《构件静力问题》PPT课件.ppt
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1、2023/7/18,1,第2章 构件静力问题的分析与解决,第2章 构件静力问题的分析与解决,2023/7/18,2,2.1 构件平面力系的合成 2.2 构件平衡问题的分析与解决 2.3 摩擦平衡问题的分析与解决,第2章 构件静力问题的分析与解决,第2章 构件静力问题的分析与解决,2023/7/18,3,【本章知识学习目标】,1.理解平面力系合成的方法、过程和相关公式。2.理解主矢与合力、主矩与合力偶及其区别。3.理解力系平衡总则及平衡方程式。4.理解物系的拆分及研究对象的选取。5.了解静定与静不定问题。6.理解滑动摩擦力性质、摩擦定律。理解摩擦角与自锁及其工程应用。,第2章 构件静力问题的分析
2、与解决,2023/7/18,4,【本章能力训练目标】,1.会把平面的汇交力系、力偶系、任意力系进行合成。2.能够灵活应用力系平衡总则分析解决单个构件和物系的平衡问题。3.会用力系平衡总则及摩擦定律分析解决带摩擦的平衡问题。,第2章 构件静力问题的分析与解决,2023/7/18,5,2.1 构件平面力系的合成,【知识要点学习】,2.1.1 平面汇交力系的合成 平面汇交力系力系中各力作用线共处同一平面,且全部汇交于一点。平面汇交力系合成求平面汇交力系的合力。,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,6,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,7,例 2-1 已知物体的O点作用着平面
3、汇交力系(F1,F2,F3,F4),其中F1 F2100N,F3150N,F4200N,各力的方向如图所示。求此力系合力的大小和方向。,【能力训练示范平面汇交力系合成示例】,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,8,解:(1)建立平面直角坐标系Oxy。(2)由合力投影定理分别计算合力FR的两个投影。,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,9,(3)求合力FR的大小和方向。,2.1 构件平面力系的合成,由于投影FRx为“”、FRy为“”,表明分力FRx沿x轴负向、FRy沿y轴正向,据此可确定合力FR从O点起指向左上方,如图所示。,2023/7/18,10,【知识要点学习】,2
4、.1.2 平面力偶系的合成 见“1.3.6 平面力偶系的合成与平衡”。,2.1 构件平面力系的合成,2.1.3 平面一般(任意)力系的合成 平面一般(任意)力系力系中各力作用线共处同一平面,但并不都汇交于一点,又不完全平行。平面一般力系合成求平面一般力系的合力。平面任意力系是工程实际中最常见的,空间力系有些也可以转化为平面力系来求解。分析和解决平面任意力系问题的方法具有普遍性,意义重大。,2023/7/18,11,例2-2 平面一般力系如图,各力大小为F1=800N,F2=600N,F3=1000N,F4=500N,每刻度图示长度为100mm。求该力系合成的最后结果。,【能力训练示范平面一般力
5、系合成示例1】,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,12,2023/7/18,13,解:(1)将各力平移到合成中心O点,把“平面一般力系”转化为“平面汇交力系”加“平面力偶系”,如上页图。,(2)求解平移所得的“平面汇交力系”的合力:=Fx=F1x+F2x+F3x+F4x=F1+0-F3 cos30-F4 sin 60=800-10000.866-5000.866=-499(N),=Fy=F1y+F2y+F3y+F4y=0+F2-F3 sin 30+F4 cos60=600-10000.5+5000.5=350(N),2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,14,由于投影为
6、负、为正,所以的分力沿x轴负向、沿y轴正向,方向是从O点起指向左上方,如图c。,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,15,(3)求解平移所得的“平面力偶系”的合力偶MO:MO=m1+m2+m3+m4=-F1200+F2400+F3 sin 30200-F4 sin 60200=-800200+600400+10000.5200-5000.866200=93400 Nmm。,MO:平面一般力系的主矩,它也只反映平面一般力系使刚体绕合成中心O点转动的效果,也不能反映平面一般力系的全部作用效果。主矩随合成中心位置的不同而改变,即与合成中心的位置有关。,2.1 构件平面力系的合成,:平面一
7、般力系的主矢,它只反映平面一般力系使刚体移动的效果,并不能反映平面一般力系的全部作用效果。主矢不随合成中心位置的不同而改变,即与合成中心的位置无关。,2023/7/18,16,(4)如果主矢和主矩都不为零,还可继续合成,即把主矢恰当平移后所产生的附加力偶与主矩恰好抵消,最后可得合力FR。,对于本例,主矢应向右上方平移,以产生顺时针附加力偶Mo与逆时针主矩Mo抵消,平移距离d计算如下:,到达最终位置(已离开O点)的力FR即为整个平面一般力系的合力,它能反映平面一般力系的全部作用效果。合力的大小和方向与主矢完全相同,但两者力线位置不同。,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,17,【能力
8、训练示范平面一般力系合成示例2】,2.1 构件平面力系的合成,例2-3 如图所示,每方格边长为100mm,F1F2100N,F3F4 N,以A点为合成中心,求该力系的合力。,2023/7/18,18,2.1 构件平面力系的合成,解(1)计算主矢,2023/7/18,19,(2)计算主矩MA,2.1 构件平面力系的合成,最后通过B点单独的力FR方为原平面一般力系的最后合成结果,即合力FR,其大小为141N,与x轴成45角,指向左上方,如图c。,(3)将主矢和主矩合成 因主矢和主矩都不为零,还可继续合成,即将主矢向右上方平移恰当距离d,以恰好抵销主矩MA:,2023/7/18,20,例2-4 如右
