平面任意力系知识题
第3章 平面任意力系习题
一.是非题（对画√，错画×）
1.平面任意力系的主矢0∑='=n
1i i R F F =时，则力系一定简化一个力偶。
（ ） 2.平面任意力系中只要主矢0∑≠'=n
1
i i R F F =，力系总可以简化为一个力。
（ ） 3.平面任意力系中主矢的大小与简化中心的位置有关。
（ ） 4.平面任意力系中主矩的大小与简化中心的位置无关。
（ ） 5.作用在刚体上的力可以任意移动，不需要附加任何条件。
（ ）
6.作用在刚体上任意力系若力的多边形自行封闭，则该力系一定平衡。
（ ）
7.平面任意力系向任意点简化的结果相同，则该力系一定平衡。
（ ）
8.求平面任意力系的平衡时，每选一次研究对象，平衡方程的数目不受限制。
（ ） 9.桁架中的杆是二力杆。
（ ）
10.静滑动摩擦力F 应是一个范围值。
（ ） 二.填空题（把正确的答案写在横线上） 11.平面平行力系的平衡方程0)(0
)(i i ==∑∑==F F n
1
i B
n
1i A M
M ，
其限制条件 。
12.题3-12图平面力系，已知：F 1=F 2=F 3=F 4=F ,M=Fa ，a 为三角形边长，如以A 为简化中心，则最后的结果其大小 ，方向 。
13.平面任意力系向任意点简化除了简化中心以外，力系向 简化其主矩不变。
14.平面任意力系三种形式的平衡方程： 、 、 。
15.判断桁架的零力杆。
题3-13a 图 、题3-13b 图 。
3
F 4
题3-12图
题3-13图
(a)
(b)
三.简答题
16.平面汇交力系向汇交点以外一点简化，其结果如何？（可能是一个力？可能是一个力偶？或者是一个力和一个力偶？）
17.平面力系向任意点简化的结果相同，则此力系的最终结果是什么？
题3-21图
'
题3-22图(2)
(1)
C
5KN
18.为什么平面汇交力系的平衡方程可以取两个力矩方程或者是一个投影方程和一个力矩方程？矩心和投影轴的选择有什么条件？
19.如何理解桁架求解的两个方法？其平衡方程如何选取？
20.摩擦角与摩擦因数的关系是什么？在有摩擦的平衡问题时应如何求解？
4.计算题
21.已知F1=150N，F2=200N，F3=300N，N
200
='
=F
F，求力系向点O简化的结果，合力的大小及到原点O的距离。
22.求图示各物体的支座约束力，长度单位为m。
23.图示行走式起重机，重为P=500kN，其重心到右轨的距离为1.5m，起重机起重的重量为P1=250kN，到右轨的距离为10m，跑车自重不计，使跑车满载和空载起重机不至于翻倒，求平衡锤的最小重量为P2以及平衡锤到左轨的最大距离x。
24.水平梁AB由铰链A和杆BC支持，如图所示。
在梁的D处用销子安装半径为r=0.1m 的滑轮。
有一跨过滑轮的绳子，其一端水平地系在墙上，另一端悬挂有重为P=1800N的重物。
如AD=0.2m，BD=0.4m，ϕ=45°，且不计梁、滑轮和绳子的自重。
求固定铰支座A和杆BC的约束力。
题3-24图
25.求图示多跨静定梁的支座约束力。
题3-25图
(a)
q
(b)
26.求图示的三铰拱式屋架拉杆AB 及中间C 铰所受的力，屋架所受的力及几何尺寸如图所示，屋架自重不计。
题3-26图
3-27.均质杆AB 重为P 1，一端用铰链
A 支与墙面上，并用滚动支座C 维持平衡，另一端又与重为P 2的均质杆BD 铰接，杆BD
靠与光滑的台阶E 上，且倾角为α，设AB AC 32=,BD BE 3
2
=。
试求A 、C 和E 三处的约
束力。
题3-27图
28.图示的组合梁由AC 和CD 铰接而成，起重机放在梁上，已知梁重为P 1=50kN ，
重心在铅直线EC 上，起重荷载为P =10kN ，不计梁的自重，试求支座A 、D 处的约束力。
29.构架由杆AB 、AC 和DF 铰接而成，如图所示。
