理论力学平面一般力系
清华大学 李俊峰教授 理论力学 第三章平面力系_

。由平衡方程
解得 kN
解得 kN
再取梁 ,受力如图(c)。由平衡方程
解得 由
解得
kN
此题也可在求得 和 后,再取整体为研究对象,求 和 。 例 3-7 图 3-18(a)所示的三铰拱桥由两部分组成,彼此用铰链 联结,再用铰链 和
固结在两岸桥墩上。每一部分的重量
,其重心分别在点 和 E 点。桥上载荷
。求 、 、 三处的约束力。 解:取整体为研究对象,受力如图(b)。由平衡方程
解得
kN,
kN
再取右半桥为研究对象,受力如图(c)所示。由平衡方程
解得 再由整体平衡,有
kN,
kN,
kN(↓)
解得 kN
例 3-8 曲柄冲压机由冲头、连杆、曲柄和飞轮所组成(图 3-19(a))。设曲柄
在水平位置
时系统平衡,冲头 所受的工件阻力为 。求作用于曲柄上的力偶的矩 和轴承的约束力。
的力偶,如图(c)所示。
2. 力系的主矢和主矩 (1)主矢 力系中各力的矢量和称为力系的主矢量,简称主矢,即
它与简化中心位置无关。
(3-1)
(2)主矩 力系中各力对简化中心 之矩的代数和称为力系对简化中心的主矩,
即
理论力学2.2、平面任意力系的合成与平衡

m F1 OA F2 OB F1 ( OA OB ) F1 AB
3
力 线 作用在刚体上的力可以离开其作用线而平 平 行移动到刚体上任意位置处,但必须对刚体 移 附加一个力偶,附加力偶的力偶矩等于原力 定 对平移后所得新力作用点的力矩。 理
求细绳的拉力和A、B两处的支持力。
解、研究对象:AB,受力 如图所示,则有:
Fix Fiy mD
0 0
(Fi )
0
FB FD G FA c
FA
os
sin 0
FB
BD
G
AB 2
0 sin
FA
AD
0
FA 115.5(N) FB 72.2(N ) FD 129.9(N) 12
例2.2-6、匀质细杆AB长度为L,重量为mg,静 止在半径为r的光滑半圆槽内(图2.2-17),
L=3r;求AB杆与水平线之间的夹角
解、研究对象:AB杆,受力如 图所示,则有:
Fix 0 Fiy 0 mO (Fi ) 0
FB FB
cos(2 ) FD sin sin(2 ) FD cos
d mO 2402 3.39(m) FR 709 .5
xE
d
sin
3.39 sin 70.8
3.59(m)
y yE tan 70.8 (x xE ) y 2.87x 10.31 0
10
课堂练习题(图示):
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。
平面一般力系向一点的简化

平面力系\平面一般力系向一点简化
平面一般力系向一点的简化
如果作用于物体上各力的作用线都在同一平面内,但各力的作 用线不汇交于一点,也不都组成力偶,则这种力系称为平面一般力 系。平面一般力系是工程中最常见的力系。
例如图示屋架,受到屋面自重和积雪等重力荷载W、风力F以 及支座反力FAx、FAy、FB的作用,这些力的作用线在同一平面内, 组成一个平面一般力系。
MO MOi F 3m W1 1.5m W2 1m 450 kN m
负号表示主矩MO顺时针转向。
目录
平面力系\平面一般力系向一点简化
根据力的平移定理,本问题 中主矢F'R与主矩MO还可进一步 简化为一个合力FR,其大小、方 向与主矢F'R相同。设合力FR的 作用线与x轴的交点B到O点的距 离为d1,由合力矩定理,有
目录
平面力系\平面一般力系向一点简化
将式 FR F F 向坐标轴投影,得
FRx X FRy Y
即主矢在某轴上的投影等于力系中各力在同轴上投影的代数和。
求得主矢在坐标轴上的投影后,可得主矢的大小及方向分别为
FR
X
2
Y
2
tan Y
X
式中: ——F‘R与x轴正向的夹角。
至于主矩可直接利用 M O M O1 M O 2 M O n M O F
(2)力系可简化为一个合力 当 FR 0, M O 0 时,力系与一个力等效,即力系可简化为一 个合力。合力等于主矢,合力的作用线通过简化中心。
当 FR 0, M O 0 时,根据力的平移定理逆过程,可将FR 和 MO简化为一个合力FR。合力的大小、方向与主矢相同,合力的作 用线不通过简化中心。
MO1=MO(F1)、MO2=MO(F2)、…、MOn=MO(Fn)
理论力学 第三章 平面力系

FBl cos M 0
得
M 20 k N m FB 4.62 kN l cos 5 m cos 30
FA FB 4.62kN
故
目录
第三章 平面力系\力的平移定理
3.3 力的平移定理
