第2章 平面力系課件

作業(yè)：

2－10

2－12

2－13

2－151靜力學(xué)篇

2-3

平面任意力系的簡(jiǎn)化21、力的平移定理

動(dòng)畫(huà)3①力線平移定理揭示了力與力偶的關(guān)系：力力+力偶說(shuō)明：②力平移的條件是附加一個(gè)力偶m，且m與d有關(guān)，m=F?d③力線平移定理是力系簡(jiǎn)化的理論基礎(chǔ)。1、力的平移定理4力線平移實(shí)例2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化5力線平移實(shí)例2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化62、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化7（移動(dòng)效應(yīng)）（轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)）主矢和合力是兩個(gè)不同的概念2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化8固定端（插入端）約束在工程中常見(jiàn)的雨搭車刀2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化9

動(dòng)畫(huà)固定端約束實(shí)例10

動(dòng)畫(huà)固定端約束實(shí)例11

動(dòng)畫(huà)固定端約束受力的簡(jiǎn)化12簡(jiǎn)化結(jié)果：主矢FR’

，主矩MO

，下面分別討論。

②

FR’

=0,MO≠0即簡(jiǎn)化結(jié)果為一合力偶,M=MO。此時(shí)簡(jiǎn)化結(jié)果與簡(jiǎn)化中心O選取無(wú)關(guān)。①FR’=0，MO

=0，則力系平衡,下節(jié)專門(mén)討論。③FR’

≠0,MO

=0,即簡(jiǎn)化為一個(gè)作用于簡(jiǎn)化中心的合力。這時(shí)，簡(jiǎn)化結(jié)果就是合力（這個(gè)力系的合力）,FR=FR’

。（此時(shí)與簡(jiǎn)化中心有關(guān)，換個(gè)簡(jiǎn)化中心，主矩不為零）2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化13MOOOdO’OdO’合力

的大小、方向等于原力系的主矢合力

的作用線位置由d

的值確定④

FR’≠0，MO

≠0，為最一般的情況。此種情況還可以繼續(xù)簡(jiǎn)化為一個(gè)合力

。2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化14結(jié)論：平面任意力系的簡(jiǎn)化結(jié)果

：①合力偶MO；②合力FR

由于主矩（由于簡(jiǎn)化中心是任意選取的，故此式有普遍意義。）即：平面任意力系的合力對(duì)作用面內(nèi)任一點(diǎn)之矩等于力系中各力對(duì)于同一點(diǎn)之矩的代數(shù)和。而合力對(duì)O點(diǎn)的矩———合力矩定理2、力系向任一點(diǎn)的簡(jiǎn)化15

重力壩受力情況如圖所示。設(shè)G1=450kN，G2=200kN，F(xiàn)1=300kN，F(xiàn)2=70kN。求力系的合力FR的大小,合力與基線OA的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x，以及合力作用線方程。(p43)

例題平面力系9m3m1.5m3.9m5.7m3mxyABCOF1G1G2F2161.求力系的合力FR的大小和方向余弦。將力系向O點(diǎn)簡(jiǎn)化，得主矢和主矩，如右圖所示。主矢的投影解：AOCMO9m3m1.5m3.9m5.7m3mxyABCOF1G1G2F2例題平面力系172.求合力與基線OA的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x0。所以由合力矩定理得其中故解得因?yàn)榱ο祵?duì)O點(diǎn)的主矩為AOCMOAOCx018設(shè)合力作用線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)為（x，y)，將合力作用于此點(diǎn)，則3.求合力作用線方程?？傻煤狭ψ饔镁€方程即例題平面力系A(chǔ)OCx0x,y19靜力學(xué)篇

2-4

平面任意力系的平衡條件和平衡方程20

由于FR’=0，為力平衡

MO=0為力偶平衡所以平面任意力系平衡的充要條件為：

力系的主矢FR’和主矩MO都等于零，即：2-4平面任意力系的平衡條件與平衡方程21（條件：x軸不

AB連線）(條件：A、B、C

不在同一直線上)上式有三個(gè)獨(dú)立方程，只能求出三個(gè)未知數(shù)。①一矩式①二矩式①三矩式2-4平面任意力系的平衡條件與平衡方程22已知桿AC=CB；桿DC與水平線成45o角；載荷F=10kN，作用于B處。設(shè)梁和桿的重量忽略不計(jì)，求鉸鏈A的約束力和桿DC所受的力。例題平面力系A(chǔ)BDCF23

