平面一般力系的平衡方程
第06次课平面一般力系的平衡方程
FAy 5.5
10
平面一般力系的平衡方程
总结列平衡方程技巧：
1、选未知力与投影轴垂直；
2、矩心选在部分未知力作用线交点上。
2019年4月21日
11
平面任意力系的平衡条件和平衡方程
例3 水平梁AB受力系作用及尺寸如图示。
已知：a、q、M、F、α 求：A、B处约束力。
q
C
M
F
M C ( Fi ) 0
条件：
2019年4月21日
A,B,C三点不共线
5
平面一般力系的平衡方程
4、平面平行力系平衡方程
Fy 0
M O ( Fi ) 0
y
o
y
F2
F1
Fi
Fn
x
x
o
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6
平面一般力系的平衡方程
5、例题
解题步骤：
（1）选取研究对象； （2）分力分析，画受力图；
α B D
A
a
2a
a
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12
平面一般力系的平衡方程
例4 某零件由两段相互垂直的等截面均质细杆 构成。其中BC=2AB。现用细绳将A端悬挂如图。 求BC段与水平线之间的夹角α。
解： 研究对象：杆ABC
受力分析：如图所示
设材料的密度为ρ、截面积为S AB段长度为L，则：
FT
A
P
B
P SL
F
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y
0
FAy FB F 0 FAy F FB 4kN
8
例2 简易起重机，尺寸如图。
Q 5(kN ), P 9(kN ),
平面一般力系的平衡方程及其应用
MB 0
W1
l 2
W
l
x
FAyl
0
得
FAy 7k N
Y 0
F T
sin
FAy
W1
W
0
得
FT 34k N
X 0 FAx FT cos 0
得
FAx FT cos 29.44k N
目录
平面力系\平面一般力系的平衡方程及其应用
4) 讨论。 本题若列出对A、B两点的力矩方程 和在x轴上的投影方程，即
F，平衡锤重WQ，已知W、F、a、b、e、l，欲使起重机满载和空载
时均不致翻倒，求WQ的范围。
目录
力系的平衡\平面力系的平衡方程及其应用 【解】 1）考虑满载时的情况 受力如图所示。 列平衡方程并求解 MB=0 WQmin（a+b）WeFl=0
得 We F l
WQmin a b
目录
平面力系\平面一般力系的平衡方程及其应用
理论力学
平面力系\平面一般力系的平衡方程及其应用
平面一般力系的平衡方程及其应用
1.1 平面一般力系的平衡方程
1. 基本形式 如果平面力系的主矢和对平面内任一点的主矩均为零，则力系
平衡。反之，若平面力系平衡，则其主矢、主矩必同时为零（假如 主矢、主矩有一个不等于零，则平面力系就可以简化为合力或合力 偶，力系就不平衡）。因此，平面力系平衡的充要条件是力系的主 矢和对任一点的主矩都等于零，即
应用平面力系的平衡方程求解平衡问题的步骤如下： 1) 取研究对象。根据问题的已知条件和待求量，选择合适的研 究对象。 2) 画受力图。画出所有作用于研究对象上的外力。 3) 列平衡方程。适当选取投影轴和矩心，列出平衡方程。 4) 解方程。 在列平衡方程时，为使计算简单，通常尽可能选取与力系中多 数未知力的作用线平行或垂直的投影轴，矩心选在两个未知力的交 点上；尽可能多的用力矩方程，并使一个方程只含一个未知数。
平面一般力系的平衡方程
-
-
-专业资料-
-
-
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课时
教 学 容、方 法、步 骤
附
分配
记
(2)空载时 W＝0，Q＝Qmax，机架可能绕 A 点左翻，在临界平衡状态， B 处悬空，NB＝0，受力图如图 3-10c 所示。则
故 平衡锤的范围应满足不等式
例 4-5 一简易起重机如图 4-11 所示。横梁 AB 的 A 端为固定铰支座，B 端用 拉杆 BC 与立柱相连。已知梁的重力 G1＝4kN,载荷 G2＝12kN，横梁长 L＝6m， α＝30°，求当载荷距 A 端距离 x＝4m 时，拉杆 BC 的受力和铰支座 A 的约束 反力。