在杆DEF 上作用一力偶矩为M 的力偶，不计各杆的自重。
试求杆AB 上的铰链A 、D 、B 处所受的力。
题3-28图
题3-29图
30.构架由杆ACE 、DEF 、BCD 铰接而成的，所受的力及几何尺寸如图所示，各杆的自重不计，试求杆BCD 在铰链C 处给杆ACE 的力。
题3-30图
31.如图所示的构架，起吊重物的重为1200N ，细绳跨过滑轮水平系于墙面上，不计滑轮和杆的自重，几何尺寸如图，试求支座A 、B 处的约束力，杆BC 的内力。
题3-31
图
B
C
3-32.三铰拱结构受力及几何尺
寸如图所示，试求支座A 、B 处的约束力。
题3-32图
20kN/m
(a)
(b)
33.平面桁架荷载及尺寸如图所示，试求桁架中各杆的内力。
题3-33图
(a)
(b)
34.平面桁架受力如图所示，ABC 为等边三角形，且AD=DB 。
试求杆CD 的内力。
题3-34图
35.平面桁架受力如图所示，试求1、2、3杆的内力。
题3-35图
1
36.图示桁架中受力及尺寸如图所示，求1、2、3杆的内力。
37.尖劈起重装置尺寸如图所示，A 的顶角为α，物快B 受力F 1的作用，物快A 、B 间的摩擦因数为f （由滚珠处的摩擦忽略不计），物快A 、B 的自重不计，试求使系统保持平衡的力F 2的范围。
题3-37
图
题3-36图。
理论力学 平面任意力系例题
60
l
l
F
B
F
D
60
l
l D M
M
B
3l
G
F1
l MA
G FAy
x A FAx
17
A
q
例题
平面任意力系
2. 按图示坐标，列写平衡方程。
F
60
例 题 5
y l l D M
F F
x
0,
B
FAx F1 F sin 60 0
y
0,
FAy G F cos 60 0
M作用，梁的跨度为l，求固定端的约束力。
F
45
q
A l
M
B
14
例题
平面任意力系
q
A y
例 题 4
2. 列平衡方程
M
45
F
解： 1. 取梁为研究对象，受力分析如图
B
l
Fx 0,
Fy 0,
FAx F cos 45 0
FAy ql F sin 45 0
q FAx
力系对O点的主矩为
MO
O
主矢FR在第四象限内，与x轴的夹角为 –70.84o。M
O
M F
O
FRx
70.84
A
F1 3 m G1 1.5 m G2 3.9 m 2 355 kN m
FRy
FR
7
例题
平面任意力系
2. 求合力与基线OA的交点到O点的距离 x。 合力FR的大小和方向与主矢FR相同。 合力作用线位置由合力矩定理求得。
平面任意力系习题及答案
平面任意力系习题及答案平面任意力系习题及答案力学是物理学的一个重要分支，研究物体受力的作用和运动规律。
平面任意力系是力学中的一个重要概念，它涉及到多个力在平面内的作用和平衡问题。
在本文中，我们将探讨一些关于平面任意力系的习题，并提供相应的答案。
1. 问题描述：一个物体受到三个力的作用，力的大小和方向分别为F1=10N，θ1=30°；F2=15N，θ2=120°；F3=8N，θ3=210°。
求物体所受合力的大小和方向。
解答：首先，我们需要将力的分量计算出来。
根据三角函数的定义，我们可以得到F1x=F1*cosθ1=10*cos30°=8.66N，F1y=F1*sinθ1=10*sin30°=5N；F2x=F2*cosθ2=15*cos120°=-7.5N，F2y=F2*sinθ2=15*sin120°=12.99N；F3x=F3*cosθ3=8*cos210°=-6.93N，F3y=F3*sinθ3=8*sin210°=-4N。
然后，我们将分量相加，得到合力的分量。
Fx=F1x+F2x+F3x=8.66N-7.5N-6.93N=-5.77N，Fy=F1y+F2y+F3y=5N+12.99N-4N=13.99N。
最后，我们可以利用勾股定理计算合力的大小和方向。
