材料力学第四章 平面弯曲1
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《材料力学》课程讲解课件第四章弯曲内力

x
∴ 弯曲构件内力:Fs -剪力,M -弯矩。
若研究对象取m - m 截面的右段:
Y 0, Fs F FBY 0.
mC 0,
FBY
FBY (l x) F(a x) M 0.
Fs
F (l a) l
,
M F (l a) x 18 l
1. 弯矩:M 构件受弯时,横截面上
存在垂直于截面的内力偶矩 (弯矩)。
由 Fy 0, 得到:
A
FAy
a
Mc
C FSc
FAy q 2a FSc 0
FSc FAy q 2a qa
(剪力FS 的实际方向与假设方
向相反,为负剪力)
由 MC 0, 得到:
MC FAy 2a 2qa a M1 0
MC FAy 2a 2qa a M1 2qa2
F
M (x) FAY x M A
F(x L) (0 x l)
x
③根据方程画内力图
FL
x
41
§4-4 剪力方程和弯矩方程 剪力图和弯矩图
q
例题4-2
悬臂梁受均布载荷作用。
x
试写出剪力和弯矩方程,并
q
l
x
FS
M x
FS x
画出剪力图和弯矩图。
解:任选一截面x ,写出
剪力和弯矩方程
ql FS x=qx
变形特点——杆轴线由直线变为一条平面的曲线。
P
主要产生弯曲变形的杆--- 梁。
q
M
二、平面弯曲的概念:
RA
NB
3
F1
q
F2
M
纵向对称面
平面弯曲 受力特点——作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线,且都在
《材料力学》第四章 弯曲内力

ql FS = R A-qx= -qx 2 x qlx qx 2 M = R A x-qx ⋅ = - 2 2 2
M FS
F S
(3)画出FS图与M图。 画出F 图与M 剪力图为一斜直线, 剪力图为一斜直线, x=0,FS=ql/2;x=l,FS=-ql/2; ; 弯矩图为一抛物线, 弯矩图为一抛物线, 由三点来确定: 由三点来确定: x=0及x=l时,M=0; x=l/2, M=ql2/8。 。
M x = a, M = O a AC段 x=0, AC段:x=0,M=0 ; l
CB段 CB段:x=a, x=l, M= x= , M=0
MO M =- b l
试作轴的简力图和弯矩图
补例1 补例1
解
(1)求支反力。 求支反力。
1 ql 2
R A = RB =
(2)用截面法求剪力和弯矩方程。 用截面法求剪力和弯矩方程。
∑ mA = 0 ∑m
B
=0
l -m-P ⋅ + YB ⋅ l = 0 2 l -YA ⋅ l-m+P ⋅ = 0 2
YA-FSC=0 , 3 FSC=- P 2
5 P B 2 3 Y A =- P 2 Y =
m
(2)计算C截面的内力。 计算C截面的内力。
∑Y = 0 ,
P
l 13 mC=0 , YA ⋅ -m+M C=0 , M C= Pl ∑ 4 8
求反力: 解 (1)求反力:
∑ X = 0, X = 0 ∑ Y = 0, P - Y =0 ∑ m =0, m - Pa =0
C C C C
YC= P m C= Pa
(2)列弯矩和轴力方程。 列弯矩和轴力方程。 AB段 AB段:M(x)= Px, N(x)=0 , BC段 BC段:M(y)=mC=Pa, N(y)=P ,
M FS
F S
(3)画出FS图与M图。 画出F 图与M 剪力图为一斜直线, 剪力图为一斜直线, x=0,FS=ql/2;x=l,FS=-ql/2; ; 弯矩图为一抛物线, 弯矩图为一抛物线, 由三点来确定: 由三点来确定: x=0及x=l时,M=0; x=l/2, M=ql2/8。 。
M x = a, M = O a AC段 x=0, AC段:x=0,M=0 ; l
CB段 CB段:x=a, x=l, M= x= , M=0
MO M =- b l
试作轴的简力图和弯矩图
补例1 补例1
解
(1)求支反力。 求支反力。
1 ql 2
R A = RB =