作用于刚体上的力,可平行移动到刚体内任一指定点,但必须 在该力与指定点所决定的平面内同时附加一力偶,此附加力偶的矩 等于原力对指定点之矩。 平面一般力系向一点简化的理论基础是力的平移定理。
设平面汇交力系F1、F2、…、Fn中各力在x、y轴上的投影分 别为Xi、Yi,合力FR在x、y轴上的投影分别为XR、YR,利用公式
F Fx Fy Xi Yj
分别计算式FR=F1+F2+…+Fn=ΣF 等号的左边和右边,可得 FR = XR i+YR j 以及 F1+F2+…+Fn=(X1i+Y1j)+(X2i+Y2j)+…+(Xni+Ynj) =(X1+X2+…+Xn)i+(Y1+Y2+…+Yn)j 比较后得到 X R X1 X 2 X n X YR Y1 Y2 Yn Y 目录
返回
第三章 平面力系
如图(a)所示水坝,通常取单位长度坝段进行受力分析,并将坝 段所受的力简化为作用于坝段中央平面内的一个平面力系[图(b)]。
返回
第三章 平面力系
第三章 平面力系
3.1 平面汇交力系的合成与平衡 3.2 平面力偶系的合成与平衡 3.3 力的平移定理 3.4 平面一般力系向一点简化 3.5 平面一般力系的平衡方程及其应用
第三章 平面力系\平面力偶系的合成与平衡
理论力学第2章答案

2 平面力系(3)一、是非题1、 平面力系的主矢量是力系的合力。
(×)2、 平面力系的力多边形不封闭,则该力系对任意一点的主矩都不可能为零。
(×)3、 当平面一般力系向某点简化为力偶时,如果向另一点简化其结果相同。
(√)4、 首尾相接构成一封闭力多边形的平面力系是平衡力系。
(×)5、 若一平面力系对某点主矩为零,且主矢亦为零,则该力系为一平衡力系。
(√)6、 作用在刚体上的一个力,可以从原来的作用位置平行移动到该刚体内任意指定点,但必须附加一个力偶,附加力偶的矩等于原力对指定点的矩。
(√)7、平面力系向某点简化之主矢为零,主矩不为零。
则此力系可合成为一个合力偶,且此力系向任一点简化之主矩与简化中心的位置无关。
(√)8、若平面力系对一点的主矩为零,则此力系不可能合成为一个合力。
(×)二、填空题1、0,902、10kN , →3、10kN ,←4、题目误,应在C 加支座。
5、2P ,↑6、R=10kN ,方向与AB 平行,d=2m三、A 点是固定端约束,有约束反力偶(设为逆时针方向)。
解:1) 选AB 研究,画受力图。
分布载荷的大小 q m *4/2,作用点距A 点4/3处。
2) 建坐标系,列解平衡方程优先用对A 点的力矩平衡方程,F 对A 点的力矩用合力矩定理。
kNm12 M 03)45sin -(F 4)45cos (F -M M 34)2q 4(0)F (ΣM A A m i A ==︒︒++⋅-= 066F 0)2126(3F 0F Ax Ax xi ===⋅+=--)24(∑ kN 6F 02126F 0F Ay Ay yi ==-= )( ∑ Ax F Ay F A M。
理论力学 第二章
扭矩扳手
2-3 平面力对点之矩的概念及计算
一、力对点的矩(力矩) 力对点的矩(力矩)
M O ( F ) = ± F ⋅ d ,单位N•m或KN•m 单位N KN•
→
→
① ②
是代数量。 M O ( F ) 是代数量。
M O ( F ) 正负判定: 正负判定:
→
→
M O (F ) (F
+
→ →
-
③ 当F=0或d=0时, O (F ) =0。 =0或 =0时 M =0。 点O为矩心,d为力臂。 为矩心, 为力臂。 角 形面积,或是矢量积的模。 面积,或是矢量积的模。 ④ M O (F ) = ± 2⊿AOB= r × F 2⊿AOB= 力对点0矩的大小等于2 力对点0矩的大小等于2倍三
Fx = X i , F y = Y j
F = X +Y
2 2
→
→ →
→
X cos α = F
Y cos β = F
2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
区分力沿轴的分力和力在两轴上的投影: 区分力沿轴的分力和力在两轴上的投影: 力沿轴的分力和力在两轴上的投影 • 分力是矢量,投影是代 分力是矢量, 数量,二者性质不同。 数量,二者性质不同。 • 在直角坐标系中,投影 在直角坐标系中, 的大小与分力的大小相 但在斜角坐标系中, 同,但在斜角坐标系中, 二者不等。 二者不等。
∑F = 0 ix
− FBA + F cos60 − F2 cos30 = 0 1
o o
∑F =0 iy
FBC − F cos30 − F cos60 = 0 1 2
o o
F = F2 = P 1
解得: FC = 27 32kN 解得: B .