合力的大小为F=sqrt(Fx^2+Fy^2)=sqrt((-5.77N)^2+(13.99N)^2)=15.16N，合力的方向为θ=arctan(Fy/Fx)=arctan(13.99N/-5.77N)=-68.6°。
因此，物体所受合力的大小为15.16N，方向为-68.6°。
2. 问题描述：一个物体受到四个力的作用，力的大小和方向分别为F1=8N，θ1=30°；F2=12N，θ2=120°；F3=10N，θ3=210°；F4=6N，θ4=300°。
平面任意力系
第三章平 面 任 意 力 系1．平面力系向点1简化时，主矢R F '=0，主矩 M 1≠0，如将该力系向另一点2简化，则（ ）。
① RF '≠0，M 2≠M 1 ② R F '=0，M 2≠M 1 ③ RF '≠0，M 2=M 1 ④ R F '=0，M 2=M 1 正确答案：④2．关于平面力系的主矢与主矩，下列表述正确的是（ ）。
① 主矢的大小、方向与简化中心的选择无关② 主矩的大小、转向一定与简化中心的选择有关③ 当平面力系对某点的主矩为零时，该力系向任何一点简化的结果为一合力④ 当平面力系对某点的主矩不为零时，该力系向任何一点简化的结果均不可能为一合力 正确答案：①3．关于平面力系与其平衡方程，下列表述正确的是（ ）。
① 任何平面力系都具有三个独立的平衡方程② 任何平面力系只能列出三个平衡方程③ 在平面力系的平衡方程的基本形式中，两个投影轴必须互相垂直④ 平面力系如果平衡，则该力系在任意选取的投影轴上投影的代数和必为零 正确答案：④4．平面内一非平衡共点力系和一非平衡共点力偶系最后可能合成的情况是（ ）。
① 一合力偶 ② 一合力③ 相平衡 ④ 无法进一步合成正确答案：②5．某平面平行力系诸力与y 轴平行，如图所示。
已知：F 1=10N ，F 2=4N ，F 3=8N ，F 4=8N ，F 5=10N ，长度单位以cm 计，则力系的简化结果与简化中心的位置（ ）。
① 无关 ② 有关③ 若简化中心选择在x 轴上，与简化中心的位置无关④ 若简化中心选择在y 轴上，与简化中心的位置无关正确答案：①6．图示皮带轮半径为R ，皮带拉力分别为T 1和T 2（二力的大小不变），若皮带的包角为α，则皮带使皮带轮转动的力矩（ ）。
① 包角α越大，转动力矩越大② 包角α越大，转动力矩越小③ 包角α越小，转动力矩越大④ 包角α变大或变小，转动力矩不变正确答案：④7．已知F、F2、F3、F4为作用于刚体上的平面共点力系，其力矢关系如图所示为平行四边形，因此可知（）。
平面任意力系习题
A
a
D
E
F
a
4m
B
1E
B
C
A
F
G
D
ll
6
6
a
a
题 3-28图
题3-29图
3-30.构架由杆 ACE 、DEF 、BCD 铰接而成的， 所受的力及几何尺寸如图所示，各杆的
自重不计，试求杆 BCD 在铰链 C 处给杆 ACE 的力。
D
A b
E a
C a
B
b
b
题 3-30图
3-31.如图所示的构架，起吊重物的重为 滑轮和杆的自重，几何尺寸如图，试求支座
B1
2
A
α
题 3-37图
4F 4F
F
3
a
1
F
2
a
a
a
a
a
题 3-36 图
（）
3-9.桁架中的杆是二力杆。 （ ）
3-10.静滑动摩擦力 F 应是一个范围值。 （ ）
2. 填空题（把正确的答案写在横线上）
3-11.平面平行力系的平衡方程
n
n
M A (Fi ) 0
M B(Fi ) 0 ，
i1
i1
其限制条件
。
3-12. 题 3-12 图平面力系，已知： F1=F 2=F 3=F 4=F , M=Fa ， a 为三角形边长，如以 A
C
A
l /2
l /2
l/6 B
题3-26图
3-27.均质杆 AB 重为 P1，一端用铰链 A
支与墙面上，并用滚动支座 C 维持平衡，另一端又与重为 P2 的均质杆 BD 铰接，杆 BD 靠