(2)用截面法求剪力和弯矩方程。 用截面法求剪力和弯矩方程。
∑ mA = 0 ∑m
B
=0
l -m-P ⋅ + YB ⋅ l = 0 2 l -YA ⋅ l-m+P ⋅ = 0 2
YA-FSC=0 , 3 FSC=- P 2
5 P B 2 3 Y A =- P 2 Y =
m
(2)计算C截面的内力。 计算C截面的内力。
∑Y = 0 ,
P
l 13 mC=0 , YA ⋅ -m+M C=0 , M C= Pl ∑ 4 8
求反力: 解 (1)求反力:
∑ X = 0, X = 0 ∑ Y = 0, P - Y =0 ∑ m =0, m - Pa =0
C C C C
YC= P m C= Pa
(2)列弯矩和轴力方程。 列弯矩和轴力方程。 AB段 AB段:M(x)= Px, N(x)=0 , BC段 BC段:M(y)=mC=Pa, N(y)=P ,
材料力学——4梁的弯曲内力

21
例题1 图所示,悬臂梁受集中力F作用, 试作此梁的剪力图和弯矩图 解: 1.列剪力方程和弯矩方程
FQ ( x) F
(0<x<l ) (0≤x<l)
M ( x) Fx
2.作剪力图和弯矩图 由剪力图和弯矩图可知:
FQ M
max max
F Fl
22
例题 2简支梁受均布荷载作用,如图示, 作此梁的剪力图和弯矩图。 解:1.求约束反力 由对称关系,可得: 1 FAy FBy ql 2 2.列剪力方程和弯矩方程
Q2 Q1– Q2=P
x
x
梁的内力计算的两个规律:
(1)梁横截面上的剪力FQ,在数值上等于该截 面一侧(左侧或右侧)所有外力在与截面平行方 向投影的代数和。即:
FQ
F
yi
若外力使选取研究对象绕所求截面产生顺时针 方向转动趋势时,等式右边取正号;反之,取 负号。此规律可简化记为“顺转剪力为正”, 或“左上,右下剪力为正”。相反为负。
12
二、例题
[例1]:求图(a)所示梁1--1、2--2截面处的内力。 q 2 解:截面法求内力。 qL 1 1--1截面处截取的分离体 1 a y qL A M1 x1 Q1 图(b) 2 b 如图(b)示。
x
图(a)
Y qL Q1 0 Q1 qL
mA( Fi ) qLx1 M1 0 M1 qLx1
作梁的剪力图 FQB右=4kN/m×2m=8kN,FQD=0
34
35
27
3. 弯矩图与剪力图的关系
(1)任一截面处弯矩图切线的斜率等于该截面 上的剪力。 (2) 当FQ图为斜直线时,对应梁段的M图为二 次抛物线。当FQ图为平行于x轴的直线时,M图 为斜直线。
材料力学(刘鸿文)第四章-弯曲内力

练习:计算下列各图中特殊截面上的内力
P a q
a
P
a
a
a M=qa2
q
a a
P=2qa
练习:计算下列各图中特殊截面上的内力
q
a
2a
P=qa
a
a M=qa2
a
§4-4
剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩
一、内力方程: 任意截面处的内力表示为截面位置的函数; q x q x 例1、悬臂梁上作用均布载荷 写内力方程,并作内力图
M ( x) m Pa
x
(0 x a )
BC段:
Fs ( x) P
M ( x) m P( x a) 2 Pa Px
( a x 2a )
Fs ( x) 0
m=Pa
P
B C
M ( x) m Pa
(0 x a )
A
Fs ( x) P
弯矩图上凸;
总结3 3、梁上没有均布载荷时:
剪力的图 弯矩图
FS
Fb / l
F C
x
水平;
斜直线;
M
Fa / l
Fab / l
且剪力大于零时, 弯矩图上升; 剪力小于零时, 弯矩图下降;
x
总结4 4、集中力的作用点处
FS
Fb / l
F
C
Fa / l
剪力图 突变; 突变量 =集中力的大小; 突变的方向 弯矩图 顺集中力的方向
固定端截面处;
FS max=ql
M max=ql 2 / 2
M
ql 2 / 2
x
仔细观察内力图的特点 1885年,俄国人别斯帕罗夫开 始使用弯矩图;
材料力学-第四章弯曲应力教学

FS
x
dx
0
FS
x
dM x
dx
qx
dM 2x
dx 2
注:q(x)向上为正,反之为负。
