n0
FTB= FPlxs+ iF nQ2 l= 2FlWxFQ
FAx F TBco = s0
Fy=0
F A = x 2 F W x l F Q l co= s3 3 F lW 0xF 2 Q
[例1] 已知压路机碾子重P=20kN, r=60cm, 欲拉过h=8cm的障碍物。 求:在中心作用的水平力F的大小和碾子对障碍物的压力。
解: ①选碾子为研究对象 ②取分离体画受力图

理论力学第3章

Pz Psin45 Pxy Pcos45 Px Pcos45sin60 Py Pcos45cos60
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7
mz (P )mz (P x )mz (P y )mz (P z )6Px (5Py )0 6Pcos45sin605Pcos45cos6038.2(Nm)
mx (P )mx (P x )mx (P y )mx (P z )006Pz 6Psin4584.8(Nm)
由 mA (Fi ) 0
P2a N B
3a0,
N B
2P 3
X 0
XA 0
Y 0
YB NB P0,
YA
P 3
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22
二、平面平行力系平衡方程 平面平行力系的平衡方程为:
Y 0
mO (Fi )0
一矩式
实质上是各力在x 轴上的投影恒 等于零,即 X 0 恒成立, 所以只有两个独立方程,只能 求解两个独立的未知数。
一、空间任意力系的平衡充要条件是:
R '0F 0 M O mO (Fi )0
又 R' (X )2 (Y )2 (Z )2
MO (mx (F ))2 (my (F ))2 (mz (F ))2
所以空间任意力系的平衡方程为:
X 0,mx (F )0 Y 0,my (F )0 Z 0,mz (F )0
再研究轮
mO (F )0
SAcosRM 0 X 0
X O SAsin 0
Y 0
S Acos YO 0
M PR XO P tg YO P
[负号表示力的方向与图中所设方向相反]
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1、分析思路及解题步骤:
2、注意要点:
(二)物体系统的平衡问题 1、静定和静不定(超静定)的概念
2、分析思路及解题步骤:
3、注意要点:
3
工程力学 C 学习要求及提纲
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第 3 章 力系的平衡方程及其应用
本章学习要求: 推导任意力系的平衡条件和平衡方程;利用平面力系平衡方程解决单个物体
2、平面平行力系 一矩式:
二矩式:(附加条件)Leabharlann (三)力偶系 1、空间力偶系
2、平面力偶系
(四)平面任意力系 1、一矩式:
2、二矩式及附加条件:
3、三矩式及附加条件:
三、平面力系平衡方程的应用 (一)单个物体的平衡问题
2
工程力学 C 学习要求及提纲
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及物体系统的平衡问题;理解静定和静不定问题的概念。 主要知识点: 一、空间任意力系的平衡条件和平衡方程
1、平衡条件:
2、平衡方程:
二、平衡方程的几种特殊形式 (一)汇交力系 1、空间汇交力系
2、平面汇交力系
(二)平行力系 1、空间平行力系
1
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