其中 A、B、C 三点不能在一条直线上。
20 二. 平面平行力系的平衡方程
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-专业资料-
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-
课时
教 学 容、方 法、步 骤
附
分配
记
在基本式中，坐标轴是任选的。现取 y 轴平行各力，则平面平行力系中 各力在 x 轴上的投影均为零，即∑Fx ≡0。于是平面平行力系只有两独立的平 衡方程，即
∑Fy＝0 ∑MO(F)＝0
和投影轴，合理的选用方程组的形式，尽量避免联立解方程组
的麻烦。另外，平面平行力系是平面任意力系的一种特殊情形。
复习思考题、 作业题
1、思考平面汇交力系的平衡方程中，可否取两个力矩方程，或 一个力矩方程和一个投影方程？这时，其矩心和投影轴的选 择有什么限制？
2、课本习题 4-7、4-6。
-
-
-专、方 法、步 骤
附
分配
记
40
§4.3 平面任意力系的平衡方程
一. 平面一般力系的平衡方程
1. 基本形式
《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。
平面一般力系的二力矩式平衡方程
平面一般力系的二力矩式平衡方程平面一般力系的二力矩式平衡方程引言在物理学和工程学中，力学的平衡是一个重要的概念。
力学的平衡可以分为平面力系的平衡和空间力系的平衡。
在本文中，我们将讨论平面力系的平衡，并重点关注二力矩式平衡方程。
平面力系的定义和特点平面力系是指作用在一个平面内的一组力。
平面力系具有以下特点：1. 所有的力和力矩都在一个平面内；2. 力系中的力可以同时作用在一个物体的不同点上；3. 力系中的力可能会产生力矩。
力矩的概念力矩是指力对旋转物体造成的影响。
它由两个因素确定：力的大小和作用点与旋转轴的距离。
力矩的大小可以通过以下公式计算：M = Fd其中，M表示力矩，F表示力的大小，d表示力的作用点与旋转轴之间的距离。
力矩的方向可以通过以下规则确定：1. 如果力的作用点在旋转轴上，力矩的大小为零；2. 如果力由旋转轴向外作用，力矩的方向为顺时针方向；3. 如果力由旋转轴向内作用，力矩的方向为逆时针方向。
二力矩式平衡方程的推导在平面力系中，如果力系处于平衡状态，那么力系的合力和合力矩都必须为零。
根据牛顿第一定律，合力为零意味着物体的加速度为零；根据牛顿第二定律，合力矩为零意味着物体的角加速度为零。
设平面力系中共有n个力，分别记为F1, F2, ..., Fn。
考虑到每个力都可以产生力矩，那么每个力产生的力矩之和为：M1 + M2 + ... + Mn = 0力矩的正负号要根据力矩的方向来确定，根据上述力矩的规则，如果力矩是顺时针方向的，那么取正号；如果力矩是逆时针方向的，那么取负号。
根据力矩的计算公式，将每个力的力矩带入上述方程，得到二力矩式平衡方程：F1d1 + F2d2 + ... + Fndn = 0这就是平面力系的二力矩式平衡方程。
应用实例下面通过一个实例来说明如何应用二力矩式平衡方程。
假设有一个悬臂梁，上面有一个重物挂着。
悬臂梁的长度为L，重物的质量为m，重物与悬臂梁的连接处距离悬臂梁固定点的距离为d。
建筑力学平面一般力系的平衡方程及其应用
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
满足平衡方程时，物体既不能移动，也不能 转动，物体就处于平衡状态。当物体在平面一般 力系的作用下平衡时，可用三个独立的平衡方程 求解三个未知量。 二、平衡方程的其它形式
1.二力矩形式的平衡方程 ∑FX= 0 ∑MA (F ) = 0 ∑MB (F ) = 0 式中x轴不可与A、B两点的连线垂直。
FAx
FNCD = 30kN (↗)
∑MD (F ) = 0
FNCD
- FAy×0.6 + 14 ×0.3 = 0
14kN 8kN
300
300 100
A 30° D B
FAy
C
FAy = 7kN (↑)
∑MC (F ) = 0
- FAx×0.6/ 3- 14 ×0.3
- 8 ×0.6 = 0 FAx = - 25.98kN (←)
5 + FAy= 0