●简易法作剪力图和弯矩图
①梁上无分布荷载作用:q(x)=0
qx dFS x 0
dx
FS x cont
剪力图斜率为零,FS(x)图为平行于x轴的直线。
dM x
B 1kN
A FAx
FB
FAy
FAx=-3kN FAy=3kN
FB=5kN
2)剪力图: 简易法 BC杆:取一点(水平线) DC杆:取两点(水平线) DA杆:取两点(斜直线)
D 3kN
C
1kN E
5kN
1kN B
3kN A
q=1kN/m 4m 3m
8kN
1m D
2m C
E
B 1kN
A FAx
A
A
ydA Sz 0 中性轴z必通过截面形心
A
横截面对z轴的静矩
My
z dA 0
A
zE
A
y dA
E
A
zydA
0
zydA I yz 0
A
截面对yz轴的惯性积
*由于y为对称轴, 上式自然满足。
M z
y dA
A
M
例5.作外伸梁的内力图
q
FA
ql 8
A
FB
5ql 8
FA
FS
B
lC
l
FB 2
ql / 2
材料力学第04章 杆件变形分析

桁架的变形通常用节点的位移(displacement)表示,现以 下图所示桁架为例,说明桁架节点位移的分析方法。
例4-2 桁架是由1、2杆组成,
通过铰链连接,在节点A承受 铅垂载荷F=40kN作用。已知
杆1为钢杆,横截面面积
A1=960mm2,弹性模量 E1=200GPa,杆2为木杆,横 截面面积A2=2.5×104mm2, 弹性模量E2=10GPa,杆2的杆 长为1m。求节点A的位移。
M (x) EI 24
d2w/dx2与弯矩的关系如图所示,坐标轴w以向上为正。由
该图可以看出,当梁段承受正弯矩时,挠曲线为凹曲线,如
图(a)所示,d2w/dx2为正。反之,当梁段承受负弯矩时, 挠曲线为凸曲线,如图(b)所示,d2w/dx2为负。可见, d2w/dx2与弯矩M的符号一致。因此上式的右端应取正号,即
于梁的高度,剪力对梁的变形影响可以忽略不计,上式仍可
用来计算横力弯曲梁弯曲后的曲率,但由于弯矩不再是常量,
上式变为
1 M (x)
(x) EI
即挠曲线上任一点处的曲率与该点处横截面上的弯矩成正比,
而与该截面的抗弯刚度(flexural rigidity)EI成反比。
23
由高等数学可知,平面曲线w=w(x)上任一点的曲率为
15
对于扭矩、横截面或剪切弹性模量沿杆轴逐段变化的圆 截面轴,其扭转变形为
n
Tili
i1 Gi I Pi
式中,Ti、li、Gi与IPi分别为轴段i的扭矩、长度、剪切弹 性模量与极惯性矩,n为杆件的总段数。
16
2.圆轴扭转的刚度条件
在圆轴设计中,除考虑其强度问题外,在许多情况下对刚 度的要求更为严格,常常对其变形有一定限制,即应该满足 相应的刚度条件。
例4-2 桁架是由1、2杆组成,
通过铰链连接,在节点A承受 铅垂载荷F=40kN作用。已知
杆1为钢杆,横截面面积
A1=960mm2,弹性模量 E1=200GPa,杆2为木杆,横 截面面积A2=2.5×104mm2, 弹性模量E2=10GPa,杆2的杆 长为1m。求节点A的位移。
M (x) EI 24
d2w/dx2与弯矩的关系如图所示,坐标轴w以向上为正。由
该图可以看出,当梁段承受正弯矩时,挠曲线为凹曲线,如
图(a)所示,d2w/dx2为正。反之,当梁段承受负弯矩时, 挠曲线为凸曲线,如图(b)所示,d2w/dx2为负。可见, d2w/dx2与弯矩M的符号一致。因此上式的右端应取正号,即
于梁的高度,剪力对梁的变形影响可以忽略不计,上式仍可
用来计算横力弯曲梁弯曲后的曲率,但由于弯矩不再是常量,
上式变为
1 M (x)
(x) EI
即挠曲线上任一点处的曲率与该点处横截面上的弯矩成正比,
而与该截面的抗弯刚度(flexural rigidity)EI成反比。
23
由高等数学可知,平面曲线w=w(x)上任一点的曲率为
15
对于扭矩、横截面或剪切弹性模量沿杆轴逐段变化的圆 截面轴,其扭转变形为
n
Tili
i1 Gi I Pi
式中,Ti、li、Gi与IPi分别为轴段i的扭矩、长度、剪切弹 性模量与极惯性矩,n为杆件的总段数。
16