1.取AB桿為研究對(duì)象，受力分析如圖。ABDCFFFCFAyFAxllABC

2.列寫(xiě)平衡方程。解：例題平面力系243.求解平衡方程可得若將力FAx和FAy合成，得FFCFAyFAxllABC例題平面力系25起重機(jī)重G1=10kN，可繞鉛直軸AB轉(zhuǎn)動(dòng)；起重機(jī)的掛鉤上掛一重為G2=40kN的重物。起重機(jī)的重心C到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離為1.5m，其它尺寸如圖所示，求在止推軸承A和軸承B處的約束力。例題平面力系A(chǔ)BC3.5m1.5m5mG1G2P4526xyG2ABC3.5m1.5m5mG1

1.取起重機(jī)為研究對(duì)象；2.畫(huà)受力圖；4.列平衡方程；5.解平衡方程，得FBFAyFAx解：3.選Axy坐標(biāo)系；例題平面力系27

梁長(zhǎng)為4a，梁重G，作用在梁的中點(diǎn)C。在梁的AC段上受均布載荷q作用，在梁的BC段上受力偶作用，力偶矩M=Ga。試求A和B處的支座約束力。(p46)

xyABqC2a4aGM例題平面力系28

1.取AB梁為研究對(duì)象；

4.列平衡方程:5.解方程，得ABC4a2axyqGMFBFAyFAx2.畫(huà)受力圖；解：3.選坐標(biāo)系A(chǔ)xy；例題平面力系29自重為G=100kN的T字形剛架ABD，置于鉛垂面內(nèi)，載荷如圖所示，其中M=20kN·m，F(xiàn)=400kN，q=20kN/m，l=1m。試求固定端A的約束力。(p47)qMl

l3lFDBAG例題平面力系301.取剛架為研究對(duì)象；yx解：qMl

l3lFDBAG2.畫(huà)受力圖；l

llF1MADBAMFGFAxFAy3.選Axy坐標(biāo)系；例題平面力系312.按圖示坐標(biāo)，列寫(xiě)平衡方程。3.聯(lián)立求解。yxl

llF1MADBAMFGFAxFAy例題平面力系32平面平行力系的平衡方程為：

二矩式條件：AB連線不能平行于力的作用線

一矩式33

一種車載式起重機(jī)，車重G1=26kN，起重機(jī)伸臂重G2=4.5kN，起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)與固定部分共重G3

=31kN。尺寸如圖所示。設(shè)伸臂在起重機(jī)對(duì)稱面內(nèi)，且放在圖示位置，試求車子不致翻倒的最大起吊重量Gmax(p67)。G2FAG1G3GFBAB3.0m2.5m1.8m2.0m例題平面平行力系34

1.取汽車及起重機(jī)為研究對(duì)象，受力分析如圖。2.列平衡方程。解：GG2FAG1G3FBAB3.0m2.5m1.8m2.0m例題平面平行力系354.不翻倒的條件是：FA≥0，

所以由上式可得故最大起吊重量為Gmax=7.5kN3.聯(lián)立求解。

G2FAG1G3FBAB3.0m2.5m1.8m2.0mGG≤例題平面平行力系36

作業(yè)：

2－19

2－20(b)

2－27

2－3837

塔式起重機(jī)如圖所示。機(jī)架重G1=700kN，作用線通過(guò)塔架的中心。最大起重量G2=200kN，最大懸臂長(zhǎng)為12m，軌道AB的間距為4m。平衡荷重G3到機(jī)身中心線距離為6m。試問(wèn)：例題平面平行力系A(chǔ)B2m2m6m12mG1G2G3P68(1)保證起重機(jī)在滿載和空載時(shí)都不翻倒，求平衡荷重G3應(yīng)為多少?(2)當(dāng)平衡荷重G3=180kN時(shí)，求滿載時(shí)軌道A，B給起重機(jī)輪子的約束力？381.起重機(jī)不翻倒。滿載時(shí)不繞B點(diǎn)翻倒，臨界情況下FA=0，可得空載時(shí)，G2=0，不繞A點(diǎn)翻倒，臨界情況下FB=0，可得