理论力学5平面任意力系
P
1m
q
C
2m
A
2m
B
43
P
1m
q
C
XA
2m
A
YA
2m
XB
B
YB
解: ( 1 ) 取整体为研究对象,画受力图.
44
P
1m
q
C
XA
2m
A
2m
XB
B
YA
MA( F ) = 0
YB
- 4 × 3 × 1.5 - 20 × 3 + 4 YB = 0
YB = 19.5 kN
45
P
1m
q
C
XA
2m
2m
A
FR 0, M O (F ) 0
(一)基本平衡方程
Fx = 0 Fy = 0 Mo ( F ) = 0
(一力矩式)
能解 3 个未知量
16
(二)平面任意力系平衡方程旳其他形式
(1) 二力矩式
MA ( Fi ) = 0 MB ( Fi ) = 0 Fx = 0
投影轴 x 不能与矩心 A 和 B 旳连线垂直.
a
G3 A
C
e G1 L G2
B
NA
b
NB
1、满载时,当重物距离右轨最远时,易右翻。 当起重机平衡 m B( F ) = 0 - G1 ·e - G2 ·L - NA ·b+ G3 ·(a+ b) = 0
NA = [ - G1 ·e - G2 ·L + G3 ·( a+ b)] / b
33
a
G3 A
XA = 14.14 kN
Fy = 0
YA
理论力学第2章平面任意力系
空载时轨道A 、 B的约束反力,并问此起重机在使用过程中有无翻
倒的危险。
解:
(1)起重机受力图如图
(2)列平衡方程 :
MA 0:
Q
Q(6 2) RB 4 W 2 P(12 2) 0
MB 0:
Q(6 2) W 2 P(12 2) RA 4 0
6m
解方程得:
W
P
12m
RA 170 2.5P
FR' Fi Fxi Fy j
MO MO (Fi )
3. 平面任意力系的简化结果
(1)FR´= 0,Mo ≠ 0, (2)FR´ ≠ 0,Mo = 0, (3)FR´≠ 0,Mo ≠ 0, (4)FR´= 0,Mo = 0,
合力偶,合力偶矩,MO MO (Fi )
合力,合力作用线通过简化中心O。
3
F2
j
F3
x
(437.6)2 (161.6)2
F1
1 1
100
Oi
1 2
466.5N
200
MO 21.44N m
y
合力及其与原点O的距离如图(c) 。 MO
x
y
d
x
O
FR FR′ 466.5N FR´
FR
O
d MO 45.96mm
(b)
(c)
FR
10
例11 水平梁AB受按三角形分布的载荷作用,如图示。载荷的
M
l
l
30
B
D
° F
3l
P
q
A
21
解:T字形刚架ABD的受力如图所示。
M
l
l
Fx 0
30
B
FAx 1 • q • 3a Fcos30 0
理论力学全套解疑04
第四章 平面一般力系题4-1 如将平面一般力系(F 1,F 2,…,F n )分别向其作用面内的A 、B 两点简化,分别得力R A 、力偶M A 和力R B ,力偶M B ,如题4-1图(a)所示。
R A 、R B 、M A 、M B 之间有什么关系?题4-1图解 答 平面一般力系向平面内的任一点简化,一般都得一力和一力偶,力的力矢,即力系的主矢R = ΣF 。
力系向不同点简化所得的力的力矢相同,均等于ΣF ,因此力系的主矢与简化点无关即R A = R B 。
平面一般力系向平面内任一点简化所得的力偶的力偶矩等于原力系的各力对简化中心之矩的代数和,即,称为力系对O 点的主矩。
这个量与矩心的位置有关。
力系向不同点简化所得的力偶的力偶矩不同,即M )(F O O m M ∑=A ≠M B 。
由于力系的简化是力系的等效变换,即力系(F 1,F 2,…,F n ) = (R A ,M A ) = (R B ,M B )。
所以M A 与M B 之间有一定关系,其关系为M B = M A + m B (R A )。
这个关系式可证明如下。
将作用于A 点的力R A 和力偶M A 向B 点简化,由力的平移定理可知,当R A 由A 点平移至B 点时,得一作用于B 点的力R B (R B = R A = ΣF )和一附加力偶,共力偶矩m B = m B (R A )。
再将力偶M A 移到B 点,如题4-1图(b)所示。
力偶M A 和m B (R A )进一步合成一力偶M B ,得M B = M A + M B (R A )。
证毕。
题4-2 设平面一般力系向平面内某一点简化得一合力,如果选择另外的点为简化中心,此力系能否简化为一力偶?解 答 如果平面一般力系向某点简化得一合力,即表明原力系与此合力等效。
如果力系选择另外的点为简化中心,若能简化为一力偶的话,则又表明力系与此力偶等效,因此力系的合力也应与力偶等效。
事实上,一个力是不能与一个力偶等效的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
C
F‘4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱF4
F1 F3
B
F5
FB
11
2-6 平面简单桁架的内力分析
节点法-----零力杆件的判断??