2.圆轴扭转的刚度条件
在圆轴设计中,除考虑其强度问题外,在许多情况下对刚 度的要求更为严格,常常对其变形有一定限制,即应该满足 相应的刚度条件。
材料力学第四章平面弯曲

得
∫ A ydA =0
M
dA
z
y z ζdA
My
横截面对中性轴 zdA 的面积矩为零, A 中性轴过形心。 E yzdA 0
A
y
Iyz =0——梁发生平面弯曲的条件
E I E 2 ∫ AσdA· z ∫ A y dA = Mz= y = ρ ρ 1 Mz = EIz —— 梁的弯曲刚度 中性层曲率公式 EI ρ z
y
m MB=-40kN· m MD=22.5kN· B M y B截面 上部受拉、下部受压 tBmax B t max 21.4MPa Iz B yt max 100mm B M y I z 186.6 106 m 4 B B c max 38.6MPa B c max yc max 180mm Iz
max
FQ S
* z max
Izd
d FQ 4 FQ 12 4 d 3 A d 64
3
d/2
z
max
四、薄壁圆环截面梁 中性轴处:
r0
z
max 2
FQ A
max
例 如图所示一T形截面。某截面上的剪力FQ=50kN,与y 轴重合。试求腹板的最大切应力,并画出腹板上的切应力分布图。
1
* FQ S z 1
I zd
4.13MPa
例 一矩形截面外伸梁,如图所示。现自梁中1、2、 3、4点处分别取四个单元体,试画出单元体上的应力,并 写出应力的表达式。
q
1 2 h/4 4 3
z l/4 b
l/4
l
解: (1)求支座反力:
FRA
FRB
1 l/4
材料力学-第四章 弯曲内力

7 . 线是一条在该纵向对称面内的平面曲线,这种弯曲称为平面弯曲
(Internal forces in beams)
纵向对称面
F1
F2
梁的轴线
A B
FRB
FRA
梁变形后的轴线与 外力在同一平面内
8
(Internal forces in beams)
4.梁的力学模型的简化(Representing a real structure by an idealized model) (1) 梁的简化 通常取梁的轴线来代替梁。
m dx
15
+
FS
m
FS
m
-
dx
m
FS
(Internal forces in beams)
2.弯矩符号
(Sign convention for bending moment)
+
M m
M
当dx 微段的弯曲下凸(即该段的下半部 受拉 )时,横截面m-m上的弯矩为正;
m
(受拉)
当dx 微段的弯曲上凸(即该段的下半 部受压)时,横截面m-m上的弯矩为负.
12
(Internal forces in beams)
§4-2 梁的剪力和弯矩 (Shear- force and bending- moment in beams)
一、内力计算(Calculating internal force)
[举例] 已知 如图,F,a,l. 求距A端x处截面上内力. 解: 求支座反力
3
(Internal forces in beams)
§4-1 基本概念及工程 (Basic concepts and example problems)
(Internal forces in beams)
纵向对称面
F1
F2
梁的轴线
A B
FRB
FRA
梁变形后的轴线与 外力在同一平面内
8
(Internal forces in beams)
4.梁的力学模型的简化(Representing a real structure by an idealized model) (1) 梁的简化 通常取梁的轴线来代替梁。
m dx
15
+
FS
m
FS
m
-
dx
m
FS
(Internal forces in beams)
2.弯矩符号
(Sign convention for bending moment)
+
M m
M
当dx 微段的弯曲下凸(即该段的下半部 受拉 )时,横截面m-m上的弯矩为正;
m
(受拉)
当dx 微段的弯曲上凸(即该段的下半 部受压)时,横截面m-m上的弯矩为负.