与光滑的台阶 E 上，且倾角为 α ，设 AC 2 AB , BE 2 BD 。试求 A 、 C 和 E 三处的约
第四章 平面任意力系
第四章平面任意力系一、判断题1.设平面一般力系向某点简化得到一合力。
如果另选适当的点简化，则力系可简化为一力偶。
对吗？（✖）2.如图所示，力F和力偶（F'，F"）对轮的作用相同，已知，F'=F"=F。
（✖）3.一般情况下，力系的主矩随简化中心的不同而变化。
（✔）4.平面问题中，固定端约束可提供两个约束力和一个约束力偶。
（✔）5.力系向简化中心简化，若R'=0，M b=0，即主矢、主矩都等于零，则原平面一般力系是一个平衡力系，对吗？（✔）6.力偶可以在作用面内任意转移，主矩一般与简化中心有关，两者间有矛盾，对吗？（✖）7.组合梁ABCD受均布载荷作用，如图所示，均布载荷集度为q，当求D处约束反力时，可将分布力简化为在BE中点的集中力3qa，对吗？（✖）8.桁架中，若在一个节点上有两根不共线的杆件，且无载荷或约束力作用于该节点，则此二杆内力均为零，对吗？（✔）9.力的平移定理的实质是，作用于刚体的一个力，可以在力的作用线的任意平面内，等效地分解为同平面内另一点的一个力和一个力偶；反过来，作用于刚体某平面内的一个力和一个力偶也可以合成为同平面内另一点的一个力，对吗？（✔）10.当向A点简化时，有R=0，M A≠0，说明原力系可以简化为一力偶，其力偶矩就为主矩M A，其与简化中心无关。
所以将R=0，M A≠0再向原力系作用面内任意点B简化，必得到R=0，M B=M A≠0的结果，对吗？（✔）二、选择题1.对任何一个平面力系（）。
A.总可以用一个力与之平衡B.总可以用一个力偶与之平衡C.总可以用合适的两个力与之平衡D.总可以用一个力和一个力偶与之平衡2.如图所示，一平面力系向0点简化为一主矢R’和主矩M0，若进一步简化为一合力，则合力R为（）。
M⁄R） B.合力矢R位于O合力矢R位于B（OB≠OC.合力矢R=R’位于B（OB=O M⁄R）D.合力矢R=R’位于A（OA=0M⁄R）3.如图所示，结构在D点作用一水平力F，大小为F=2kN，不计杆ABC的自重，则支座B 的约束反力为（）A.R B≤2kNB.R B=2kNC.R B＞2kND.R B=04.如图所示，一绞盘有三个等长的柄，长为L，相互夹角为120°，每个柄作用于柄的力P将该力系向BC连线的中点D简化，其结果为（）A.R=P，M D=3PLB.R=0，M D=3PLC.R=20，M D=3PLD.R=0，M D=2PL5.悬臂梁的尺寸和载荷如图所示，它的约束反力为（）。
3 平面任意力系习题一
3 平面任意力系（习题一）4.l 计算下列各图中F 力对O 点之矩。
图题4-14.2 分别求下图所示三个力偶的合力偶矩，已知；1180F F N '==，22130F F N '==，33100F F N '==；170d cm =，260d cm =，350d cm =。
图题4-24.3求图示梁上分布荷载对B 点之矩。
图题4.34.4各梁受荷载情况如图题2.3所示，试求(1)各力偶分别对A 、B 点的矩。
(2)各力偶中二个力在x 、y 轴上的投影。
图题4.44.5 求图题4.5示各梁的支座反力图题4.5 图题4.64.6 如图题4.6所示，已知皮带轮上作用力偶矩80m N m =⋅，皮带轮的半径0.2d m =，皮带紧拉边力N F T 5001=，求平衡时皮带松边的拉力2T F 。
4.7 如图所示，四个力作用于O 点，设F 1=50N ，F 2=30N ，F 3=60N ，F 4=100N 。
试分别用几何法和解析法求其合力。
题4.7 (a)图 题4.7 (b)图4.8 拖动汽车需要用力F=5kN ，若现在改用两个力F1和F2，已知F1与汽车前进方向的夹角20=α，分别用几何法和解析法求解：（1）若已知另外一个作用力F2与汽车前进方向的夹角 30=β，试确定F1和F2的大小； （2）欲使F2为最小，试确定夹角β及力F1、F2的大小。