两杆件节点,节点上无载荷、且两
1
杆不在一条直线上时,该两杆是零
力杆。
2
两杆件节点,两杆不在一条直线
上,力沿一杆的方位,则另一杆
2
为零杆。
三杆件节点,节点上无载荷其中 两杆在一条直线上,另一杆必为 2 零力杆。
FB
A
30° 2
30° B D5
A 30°
FAx 2
D5
B
2m
F 2m
F
取整体为研究对象求出支座约束力(可有、可无) 取包含两个未知杆件内力的节点 画受力图,并求解.
重复 10
2-6 平面简单桁架的内力分析
C
FAy 1
4 3
FB
A 30°
B
FAx 2
D5
F
大小相等的关系
注意:1设为拉力 2 负值代入
截面法-----例题
图示平面静定桁架,各杆长度均为1m,在节点E,G,
F上分别作用荷载FE=10 kN, FG=7 kN, FF=5 kN。
试求杆1、2、3的内力。
C1 D
F FF
C1 D
F FF
2
2
A
3
B
A
3
E
G
B FAx FAy
E
FE
G
FG
FNB
FE
FG
取整体求出支座约束力(可有、可无)
16
2-6平面简单桁架的内力分析
求解. ❖ 重复
❖ 列表表示
❖ 注意: 所有杆件受力均设为拉力;
❖
支座约束力正确;
❖
负值的力学意义以及负值的代入
❖
9
2-6 平面简单桁架的内力分析
例题1 平面静定桁架的尺寸和支座如图,在节点D处 受一集中荷载F = 10 kN的作用。
静定桁架?? 试求桁架各杆件所受的内力
C
C
1
4 3
FAy 1
4 3
2-6 平面简单桁架的内力分析
问题一 平面桁架的有关概念 问题二 平面简单桁架的内力计算的两种方法 关键词 桁架 节点 截面
1
工程中的桁架结构
2
工程中的桁架结构
3
工程中的桁架结构 4
工 程 中 的 桁 架
5
2-6 平面简单桁架的内力分析
❖ 一概念 ❖ 1 桁架
❖ 2 平面桁架
❖ 3 节点
❖ ❖ ❖ ❖
截面法--例题 C 1 D
F FF
截
A
FAx FAy
2
3
E
G
FE
FG
B
代----拉力
FNB
平
C F1 FAy
D 如何列平衡方程??
F2
如果仅仅求2杆的力
A
FAx E F3 FE
如何列平衡方程?
各杆长度均为1m,
荷载FE=10 kN, FG=7 kN, FF=5 kN。
17
2-6平面简单桁架的内力分析
平面静定桁架内力的计算方法--截面法
❖2)截面法---用一个假想的平面 ❖在要求桁架内力处
原理---
将桁架截断,显现并求出内力的方法
解题参考 ❖取整体为研究对象 求出支座约束力(可有、可无)
截 位置 数目 (保留其中一部分)
❖代----??拉力
平----建立保留部分的平衡方程
15
2-6 平面简单桁架的内力分析
7
2-6 平面简单桁架的内力分析 二 内力计算
2 平面静定桁架的组成原理
s 2n 3 平面静定桁架的杆件数目 与节点数目之间的关系
3 平面静定桁架内力的计算方法
(1)节点法---
1) 原理
8
2-6平面简单桁架的内力分析
3 平面静定桁架内力的计算方法---节点法
❖ 解题参考 ❖ 取整体求出支座约束力(可有、可无) ❖ 取包含两个未知杆件内力的节点, ??画受力图,并
思考题:求下列各桁架指定杆件的内力。 P
P
18
节点
6
2-6 平面简单桁架的内力分析
二 内力计算 为什么要计算内力?
思考桁架中的杆件经过 上述假设后的受力特点?
如何计算?
1 简化
(1) 桁架的杆件都是直杆;
(2) 杆件用光滑铰链连接;
(3) 桁架所受的力都作用到节点上且在桁架平面内; (4) 桁架杆件的重量略去不计,或平均分配在杆件两端
的节点上。
1
F
1 3
12
零力杆件受力为零,可以去掉吗??
F
不可以!!
E
D
C B
A
6
8
7
F
1 35
9 11 12
24
10 13
F
两杆件节点
三杆件节点
13
2-6 平面简单桁架的内力分析
3 平面静定桁架内力的计算方法--截面法
❖节点法的优缺点
C1 D
F FF
2
A
3
B
E
G
FE
FG
14
2-6 平面简单桁架的内力分析