12
(Internal forces in beams)
§4-2 梁的剪力和弯矩 (Shear- force and bending- moment in beams)
一、内力计算(Calculating internal force)
[举例] 已知 如图,F,a,l. 求距A端x处截面上内力. 解: 求支座反力
3
(Internal forces in beams)
§4-1 基本概念及工程 (Basic concepts and example problems)
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RAx
横截面上的内力如图。
RA
QD
x
N
MD
X0
N RAx 0
Y 0
QDRAqx8020 x
MD(F)0
M DR A xqx/2 80x10x2
13
RAx
x
RA
RC
若从D处截开,取右段。 横截面上的内力如图。
RAx
QD
RA
QD
x
N
MD
MD
RC
计算可得QD, MD的数值与取左段所得结果相同。
但从图上看,它们的方向相反。
3
§4. 2梁的简化
1 支座的几种基本形式 固定铰支座 桥梁下的固定支座,止推滚珠轴承等。
6
1 支座的几种基本形式 固定铰支座 可动铰支座
1个约束,2 个自由度。 如:桥梁下 的辊轴支座, 滚珠轴承等
7
固定端约束
FAx FAy
游泳池的跳水板支座,木桩下端的支座等。
2 载荷的简化
集中力
集中力偶
(y)dd y
d
即:纯弯曲时横截面上各点的纵向线应变沿截
面高度呈线性分布。
62
2 物理关系
因为纵向纤维只受拉或压,当应力小于比例极
限时,由胡克定律有:
E
E y
即:纯弯曲时横截面上任一点的正
应力与它到中性轴的距离y成正比。
也即,正应力沿截面高度呈线性分布。
3 静力关系
63
3 静力关系
对横截面上的内力系,有:
方程,并作剪力图和
弯矩图。
解:(1) 求支反力
RA
Pb l
,
RB
Pa l
(2) 求剪力方程和弯矩方程
需分段求解。分为两段:AC和CB段。
AC段 取x截面,左段受力如图。
18
(2) 求剪力方程和弯矩方程
需分段求解。
分为两段:AC和CB段。
x
AC段
取x截面,左段受力如图。
由平衡方程,可得:
Q
Q(x) Pb l
RA
1 2
ql
Pb l
1 Pa
RB
q 2
l
l
RA1
若梁分别受到这两种载
荷的作用:
RA2
RB RB1 RB522
约束反力
1 Pb
RA
ql 2
l
RA
1 Pa
RB
q 2
l
l
若梁分别受到这两种载
荷的作用:
RA1
1 2
ql,
RA1
1 RB1 2 ql
RA2
Pb , l
RB2
Pa l
RA2
RB RB1 RB523
Q(x)dxq(x)dxdx0
2
略去高阶微量
dM(x) Q(x)dx 0
dM(x) Q(x) dx
还可有:
d2 M(x) dx2
q(x)
34
q(x)、Q(x)和M(x)间的微分关系
dQ(x) q(x) dx
上次例 3
dM(x) Q(x) dx
d2 M(x) dx2
q(x)
由微分关系可得以下
结论
35
Q(x)P3kN (0x0.6m)
M(x)Px3x (0x0.6m) 27
CA段
取x截面,左
段受力如图。
x
由平衡方程,
可得: Q(x)3kN
(0x0.6m)
M(x)3x
(0x0.6m)
AD段 取x截面,左段受力如图。
由平衡方程,可得:
Q(x)RAP 7 kN
(0.6x1.2m)
M(x)PxRA(x0.6) 7x6
(0xa)
M
M(x) Pbx
(0xa)
l
CB段 取x截面,
19
CB段 取x截面, 左段受力如图。 由平衡方程,可得:
Q(x) Pa (axl) l
M(x)Pa(lx) l (axl)
(3) 画剪力图和弯矩图
x
Q
x
M
20
(3) 画剪力图和 弯矩图
Q(x) Pb (0xa) l
Q(x) Pa (axl)
l
M(x) Pbx (0xa) l
M(x)Pa(lx) l (axl)
21
例3
已知:悬臂梁如图。
求:剪力方程,弯
矩方程,并作剪力
图和弯矩图。
解:(1) 求支反力
RA ql,
MA
1 2
ql2