取塔式起重機(jī)為研究對(duì)象，受力分析如圖所示。則有

75kN＜G3＜350kN解：例題平面平行力系A(chǔ)B2m2m6m12mG1G2G3392.取G3=180kN，求滿載時(shí)軌道A，B給起重機(jī)輪子的約束力。列平衡方程解方程得AB2m2m6m12mG1G2G3例題平面平行力系402-5靜定與靜不定問(wèn)題的概念物體系統(tǒng)的平衡一、靜定與靜不定問(wèn)題的概念力偶系平面任意力系當(dāng)：獨(dú)立方程數(shù)目≥未知數(shù)數(shù)目時(shí)，是靜定問(wèn)題（可求解）獨(dú)立方程數(shù)目<未知數(shù)數(shù)目時(shí)，是靜不定問(wèn)題（超靜定問(wèn)題）兩個(gè)獨(dú)立方程，只能求兩個(gè)獨(dú)立未知數(shù)。平面匯交力系一個(gè)獨(dú)立方程，只能求一個(gè)獨(dú)立未知數(shù)。三個(gè)獨(dú)立方程，只能求三個(gè)獨(dú)立未知數(shù)。41[例]

靜不定問(wèn)題材力,結(jié)力,彈力中用位移協(xié)調(diào)條件來(lái)求解。靜定（未知數(shù)三個(gè)）靜不定（未知數(shù)四個(gè)）2-5靜定與靜不定問(wèn)題的概念物體系統(tǒng)的平衡42二、物系的平衡問(wèn)題[例]外力：外界物體作用于系統(tǒng)上的力叫外力。內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)部各物體之間的相互作用力叫內(nèi)力。物體系統(tǒng)（物系）：由若干個(gè)物體通過(guò)約束所組成的系統(tǒng)。43物系平衡的特點(diǎn)：①物系靜止②物系中每個(gè)單體也是平衡的。每個(gè)單體可列3個(gè)平衡方程，整個(gè)系統(tǒng)可列3n個(gè)方程

（設(shè)物系中有n個(gè)物體）解物系問(wèn)題的一般方法：

由整體局部（常用），由局部整體（用較少）二、物系的平衡問(wèn)題44

三鉸拱橋如圖所示，由左右兩段借鉸鏈C連接起來(lái)，又用鉸鏈A，B與基礎(chǔ)相連接。已知每段重G

=40kN，重心分別在D，E處，且橋面受一集中載荷F

=10kN。設(shè)各鉸鏈都是光滑的，試求平衡時(shí)，各鉸鏈中的力。尺寸如圖所示。例題平面任意力系A(chǔ)BCDEGF3mG1m6m6m6m45AC1.取AC段為研究對(duì)象。解：2.畫(huà)受力圖。DFCxGFAxFAyFCy例題平面任意力系A(chǔ)BCDEGF3mG1m6m6m6m463.列平衡方程。4.再取BC段為研究對(duì)象，受力分析如圖。ACDFCxGFAxFAyFCyGF’CxFBxFByCEBFF’Cy例題平面任意力系476.聯(lián)立求解。

FAx=-FBx

=

FCx

=9.2kN

FAy=42.5kN，F(xiàn)By=47.5kN，F(xiàn)Cy=2.5kN5.列平衡方程。GF’CxFBxFByCEBPF’CyF例題平面任意力系48

組合梁AC和CE用鉸鏈C相連，A端為固定端，E端為活動(dòng)鉸鏈支座。受力如圖所示。已知：l=8m，F(xiàn)=5kN，均布載荷集度q=2.5kN/m，力偶矩的大小M=5kN?m，試求固端A，鉸鏈C和支座E的約束力。例題平面任意力系l/8qBADMFCHEl/4l/8l/4l/449CE1.取CE段為研究對(duì)象。解：2.受力分析如圖。

