第3章静力学平衡问题优秀课件.ppt
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1、第3章静力学平衡问题第1页,本讲稿共55页 平平平平面面面面一一一一般般般般力力力力系系系系平平平平衡衡衡衡的的的的必必必必要要要要与与与与充充充充分分分分条条条条件件件件是是是是力力力力系系系系的的的的主主主主矢矢矢矢和和和和对对对对任任任任意意意意一一一一点点点点的的的的主主主主矩矩矩矩同同同同时等于零。这一条件简称为平衡条件。时等于零。这一条件简称为平衡条件。时等于零。这一条件简称为平衡条件。时等于零。这一条件简称为平衡条件。3-1 平面力系平衡条件与平衡方程平面力系平衡条件与平衡方程yx(b)OF RMOxy(a)F4F2F1F5F3O一、一、平面一般力系的平衡条件与平衡方程平面一般力
2、系的平衡条件与平衡方程平面一般力系的平衡条件与平衡方程平面一般力系的平衡条件与平衡方程因为因为因为因为第2页,本讲稿共55页平面一般力系的平衡方程平面一般力系的平衡方程 (基本形式)(基本形式)独立平衡方程只有三个独立平衡方程只有三个独立平衡方程只有三个独立平衡方程只有三个为了书写方便,通常将平面一般力系的平衡方程简写为为了书写方便,通常将平面一般力系的平衡方程简写为 上上上上述述述述平平平平衡衡衡衡方方方方程程程程表表表表明明明明,平平平平面面面面力力力力系系系系平平平平衡衡衡衡的的的的必必必必要要要要与与与与充充充充分分分分条条条条件件件件是是是是:力力力力系系系系中中中中所所所所有有有有
3、的的的的力力力力在在在在直直直直角角角角坐坐坐坐标标标标系系系系OxyOxy的的的的各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴上上上上的的的的投投投投影影影影的的的的代代代代数数数数和和和和以以以以及及及及所所所所有有有有的的的的力对任意点之矩的代数和同时等于零。力对任意点之矩的代数和同时等于零。力对任意点之矩的代数和同时等于零。力对任意点之矩的代数和同时等于零。第3页,本讲稿共55页求解力系平衡问题的方法和步骤。求解力系平衡问题的方法和步骤。(1 1)选取研究对象)选取研究对象;(2 2)分析研究对象受力,画受力图;)分析研究对象受力,画受力图;(3 3)根据力系的类型列写平衡方程;选取适当的)根据力
4、系的类型列写平衡方程;选取适当的 坐标轴坐标轴和矩心,以使方程中未知量个数最少;尽可能每个方程中和矩心,以使方程中未知量个数最少;尽可能每个方程中只有一个未知量。只有一个未知量。(4 4)求解未知量,分析和讨论计算结果。)求解未知量,分析和讨论计算结果。第4页,本讲稿共55页 图示简支梁图示简支梁AB,梁的自重及各处摩擦均不计。梁的自重及各处摩擦均不计。试求试求A和和B处的支座约束力。处的支座约束力。(b)qACBDMe2aa4axyFNBFAxFAy(a)qACBDMe2aa4a解:解:(1)(1)选选AB 梁为研究对象。梁为研究对象。(2)(2)画受力图如右图所示。画受力图如右图所示。例题
5、例题 3-1第5页,本讲稿共55页(4)(4)列平衡方程列平衡方程解得解得(b)qACBDMe2aa4axyFNBFAxFAy第6页,本讲稿共55页解:以刚架为研究对象,受力如图解:以刚架为研究对象,受力如图解:以刚架为研究对象,受力如图解:以刚架为研究对象,受力如图。解得:解得:例1求图示刚架的约束反力求图示刚架的约束反力求图示刚架的约束反力求图示刚架的约束反力。APabqAPqFAyFAxMA例题例题 3-2第7页,本讲稿共55页MMA A 平面刚架的所有外力的作用线都位于刚架平平面刚架的所有外力的作用线都位于刚架平面内。面内。A处为固定端约束。若图中处为固定端约束。若图中q、FP、M、l
