(精品)理论力学第三章.ppt
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1、第第第第3 3章章章章 力系的平衡力系的平衡力系的平衡力系的平衡 结论与讨论结论与讨论结论与讨论结论与讨论 空间力系的平衡方程空间力系的平衡方程空间力系的平衡方程空间力系的平衡方程 平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡 平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡 平面任意力系的平衡条件与平衡方程平面任意力系的平衡条件与平衡方程平面任意力系的平衡条件与平衡方程平面任意力系的平衡条件与平衡方程 2.平衡的几何条件平衡的几何条件结论:结论:结论:结论:平面汇交力系平衡的必平面汇交力系平衡的必平面汇交力系平衡的必平面汇交力系平衡的必要和充分条件
2、是:该力系的力要和充分条件是:该力系的力要和充分条件是:该力系的力要和充分条件是:该力系的力多边形自行封闭。多边形自行封闭。多边形自行封闭。多边形自行封闭。平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:该力系的合力等于零。平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:该力系的合力等于零。F2F3FRF1AF4F2F3F5F1AF4例例例例 题题题题 1 1 已知:已知:已知:已知:P P,a a 求:求:求:求:A A、B B处约束反力。处约束反力。处约束反力。处约束反力。2 2a a Pa aABCD解:解:解:解:(1 1)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象(2 2)画受力
3、图)画受力图)画受力图)画受力图(3 3)按比例作图求解)按比例作图求解)按比例作图求解)按比例作图求解 P FBFA由图中的几何关系得由图中的几何关系得由图中的几何关系得由图中的几何关系得 PBACD FB FAFAxFAy3.平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:各力在两个各力在两个各力在两个各力在两个坐标轴上投影的代数和等于零。坐标轴上投影的代数和等于零。坐标轴上投影的代数和等于零。坐标轴上投影的代数和等于零。平衡的必要和充分条件是:该力系
4、的合力平衡的必要和充分条件是:该力系的合力FR等于零。等于零。例例例例 题题题题 2 2 已知:已知:已知:已知:P P,a a 求:求:求:求:A A、B B处约束反力。处约束反力。处约束反力。处约束反力。2 2a a Pa aABCD解:解:解:解:(1 1)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象)取刚架为研究对象(2 2)画受力图)画受力图)画受力图)画受力图(3 3)建立坐标系,列方程求解)建立坐标系,列方程求解)建立坐标系,列方程求解)建立坐标系,列方程求解 PBACD FB FAFAxFAyxyBMFACFBCFBAFBCFCBFMFNC 已知:已知:已知:已知:F
5、F,例例例例 题题题题 3 3求:求:求:求:物块物块物块物块MM的压力。的压力。的压力。的压力。解:解:解:解:(1 1)取销钉)取销钉)取销钉)取销钉B B为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象(2 2)取挡板)取挡板)取挡板)取挡板CC为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象解得解得解得解得解得解得解得解得xyPABCD603030FBAFBC求:求:求:求:BABA、BCBC杆的内力。杆的内力。杆的内力。杆的内力。例例例例 题题题题 4 4已知:已知:图示简易起重机,图示简易起重机,P20kN解:取销钉解:取销钉B为研究对象为研究对象B30PFD30yx90453060F1F2ABC