4.聯(lián)立求解。

FE=2.5kN，F(xiàn)C=2.5kN3.列平衡方程。例題平面任意力系l/8qBADMFCHEl/4l/8l/4l/4F1M3l/8Hl/8FCFE506.列平衡方程。7.聯(lián)立求解。

FA=15kN，MA=－2.5kNMAF2l/4IAFCHl/8l/8FA5.取AC段為研究對(duì)象，受力分析如圖。例題平面任意力系51

A，B，C，D處均為光滑鉸鏈，物塊重為G，通過(guò)繩子繞過(guò)滑輪水平地連接于桿AB的E點(diǎn)，各構(gòu)件自重不計(jì)，試求B處的約束力。

例題平面任意力系52FAyFAxFCxFCyGFBxFAyFAxFByFE解:1.取整體為研究對(duì)象。2.受力分析如圖。3.列平衡方程。4.取桿AB為研究對(duì)象，受力分析如圖。列平衡方程聯(lián)立求解可得例題平面任意力系解得

53

齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖所示。齒輪Ⅰ的半徑為r，自重G1。齒輪Ⅱ的半徑為R=2r，其上固定一半徑為r的塔輪Ⅲ，輪Ⅱ與Ⅲ共重為G2=2G1。齒輪壓力角為α=20°被提升的物體C重為G=20G1。求：（1）保持物C勻速上升時(shí)，作用于輪上力偶的矩M；（2）光滑軸承A，B的約束力。ABrrRMCⅠⅡⅢGG1G2例題平面任意力系54CBKGFBxFByFFnG2

1.?、颍筝喖爸匚餅檠芯繉?duì)象，受力分析如圖所示。解方程得ABrrRMCⅠⅡⅢGG1G2列平衡方程解：例題平面任意力系55AKMG1FAxFAy

2.再?、褫啚檠芯繉?duì)象，受力分析如圖所示。解方程得列平衡方程例題平面任意力系A(chǔ)BrrRMCⅠⅡⅢGG1G256

作業(yè)：

2－37

2－40

2－5757

如圖所示，已知重力G，DC=CE=AC=CB=2l；定滑輪半徑為R，動(dòng)滑輪半徑為r，且R=2r=l,θ=45°。試求：1、BD桿所受的力，2、C處約束反力，3、銷釘B給AB桿的力。例題平面任意力系DⅡKCABEⅠG58DⅡKCABEⅠ

一.選取整體研究對(duì)象，受力分析如圖所示。列平衡方程解平衡方程FAGFExFEy解：例題平面任意力系59

二.選取DEC研究為對(duì)象，受力分析如圖所示。ECKD列平衡方程解FKFEyFEx例題平面任意力系DⅡKCABEⅠG60ACBFAFCyFCxFBxFBy

三.選取AB桿為研究對(duì)象，受力分析如圖所示。61例2－17題62工程中的桁架結(jié)構(gòu)2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析63工程中的桁架結(jié)構(gòu)2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析64桁架：由桿組成，用鉸聯(lián)接，受力不變形的系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)桿件2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析65桁架的實(shí)際節(jié)點(diǎn)焊接或鉚接，桿的端點(diǎn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，可承受力矩。理想節(jié)點(diǎn)光滑鉸鏈，不能承受力矩2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析66(a)桁架的優(yōu)點(diǎn)：輕，充分發(fā)揮材料性能。桁架的特點(diǎn)：①直桿，不計(jì)自重，均為二力桿；②桿端鉸接；③外力作用在節(jié)點(diǎn)上。力學(xué)中的桁架模型(基本三角形)

三角形有穩(wěn)定性(b)(c)2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析67節(jié)點(diǎn)法：以顯露出兩個(gè)未知力為宜。截面法：以顯露出三個(gè)未知力為宜。內(nèi)力方向都設(shè)為背離節(jié)點(diǎn)(設(shè)為受拉）！求平面桁架各桿內(nèi)力的方法2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析68