6、 等均为已知,等均为已知,试求试求试求试求:A处的约束力。处的约束力。F FAxAxF FAyAyqlll2lM例题例题 3-3解:解:解:解:1.1.选择研究对象。选择研究对象。2 2 受力分析受力分析,画出受力图如图所示。画出受力图如图所示。FP Aqlll2lMFPA第8页,本讲稿共55页3.3.建立平衡方程求解未知力建立平衡方程求解未知力 应用平衡方程应用平衡方程 Fx=0,MA=0,Fy=0,由此解得由此解得 F FAxAxF FAyAyMMA Aqlll2lMFPA2第9页,本讲稿共55页 二力矩式二力矩式(AB不垂直于不垂直于x轴轴)二、平面一般力系平衡方程的其它形式二、平面一般
7、力系平衡方程的其它形式二、平面一般力系平衡方程的其它形式二、平面一般力系平衡方程的其它形式xy(b)ABF R=0 xy(a)F4F2F1F5F3M第10页,本讲稿共55页 三力矩式三力矩式(A、B、C三点不共线三点不共线)xy(a)F4F2F1F5F3Mxy(b)ABF RC=0第11页,本讲稿共55页求图示梁的支座反力。求图示梁的支座反力。求图示梁的支座反力。求图示梁的支座反力。解:以梁为研究对象,受力如图解:以梁为研究对象,受力如图解:以梁为研究对象,受力如图解:以梁为研究对象,受力如图。解得:解得:解得:解得:ABCPabqmABCPqmFBFAyFAx例题例题 3-4第12页,本讲稿
8、共55页F5OF4F2F1F3xyxyO因为因为因为因为平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡方程三、平面汇交力系与平面力偶系的平衡方程三、平面汇交力系与平面力偶系的平衡方程1.1.平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡方程第13页,本讲稿共55页平面力偶系可以合成为一平面力偶系可以合成为一平面力偶系可以合成为一平面力偶系可以合成为一个合力偶个合力偶个合力偶个合力偶,合力偶之矩等合力偶之矩等合力偶之矩等合力偶之矩等于力偶系中各力偶之矩的代数和于力偶系中各力偶之矩的代数和于力偶系中各力偶之矩的代数和于力偶系中各力偶之矩的代数和。M=Mi2.2.平面力偶系的平衡方程平面力偶系的平衡方程F1h1
9、F2h2h3F3hF平面力偶系的平衡方程平面力偶系的平衡方程M=Mi=0 第14页,本讲稿共55页图示平面刚架的支反力。图示平面刚架的支反力。解:以刚架为研究对象,受力解:以刚架为研究对象,受力如图,建立如图坐标。如图,建立如图坐标。由几何关系由几何关系解得解得例题例题 3-5第15页,本讲稿共55页xy yB B解:解:1.1.取滑轮取滑轮B B 连同销钉作为研究对象。连同销钉作为研究对象。2.2.画出受力图画出受力图 利用铰车绕过定滑轮利用铰车绕过定滑轮B B的绳子吊起一重的绳子吊起一重P=20kN的货物,滑的货物,滑轮由两端铰链的水平刚杆轮由两端铰链的水平刚杆AB 和斜刚杆和斜刚杆BC
10、支持于点支持于点B(图图(a)。不计滑轮。不计滑轮的自重,试求杆的自重,试求杆AB 和和BC 所受的力所受的力。F FABABF FBCBCFT2FT130303030B BP PA AC C30303030例题例题 3-6第16页,本讲稿共55页F FABAB3030F FBCBCFT2FT1xy3030B B3.3.列出平衡方程:列出平衡方程:4.4.联立求解,得联立求解,得 反力反力FAB 为负值,说明该力实际指向与图上假定指为负值,说明该力实际指向与图上假定指向相反。即杆向相反。即杆AB 实际上受拉力。实际上受拉力。第17页,本讲稿共55页 折杆折杆ABAB的支承方式如图所示,设有一力
11、矩数值为的支承方式如图所示,设有一力矩数值为M M的力偶作用在折杆的力偶作用在折杆ABAB上,求支承处的约束力大小。上,求支承处的约束力大小。FAFB解:解:例题例题 3-7由由由由 Mi=0 第18页,本讲稿共55页 工件上作用有三个力偶如图所示。已知:工件上作用有三个力偶如图所示。已知:M1=M2=10Nm,M3=20Nm,固定螺栓固定螺栓A和和B的距离的距离l=200mm。求两光滑螺栓所受的水平力。求两光滑螺栓所受的水平力。例题例题 3-8解:取工件为研究对象、画受力图。解:取工件为研究对象、画受力图。由由由由 MMi=0 解得解得第19页,本讲稿共55页 不计自重的杆不计自重的杆AB与