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3kN·m 6kN
3m
6
A
B
5
5
3m
可取∑MB (F ) = 0这一未用过的方程进行校核： 3 + 5×3 - 6×3 = 0
说明计算无误。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
例4-4 梁AB一端是固定端支座，另一端无
约束，这样的梁称为悬臂梁。它承受荷载作用如
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
在使用三力矩式计算出结果后，可用另外两 个投影方程之一进行校核。可知计算无误。
例4-6 外伸梁受荷载如图所示。已知均布荷载 集度q=20kN/m,力偶的力偶矩M=38kN·m，集中 力FP=10kN。试求支座A、B的反力。
10kN 20kN/m 38kN·m
建筑力学 平面一般力系的平衡
Fcy F 2 sin 60 F ND 20 0.866 8.66 8.66kN
（2） 取梁AC为研究对象,受力图如图(c)
M
A
(F
)
0,
F1
2
F
' Cy
6
F
NB
4
0
F
NB
F1 2
F
' Cy
4
6
10 2
8.66 6 4
17.99kN()
F
x
0,
F
Ax
F
' Cx
0
F
Ax
F
' Cx
10kN()
（1） 取梁CD 为研究对象,受力图如图（b）
M C (F ) 0, F 2 sin 60 2 F ND 4 0
F
ND
sin
60
2
8.66 k N()
F x 0, Fcx F 2 cos60 0
Fcx F 2 cos60 20 0.5 10kN
F y 0, F cy F ND F 2 sin 60 0
F
y
0,
F
Ay
F
NB
F1
F
' Cy
0
F
Ay
F
NB
F1
F
' Cy
17.99
10
8.66
0.67k
N()
求解物体系统平衡问题的要领如下： （1） “拆”：将物体系统从相互联系的地方拆开，在拆开的地方用 相应的约束力代替约束对物体的作用。这样，就把物体系统分解为若 干个单个物体，单个物体受力简单，便于分析。 （2）“ 比”：比较系统的独立平衡方程个数和未知量个数，若彼此 相等，则可根据平衡方程求解出全部未知量。一般来说，由n 个物体 组成的系统，可以建立3n 个独立的平衡方程。 （3） “取”：根据已知条件和所求的未知量，选取研究对象。通常 可先由整体系统的平衡，求出某些待求的未知量，然后再根据需要适 当选取系统中的某些部分为研究对象，求出其余的未知量。 （4） 在各单个物体的受力图上，物体间相互作用的力一定要符合作 用与反作用关系。物体拆开处的作用与反作用关系，是顺次继续求解 未知力的“桥”。在一个物体上，可能某拆开处的相互作用力是未知 的，但求解之后，对与它在该处联系的另一物体就成为已知的了。可 见，作用与反作用关系在这里起“桥”的作用。 （5） 注意选择平衡方程的适当形式和选取适当的坐标轴及矩心，尽 可能做到在一个平衡方程中只含有一个未知量，并尽可能使计算简化。
平面一般力系的独立平衡方程个数为
平面一般力系的独立平衡方程个数为
平面一般力系的独立平衡方程个数为3个，平面汇交力系的独立平衡方程数目有3个，分别是两个力的平衡方程和一个力矩平衡方程。
当刚体受到两个力的作用时：其中一个力保持不变，将第二个力的起点平移连接在另一个力的末端，然后连接剩下的一个力的起点和另一个力的末端构成一个三角形。
最后连接的那条边就为两力的合力大小，方向为从一个力的起点到另一个力的末端。
扩展资料：
力系平衡的充要条件
力系的力多边形自行封闭（自行封闭力多边形所得各力的指向是实际指向）。
力系合成的解析法
力在坐标轴上的投影是代数量，已知力的投影，可求得力的大小和方向，力在两个直角坐标轴上的投影与沿两个坐标轴的分力的关系。
分别令∑Fx=0；∑Fy=0；∑M=0.一个力在相互平行且同向的轴上的投影相等。
将一个力矢平行移动，此力在同一轴上的投影值不变，计算力的投影时，常用锐角进行计算，再冠以正负号。
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装.............