6、D9045F2BFBAFBC3060F1CFCBFCD求:求:求:求:F F11、F F22的关系。的关系。的关系。的关系。例例例例 题题题题 5 5已知:已知:铰接连杆机构,在图示位铰接连杆机构,在图示位置处于平衡状态,杆重不计。置处于平衡状态,杆重不计。解:解:取销钉取销钉B为研究对象为研究对象沿沿x轴投影,得轴投影,得取销钉取销钉C为研究对象为研究对象沿沿y轴投影,得轴投影,得又因为,又因为,FBC=FCB3.2 3.2 平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡平面力偶系的平衡若物体在平面力偶系作用下处于平衡,若物体在平面力偶系作用下处于平衡,则合力偶矩等于零则合力偶矩等于零反之
7、,若合力偶矩为零,则该力偶系必然处于平衡。反之,若合力偶矩为零,则该力偶系必然处于平衡。由此得到平面力偶系平衡的必要与充分条件是:各力偶由此得到平面力偶系平衡的必要与充分条件是:各力偶矩的代数和等于零。矩的代数和等于零。称为平面力偶称为平面力偶系的平衡方程系的平衡方程?MaaABCa例例例例 题题题题 6 6求:求:求:求:A A、C C 处约束反力。处约束反力。处约束反力。处约束反力。已知:已知:已知:已知:a,Ma,M解:解:解:解:(1 1)取取取取ABAB为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象(2 2)取)取)取)取BCBC为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象BCABMFBFCF
8、A若将此力偶移至若将此力偶移至若将此力偶移至若将此力偶移至BCBC构件上,再求构件上,再求构件上,再求构件上,再求A A、C C处约束反力。在此种处约束反力。在此种处约束反力。在此种处约束反力。在此种情况下,力偶能否在其作用面内移动,力对任意点之矩是否情况下,力偶能否在其作用面内移动,力对任意点之矩是否情况下,力偶能否在其作用面内移动,力对任意点之矩是否情况下,力偶能否在其作用面内移动,力对任意点之矩是否还等于力偶矩。还等于力偶矩。还等于力偶矩。还等于力偶矩。CM1M2ABD解解解解:(1)(1)取取取取ABAB为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象(2)(2)取取取取CDCD为研究对象为研
9、究对象为研究对象为研究对象例例例例 题题题题 7 7求:求:求:求:平衡时平衡时平衡时平衡时MM11、MM22之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。已知:已知:已知:已知:AB=CD=a,AB=CD=a,BCD=BCD=3030解得解得解得解得解得解得解得解得因为因为因为因为 F FB B=F FCCB FB FAM1AM2CD FC FD注意!注意!(1 1)明确研究对象)明确研究对象)明确研究对象)明确研究对象(2 2)正确作出受力图)正确作出受力图)正确作出受力图)正确作出受力图(3 3)列方程求解)列方程求解)列方程求解)列方程求解文字不宜过多,但也不能过少。文字不宜过多,但
10、也不能过少。力不允许多画,但也不能少画。力不允许多画,但也不能少画。ADCBRoABC问刚体在四个力的问刚体在四个力的问刚体在四个力的问刚体在四个力的作用下是否平衡作用下是否平衡作用下是否平衡作用下是否平衡?若改变若改变若改变若改变F F11和和和和F F11 的方向,则结的方向,则结的方向,则结的方向,则结果又如何。果又如何。果又如何。果又如何。当当当当 M=PR M=PR 时,系统处时,系统处时,系统处时,系统处于平衡,因此力偶也于平衡,因此力偶也于平衡,因此力偶也于平衡,因此力偶也可以与一个力平衡,可以与一个力平衡,可以与一个力平衡,可以与一个力平衡,这种说法对吗。这种说法对吗。这种说法
11、对吗。这种说法对吗。图示系统平衡否图示系统平衡否图示系统平衡否图示系统平衡否?若平衡若平衡若平衡若平衡A A、B B处约处约处约处约束反力的方向应束反力的方向应束反力的方向应束反力的方向应如何确定。如何确定。如何确定。如何确定。思考题?思考题?例例 题题 8 两个完全相同的矩形。自两个完全相同的矩形。自重不计求重不计求A、B处的约束反力。处的约束反力。ACFAFC解:解:对于整体而言,力偶是平衡对于整体而言,力偶是平衡的,即的,即A,B两处的力必为一对平两处的力必为一对平衡力,如图。衡力,如图。ABCabFAFBFC,FA之间的距离之间的距离然后取矩形然后取矩形AC为研究对象为研究对象力偶平衡