12、与DC在在C处为光滑接触处为光滑接触,它们它们分别受力偶矩为分别受力偶矩为M1与与M2的力偶作用的力偶作用 ,转向如图。问,转向如图。问M1与与M2的比值为多大,结构才能平衡的比值为多大,结构才能平衡?60o60oABCDM1M2例题例题 3-9第20页,本讲稿共55页解解:取杆取杆AB为研究对象画受力图为研究对象画受力图。杆杆AB只受力偶的作用而平衡且只受力偶的作用而平衡且C处为光滑面约束,则处为光滑面约束,则A处约处约束反力的方位可定。束反力的方位可定。ABCM1FAFC Mi=0FA=FC=F,AC=aa F-M1=0M1=a F (1)60o60oABCDM1M2第21页,本讲稿共55
13、页取杆取杆CD为研究对象。因为研究对象。因C点约束方位已定点约束方位已定 ,则则D点约束反点约束反力方位亦可确定,画受力图。力方位亦可确定,画受力图。60o60oDM2BCAFDFCFD=FC =F Mi=0-0.5a F+M2=0M2=0.5 a F (2)联立联立(1)(2)(1)(2)两式得两式得:M1/M2=260o60oABCDM1M2第22页,本讲稿共55页 1 1、静静定定问问题题:一一个个静静力力平平衡衡问问题题,如如果果系系统统中中未未知知量量的的数数目目正正好好等等于于独独立立的的平平衡衡方方程程数数,单单用用平平衡衡方方程程就就能能解解出全部未知量出全部未知量。qACBM
14、e2aaF8a3-3 简单的刚体系统平衡问题简单的刚体系统平衡问题一、刚体系统静定一、刚体系统静定与静不定的概念与静不定的概念第24页,本讲稿共55页 2、静不定问题:静不定问题:一个静力平衡问题,如果系统中未知量的一个静力平衡问题,如果系统中未知量的数目超过独立的平衡方程数目,用数目超过独立的平衡方程数目,用刚体静力学方法刚体静力学方法就不能就不能解出所有的未知量。解出所有的未知量。qACBMe2aaFD4a4a约束反力数约束反力数 m独立平衡方程数独立平衡方程数 n m =n 静定问题静定问题 m n 静不定问题静不定问题 静不定的次数为:静不定的次数为:k=m-n第25页,本讲稿共55页
15、二、刚体系统的平衡问题的特点与解法二、刚体系统的平衡问题的特点与解法 1.刚刚体体系系统统:由由几几个个刚刚体体通通过过一一定定的的约约束束方方式式联联系系在在一一起起的系统的系统。返回返回第26页,本讲稿共55页2.2.求解刚体系统平衡问题的一般方法和步骤求解刚体系统平衡问题的一般方法和步骤求解刚体系统平衡问题的一般方法和步骤求解刚体系统平衡问题的一般方法和步骤弄清弄清题意,题意,标出标出已知已知量量选选整体整体为研究为研究对象画对象画受力图受力图,列平衡列平衡方程方程检检查查结结果,果,验验算算选选局部为研局部为研究对象究对象画受画受力图,列平力图,列平衡方程求解。衡方程求解。注意:注意:
16、力偶力偶 M 在任一轴上的投影为零;在任一轴上的投影为零;力偶对任一点之矩即为力偶对任一点之矩即为M。选取适当的坐标轴和矩心,注意正负号。选取适当的坐标轴和矩心,注意正负号。方法一方法一方法一方法一:整体整体整体整体 局部局部局部局部第27页,本讲稿共55页弄清弄清题意,题意,标出标出已知已知量量选选局部局部为研究为研究对象画对象画受力图受力图,列平衡列平衡方程方程检检查查结结果,果,验验算算再选局部再选局部为研究对为研究对象象画受力画受力图,列平图,列平衡方程求衡方程求解。解。方法二方法二:局部局部局部局部 局部局部局部局部注意:注意:力偶力偶 M 在任一轴上的投影为零;在任一轴上的投影为零
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