(2) 求剪力方程和弯矩方程 Nhomakorabea为使计算简单,取x截面,右段受力如图。
22
(2) 求剪力方程和 弯矩方程
为使计算简单, 取x截面,右段 受力如图。
横截面上只有正应 力而无切应力。 纯弯曲的变形特征
57
纯弯曲的变形特征
58
纯弯曲的变形特征 基本假设1: 平面假设 变形前为平面的横截 面变形后仍为平面, 且仍垂直于梁的轴线。 基本假设2: 纵向纤维无挤压假设 纵向纤维间无正应力。 中性层与中性轴
59
中性层与中性轴
60
一 纯弯曲时横截面的正应力
集中力偶为逆 时针时,向下 跳(从左向右 看); 顺时针时, 向上跳(从 左向右看). 上次例 4
40
根据微分关系作剪力图和弯矩图 (1) 求支反力; (2) 建立坐标系(一般以梁的左端点为原点); (3) 分段 确定控制面; (4) 求出控制面上的Q、M值; (5) 根据微分关系连线,作出剪力图和弯矩图。
分布载荷
8
作用在梁上的载荷形式
分布荷载
集中力
Me
均匀分布荷载
集中力偶
3 静定梁的基本形式 主要研究等直梁。 简支梁
外伸梁
悬臂梁
10
§4. 3 平面弯曲时梁的内力
下面求解梁弯曲时的内力。
例子
已知:q = 20 RAx
kN/m, 尺寸
x
如图。
RAy
RC
求:D截面处的内力。
解:求内力的方法——截面法。建立x坐标如图。
解:(1) 求支反力 RD 0, MDqa2
(2) 坐标系
(3) 确定控制面 (4) 计算控制面的Q和M
B处: Qqa, Mqa2/2
MDx
RD
44
(4) 计算控制 面的Q和M
B处: Qqa,
Mqa2 /2
D处:
Q 0,
M qa2
(5) 连线
qa
MDx
RD
x
45
(4) 计算控制 面的Q和M
32
考察dx微段的受力与 平衡
Y 0
C
Q( x) q(x)dx
[Q(x)dQ(x)] 0
q(x)dxdQ (x)0
dQ(x) q(x)
dx
MC(F)0
M(x) [M (x)dM (x)]Q(x)dxq(x)dxdx 0
2
33
dQ(x) q(x) dx
MC(F)0
C
M(x) [M (x)dM (x)]
1 变形几何关系
取坐标系如图,z轴为中性轴;
y轴为对称轴。
为求出距中性层 y处的应变,
取长dx的梁段研究:
纵向线bb变形后
的长度为:
bb(y)d
纵向线bb变形前的长度
中性层长度不变, 所以有:
61
纵向线bb变形后
的长度为:
bb(y)d
bb变形前的长度
中性层长度不变, 所以
bbOOOO d
纵向线bb的应变为
41
已知:简支梁
如图。
A
B
求:利用微分
关系作剪力图
和弯矩图。 解:
qa QQ
(1) 求支反力
2
(2) 坐标系
(3) 确定控制面
qa / 2
(4) 计算控制面的Q和M (5) 连线
C x
qa 2
x
42
作弯矩图
1 qa 2 8
1 qa 2 8
43
已知:悬臂梁 如图。
求:利用微分 关系作剪力图 和弯矩图。
NAdA
My
zdA
A
Mz
My
N
Mz
ydA
A
由梁段的平衡有: X0 N0
my 0 My 0
mz 0 Mz M
64
对横截面上的内力系,有:
NAdA
My
zdA
A
Mz
ydA
A
由梁段的平衡有: N 0, My 0, Mz M
38
(4) 在集中力作用点: 剪力图有突变,突变值 即为集中力的数值,突 变的方向沿着集中力的 方向(从左向右观察); 弯矩图在该处为折点。
上次例 2
(5) 在集中力偶作用点: 对剪力图形状无影响; 弯矩图有突变,突变值 即为集中力偶的数值。
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(5) 在集中力偶作用点: 对剪力图形状无影响; 弯矩图有突变,突变值即为集中力偶的数值。
(1) 求支座反力 取整体,受力如图。
X0
RAx 0
11
RAx
RA
(1) 求支座反力
x
RC
取整体,受力如图。
X0
RAx 0
MC(F)0
RA 80kN
Y 0
RC 40kN
(2) 求D截面内力
RAx
从D处截开,取左段。
x
横截面上的内力如图。
RA
QD N
MD 12
(2) 求D截面内力
从D处截开,取左段。
弯矩图。
25
例4 已知:外伸梁如图。 求:剪力方程,弯矩方程,并作剪力图和弯矩图.