图题4.84.9 支架由杆AB 、AC 构成，A 、B 、C 三处都是铰链约束。
在A 点作用有铅垂力F ，用两种方法求在图示两种情况下杆AB 、AC 所受的力，并说明所受的力是拉还是压。
题4.9图 题4.10图4.10 简易起重机如图所示，重物W=100N ，设各杆、滑轮、钢丝绳自重不计，摩擦不计，A 、B 、C 三处均为铰链连接。
求杆件AB 、AC 受到的力。
平面任意力系习题答案
平面任意力系习题答案平面任意力系是指作用在物体上的力不满足平面力偶系或平面共面力系的条件，即力的作用线不在同一平面上，也不互相平行。
解决这类问题通常需要应用静力学的基本原理，如力的平衡条件、力矩平衡等。
习题1：已知一平面任意力系作用在刚体上，力F1=50N，方向为水平向右；力F2=30N，方向为竖直向上；力F3=40N，方向为与水平面成30度角斜向上。
求力系的合力。
答案：首先，将力F3分解为水平分量和竖直分量：- 水平分量：F3x = F3 * cos(30°) = 40 * (√3/2) = 20√3 N- 竖直分量：F3y = F3 * sin(30°) = 40 * (1/2) = 20 N然后，计算合力的水平分量和竖直分量：- 水平合力：Fx = F1 + F3x = 50 + 20√3 N- 竖直合力：Fy = F2 + F3y = 30 + 20 N最后，计算合力的大小和方向：- 合力大小：F = √(Fx^2 + Fy^2) = √((50 + 20√3)^2 + (30 + 20)^2) N- 方向：与水平面夹角θ满足tan(θ) = Fy / Fx习题2：一个平面任意力系作用在刚体上，已知力F1=60N，作用点A；力F2=40N，作用点B；力F3=50N，作用点C。
A、B、C三点不共线。
求力系的合力矩。
答案：首先，计算各力对任意一点（如A点）的力矩：- 力矩M1 = 0（因为力F1作用在A点，力矩为0）- 力矩M2 = F2 * (B到A的距离)- 力矩M3 = F3 * (C到A的距离)然后，计算合力矩：- 合力矩M = M1 + M2 + M3由于题目没有给出具体的距离，我们无法计算出具体的数值。
但是，上述步骤提供了计算合力矩的方法。
习题3：已知一平面任意力系作用在刚体上，力F1和F2的合力为100N，方向与F1相反，求F1和F2的大小。
答案：设F1的大小为xN，F2的大小为yN。
平面任意力系例题
NA d NB
不向右翻倒，有NA 0
Pe Wa G(b d )
NA
d
0
解不等式得
G Wa Pe 54kN bd
Gb
e
空载时 P, G, NA , NB 不向左翻倒
AP B
mA(F) NBd Gb P(d e) 0
P(d e) Gb
NB
d
0
解得
G
P(d
e)
NA
150kN
x
cos(R, i )
Rx
232.8 0.328
7051
R’ R
R 709
力系简化的主矩
MA mA(F) G11.5 G23.9 P13 2355kNm
力系的最终简化结果为一合力R
d M A 2355 3.32m R 709
例题
例题
例2. 图示倒L形杆，A端为固定端约束，水平段BC受集度为q 的均布载荷的作用，垂直段AB的中点D受一水平集中力 P和一力偶矩为M的力偶作用。求固定端A的约束力。
E 2L
O
LNB D
Nc 0.5P
mD(F) P3Lsin NA2Lsintg 0
3P
N A 2tg 2.6P
mE (F) P3Lsin NB 2Lsin sin 0
校核：
P
3P
N B 2sin 3P
mo (F )
N ALcos
NBL
Nc 3Lsin
9 PL
4
3PL
3 4
PL
B x
mB
(F )
P
h 2
Q
L 2
YA
2L
0
Ph QL YA 4L
平面任意力系习题