12、的方程式为力偶平衡的方程式为即即3.3 平面任意力系的平衡条件与平衡方程平面任意力系的平衡条件与平衡方程F FR R=0=0MMo o=0=0 平面任意力系平衡的解析条件:平面任意力系平衡的解析条件:所有各力在两个任选的坐标轴上所有各力在两个任选的坐标轴上的投影的代数和分别等于零,以及各力对于任意一点的矩的代数的投影的代数和分别等于零,以及各力对于任意一点的矩的代数和也等于零。和也等于零。几点说明:几点说明:(1)三个方程只能求解三个未知量;)三个方程只能求解三个未知量;(2)二个投影坐标轴不一定互相垂直,只要不平行即可;)二个投影坐标轴不一定互相垂直,只要不平行即可;(3)投影坐标轴尽可能与
13、多个未知力平行或垂直;)投影坐标轴尽可能与多个未知力平行或垂直;(4)力矩方程中,矩心尽可能选多个未知力的交点。)力矩方程中,矩心尽可能选多个未知力的交点。平衡方程平衡方程1.平面任意力系的平衡方程平面任意力系的平衡方程例例例例 题题题题 9 9 已知:已知:已知:已知:M=PaM=Pa 求:求:求:求:A A、B B处约束反力。处约束反力。处约束反力。处约束反力。2 2a a Pa aMMABCDF FAxAxF FAyAyFBxy解法解法解法解法1:1:(2)(2)画受力图画受力图画受力图画受力图(3)(3)建立坐标系建立坐标系建立坐标系建立坐标系,列方程求解列方程求解列方程求解列方程求解
14、(1)(1)取刚架为研究对象取刚架为研究对象取刚架为研究对象取刚架为研究对象2 2a a Pa aMMABCDF FAxAxF FAyAyFB 解解 法法 2解解解解上述方程,得上述方程,得上述方程,得上述方程,得 解解 法法 3解解解解上述方程,得上述方程,得上述方程,得上述方程,得(A A、B B、C C 三点不得共线)三点不得共线)三点不得共线)三点不得共线)(x x 轴不得垂直于轴不得垂直于轴不得垂直于轴不得垂直于A A、B B 两点的连线)两点的连线)两点的连线)两点的连线)平面任意力系平衡方程的三种形式平面任意力系平衡方程的三种形式基本形式基本形式基本形式基本形式二力矩式二力矩式二
15、力矩式二力矩式三力矩式三力矩式三力矩式三力矩式FRBAx是否存在三投影式?是否存在三投影式?是否存在三投影式?是否存在三投影式?解:解:解:解:取三角形板取三角形板取三角形板取三角形板ABCABC为研究对象为研究对象为研究对象为研究对象FDECBAaaaMMP PF FA AF FB BF FC CP PACaaaMMB一等边三角平板重为一等边三角平板重为P,上面作用已知力偶,上面作用已知力偶M。用三根无重杆通过。用三根无重杆通过铰链连接,如图所示。铰链连接,如图所示。求:求:三杆对三角平板三杆对三角平板ABC的约束反力。的约束反力。例例例例 题题题题 1111yxo(A A、B B两点的连线
16、两点的连线两点的连线两点的连线不得与各力平行)不得与各力平行)不得与各力平行)不得与各力平行)FF33FF22FF11FFnn二个方程只能求解二个未知量二个方程只能求解二个未知量二力矩式二力矩式二力矩式二力矩式2.平面平行力系的平衡方程平面平行力系的平衡方程平面任意力系的基本形式平面任意力系的基本形式平面任意力系的基本形式平面任意力系的基本形式假设所有的力都平行于假设所有的力都平行于y轴,轴,则有则有分布荷载的合力及其作用线位置分布荷载的合力及其作用线位置q q(x x)荷载集度荷载集度P Pd dP PdPdPdP=q q q(x x x)dxdxdxq(x)AB合力大小:合力大小:合力大小
17、:合力大小:由合力之矩定理:由合力之矩定理:合力作用线位置:合力作用线位置:合力作用线位置:合力作用线位置:合力作用线位置:合力作用线位置:hxdxlx 两个特例两个特例(a a)均均均均布荷载布荷载布荷载布荷载P Ph(b b)三角形分布荷载三角形分布荷载三角形分布荷载三角形分布荷载P Phlq0qlxx解:解:解:解:取取取取ABAB梁为研究对象梁为研究对象梁为研究对象梁为研究对象例例 题题 10 悬臂梁如图所示,上面作用悬臂梁如图所示,上面作用均部荷载均部荷载q和集中荷载和集中荷载F。求固定端的。求固定端的反力。反力。P PAlBF FqAlBF FqF FAxAxF FAyAyMMA
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- 精品 理论 力学 第三
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