订..........
线
......................
分配记
20 力在x轴上的投影均为零,即∑Fx ≡0。
于就是平面平行力系只有两独立的平衡方程,即
∑Fy＝0
∑MO(F)＝0
不难瞧出,平面平行力系的二矩式平衡方程为
∑MＡ(F) ＝0
∑MＢ(F) ＝0
其中A、B两点的连线不能与各力平行。
平面平行力系只有两个独立的方程,因而最多能解出两个未知量。
三、应用平面一般力系平衡方程的解题步骤如下:
(1)根据题意,选取适当的研究对象。
(2)受力分析并画受力图。
(3)选取坐标轴。
坐标轴应与较多的未知反力平行或垂直。
(4)列平衡方程,求解未知量。
列力矩方程时,通常选未知力较多的交点为矩心。
(5)校核结果。
应当注意:若由平衡方程解出的未知量为负,说明受力图上原假定的该未知量的方向与其实际方向相反。
而不要去改动受力图中原假设的方向。
例4-2已知F=15kN,M=3kN、m,求A、B处支座反力。
解(1)画受力图,并建坐标系
(2)列方程求解
图4-8
分配记
20 例4-3如图3-9所示外伸梁上作用有集中力FC＝20kN,力偶矩M＝10kN、m ,载荷集度为q＝10kN/m的均布载荷。
求支座A、B处的反力。
图4-9
解取水平梁AB为研究对象, 画受力图如图4-9(b)所示。
列平衡方程并求解
分配记
结果均为正,说明图示方向与实际方向一致。
例3-4塔式起重机如图4-10所示。
设机架自重为G,重心在C点,与右轨距离
为e,载重W,吊臂最远端距右轨为l,平衡锤重Q,离左轨的距离为a,轨距为b。
试求塔式起重机在满载与空载时都不致翻倒的平衡锤重量的范围。
图4-10
解取塔式起重机为研究对象,作用在起重机上的力有重物W、机架重G、
平衡锤的重力Q及钢轨的约束反力NA与NB,这些力构成了平面平行力系,起
重机在该平面平行力系作用下平衡。
(1)满载时W＝Wmax,Q＝Qmin,机架可能绕B点右翻,在临界平衡状
态,A处悬空,NA＝0,受力图如图3-10b所示。
则
分配记
(2)空载时W＝0,Q＝Qmax,机架可能绕A点左翻,在临界平衡状态,B
处悬空,NB＝0,受力图如图3-10c所示。
则
故平衡锤的范围应满足不等式
例4-5一简易起重机如图4-11所示。
横梁AB的A端为固定铰支座,B端用
拉杆BC与立柱相连。
已知梁的重力G1＝4kN,载荷G2＝12kN,横梁长L＝6m,α
＝30°,求当载荷距A端距离x＝4m时,拉杆BC的受力与铰支座A的约束反力。
图4-11
分配记解取横梁AB为研究对象,画受力图如图4-11(b)所示。
列平衡方程并求解
小结
对于平面任意力系的三种形式的方程组,都可以求解平面任意
力系的平衡问题。
但对于单个刚体来说,只能列出三个独立的方
程,求解三个未知量。
在具体解题时,要通过合理选取矩心与投影
轴,合理的选用方程组的形式,尽量避免联立解方程组的麻烦。
另
外,平面平行力系就是平面任意力系的一种特殊情形。
复习思考题、
作业题
1、思考平面汇交力系的平衡方程中,可否取两个力矩方程,或一
个力矩方程与一个投影方程？这时,其矩心与投影轴的选择
有什么限制？
2、课本习题4-7、4-6。
下次课预习
要点
物体系的平衡
静定与超静定问题。