第3章 平面任意力系习题1、就是非题(对画√,错画×)3-1、平面任意力系的主矢0∑='=n1i i R F F =时,则力系一定简化一个力偶。
( )3-2、平面任意力系中只要主矢0∑≠'=n1i i R F F =,力系总可以简化为一个力。
( )3-3、平面任意力系中主矢的大小与简化中心的位置有关。
( )3-4、平面任意力系中主矩的大小与简化中心的位置无关。
( ) 3-5、作用在刚体上的力可以任意移动,不需要附加任何条件。
( )3-6、作用在刚体上任意力系若力的多边形自行封闭,则该力系一定平衡。
( ) 3-7、平面任意力系向任意点简化的结果相同,则该力系一定平衡。
( )3-8、求平面任意力系的平衡时,每选一次研究对象,平衡方程的数目不受限制。
( ) 3-9、桁架中的杆就是二力杆。
( )3-10、静滑动摩擦力F 应就是一个范围值。
( ) 2、填空题(把正确的答案写在横线上)3-11、平面平行力系的平衡方程0)(0)(i i ==∑∑==F F n1i Bn1i A MM ,其限制条件 。
3-12、题3-12图平面力系,已知:F 1=F 2=F 3=F 4=F ,M=Fa ,a 为三角形边长,如以A 为简化中心,则最后的结果其大小 ,方向 。
3-13、平面任意力系向任意点简化除了简化中心以外,力系向 简化其主矩不变。
3-14、平面任意力系三种形式的平衡方程: 、 、 。
3-15、判断桁架的零力杆。
题3-13a 图 、题3-13b 图 。
3F 4题3-12图题3-13图(a)(b)3、简答题3-16、平面汇交力系向汇交点以外一点简化,其结果如何？(可能就是一个力？可能就是一个力偶？或者就是一个力与一个力偶？),则此力系的最终结果就是什么？题3-21图'题3-22图(2)(1)C5KN3-18、为什么平面汇交力系的平衡方程可以取两个力矩方程或者就是一个投影方程与一个力矩方程？矩心与投影轴的选择有什么条件？3-19、如何理解桁架求解的两个方法？其平衡方程如何选取？3-20、摩擦角与摩擦因数的关系就是什么？在有摩擦的平衡问题时应如何求解？4、计算题3-21、已知F 1=150N,F 2=200N,F 3=300N,N 200='=F F ,求力系向点O 简化的结果,合力的大小及到原点O 的距离。
第4章——平面任意力系补充例题讲解
用解析法求解
建立直角坐标系Oxy，如图所示，根据平衡` 方程建立方程求解
F 0 , T cos 30 W 0, TBA 34.64kN y BA
F 0 , T T sin 30 0, TBC 17.32kN x BC BA
FD
FAy= -175 N
例 下图为一悬臂梁。受集中荷载P=2kN和三角形分布荷载 q=1kN/m作用。如果不计梁重，求支座A和B的反力。
解：取CD梁为研究对象，受力图如 图（b）所示，列平衡方程
Fx 0 MA 0 XA 0 1 P 1 q 3 1 2YB 0 2 13 YB q 2 1 0.25kN() 22
几何法求解静力问题
例 一物重30kN，用不可伸长的柔索AB和BC悬挂于如图所示的平衡位 置，不计柔索重量，AB与铅垂线的夹角α=30º ，BC水平。求柔索AB 和BC的拉力。
C C
解：（1）受力分析：取重物为研究对象，受力图如图所示。根据约束 特点，绳索必受拉力。
（2）作力多边形，求解未知力。选取比例尺1cm代表15kN，任取一点 a，作ac平行于W，且|ac|=W=40KN，过c点作TBC的平行线，过a点作 TAB的平行线，两线相交于b点。于是得到封闭的力三角形abc。
用解析法求解
取坐标轴Axy如图所示，利用平衡方程，得
F 0 , R T cos 60 T cos 30 0 x AC 1 2
由于T1=T2=W=20kN，代入上式即得 RAC=-27.32 KN,RAC为负值，说明AC杆受压力。
F 0 , R T sin 30 T sin 60 0 y AB 2 1