平面桁架的尺寸和支座如圖所示。在節(jié)點(diǎn)D處受一集中載荷F=10kN的作用。試求桁架各桿件所受的內(nèi)力(p59)。ABC2m2m12345FD2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析691.求支座約束力。列平衡方程解方程可得

以整體為研究對(duì)象，受力分析如圖所示。節(jié)點(diǎn)法解：ABC2m2m12345FAyFByFBxFD2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析702.取節(jié)點(diǎn)A為研究對(duì)象，受力分析如圖。F2F1FAyA列平衡方程解方程可得ABC2m2m12345FD2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析71F3F4C3.取節(jié)點(diǎn)C為研究對(duì)象，受力分析如圖。列平衡方程解方程可得ABC2m2m12345FD2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析724.取節(jié)點(diǎn)D為研究對(duì)象。列平衡方程解方程可得DF5FABC2m2m12345FD2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析73

如圖所示平面桁架，各桿件的長(zhǎng)度都等于1m。在節(jié)點(diǎn)E上作用載荷FE=10kN，在節(jié)點(diǎn)G上作用載荷FG=7kN,FF=5kN。試計(jì)算桿1，2和3的內(nèi)力（p60)。2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析xyABCDEFGFEFG123FF74

1.先求桁架的支座約束力。列平衡方程解方程求得截面法取桁架整體為研究對(duì)象，受力分析如圖。解：xyABCDEFG123FByFAxFEFGFAy2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析FF752.

求桿1，2和3的內(nèi)力。列平衡方程解方程求得

用截面m-m將三桿截?cái)啵x取左段為研究對(duì)象。yACDExFAxFAyF1F2FEF32-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析mmxyABCDEFGFByFAxFEFGFAy123FF76

平面桁架如圖所示。設(shè)兩主動(dòng)力大小都為F=10kN，作用在節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B上，a=1.5m，h=3m。求1，2，3和4各桿受的內(nèi)力。

aaahABαα1234FF2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析771.選取節(jié)點(diǎn)A為研究對(duì)象，受力分析如圖所示。解方程得解：列平衡方程其中FF1F2AyxaaahABαα1234FF2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析782.選取節(jié)點(diǎn)B為研究對(duì)象，受力分析如圖。解方程得列平衡方程BFF3F4F'2yxaaahABαα1234FF2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析79

作業(yè)：

2－37

2－40

2－5780

如圖平面桁架，求各桿內(nèi)力。已知鉛垂力FC=4kN，水平力FE=2kN。aaaaFCABDCEFFEFAyFBFAx解：節(jié)點(diǎn)法

1.取整體為研究對(duì)象,受力分析如圖。aaaaFCACDBEFFE2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析813.列平衡方程。4.聯(lián)立求解。

FAx=－2kNFAy=2kN

FB=2kNaaaaFCABDCEFFEFAyFBFAx2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析825.取節(jié)點(diǎn)A，受力分析如圖。解得FAxFAyAFACFAF列平衡方程6.取節(jié)點(diǎn)F，受力分析如圖。FFEFFAFFCF解得列平衡方程2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析83FCFFCAFCCFCDFCE7.取節(jié)點(diǎn)C，受力分析如圖。列平衡方程解得FDEFDCDFDB8.取節(jié)點(diǎn)D，受力分析如圖。列平衡方程解得2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析84FBBFBDFBE9.取節(jié)點(diǎn)B，受力分析如圖。解得列平衡方程aaaaFCABDCEFFEFAyFBFAx2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析85

如圖平面桁架，求FE，CE，CD桿內(nèi)力。已知鉛垂力FC=4kN，水平力FE=2kN。截面法解：1.取整體為研究對(duì)象，受力分析如圖。aaaaFCABDCEFFEFAyFBFAxaaaaFCACDBEFFE2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析863.列平衡方程。4.聯(lián)立求解。

FAx=－2kNFAy=2kN

FB=2kNaaaaFCABDCEFFEFAyFBFAx2-6

平面簡(jiǎn)單桁架的內(nèi)力分析8