9、图所示刚架,已知FAx=3 kN,FAy=5 kN,FB=1 kN,m=2.5 kNm,F=5 kN,图中尺寸单位为m。求该力系的合力。,【能力训练示范平面一般力系合成示例3】,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,21,解:以C点为合成中心,采取简化解法(1)计算主矢,2.1 构件平面力系的合成,2023/7/18,22,主矢和主矩同时为零,则该力系的合力必定为零,为平衡力系。,(2)计算主矩MC,由本例可见,力偶对主矢的计算无影响,因为力偶中的两个力等值、反向,在任一轴上投影的代数和都等于零。但力偶对主矩有直接影响,无论以何点为合成中心,在计算主矩时都以力偶矩代入。,2.1 构件
10、平面力系的合成,2023/7/18,23,2.2 构件平衡问题的分析与解决,【知识要点学习】,2.2.1 力系平衡总则 当主矢和主矩同时为零,即表明该力系的移动效果和转动效果同时为零,此时平面一般力系成为平衡力系。平面一般力系平衡的必要和充分条件是:,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,24,平面一般力系的平衡方程:,在求解每个构件的平面一般力系的平衡问题时,能且最多只能求出三个未知力。,平面汇交力系、平面平行力系和平面力偶系是平面一般力系的特殊情况,同样适用于上述平衡方程。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,25,平面一般力系平衡方程的基本式,也称为两投
11、影一力矩式。除此之外还有其它两种形式:,可把上述平衡条件和平衡方程概括为“力系平衡总则”,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,26,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,27,2.2 构件平衡问题的分析与解决,掌握“力系平衡的总则”后,不必记忆各种平衡方程,在求解不同平衡问题时,恰当地建立投影轴,尽可能地使投影轴平行于(或垂直于)几个未知力;灵活选取矩心,尽可能地使矩心处在几个未知力的交点上。尽可能地使一个平衡方程里只含有一个未知量,避免联立方程,以方便求解。,2023/7/18,28,2.2.2 构件平衡问题的分析与解决 分析与解决构件平衡问题的基本步骤:(
12、1)选取研究对象,画出受力图;(2)恰当建立投影轴及灵活选取矩心,列出平衡方程;(3)求解未知量。,物系构件多、外力多、内力多,应注意灵活而恰当地选取研究对象,一般有两种方法:先整体后拆开:先以整个物系为研究对象,求出部分未知量,然后再拆开物系,选取其中合适研究对象,求出其余未知量。拆开物系逐个求解:将物系拆开,先选既有已知力且未知力较少的构件为研究对象,求解出部分未知量,再取其它构件为对象,直到求出所有未知量。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,29,例2-5 如下图(a),一简支梁AB中点上作用载荷F,已知F20kN,求支座A、B的反力。,【能力训练示范单个构件平衡问题
13、的分析与解决示例1】,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,30,解:(1)取梁AB为研究对象作其受力图,如图(b)。A处为可动铰链支座,约束反力FA垂直于斜面向上。B处为固定铰链支座,约束反力是FBx、FBy。(2)建立直角坐标系。上一步FBx、FBy已说明了坐标轴,该步骤略。(3)列方程并求解未知力。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,由:得:,2023/7/18,31,2.2 构件平衡问题的分析与解决,由:得:,说明:(1)FBx为负值说明它的实际指向与原假设指向相反,但不必更改受力图。(2)一般情况下,固定铰链的两个约束分力FBx、FBy不必合成。,2023/7/18,
14、32,例2-6 如右图所示,一悬臂梁AB上作用着集中力F、力偶M和载荷集度为q的均布载荷。已知l1m,F20kN,M10kNm,q10kN/m。求固定端A处的约束反力。,【能力训练示范单个构件平衡问题的分析与解决示例2】,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,33,解:q为均布载荷的载荷集度,不是力,其合力Qql,视为作用于均布载荷的中点。(1)取粱AB为研究对象,并作出其受力图。(2)列方程并求解未知力。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,34,说明:切记不要漏画、漏算固定端的约束反力偶MA。,由:得:,由:得:,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023
15、/7/18,35,例2-7 如下图(a)所示,一简支梁DABC上作用着载荷:F2kN,M2.5kNm,q1kN/m。求支座A、B的约束反力。,【能力训练示范单个构件平衡问题的分析与解决示例3】,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,36,解:(1)作梁DABC的受力图如图(b),这是平面平行力系。(2)列方程并求解未知力。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,37,说明:平面平行力系一般先列力矩方程求出一未知力,再列投影方程求另一个力。,由:得:,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,38,例2-8 如图(a)所示,一简支梁AB上作用着力偶M,
16、已知M10kNm,l4m。求支座A、B的约束反力。,【能力训练示范单个构件平衡问题的分析与解决示例4】,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,39,解:(1)因梁上只有一个主动力偶,根据力偶的性质,A、B支座的约束反力必然组成另一个力偶,才能与主动力偶平衡,于是作出受力图图(b)。(2)列方程并求解未知力。,说明:本例是平衡的平面力偶系,只有1个独立平衡方程,只能求出1个未知力。,2.2 构件平衡问题的分析与解决,2023/7/18,40,例2-9 如下图(a)所示支架,不计自重的AB杆与AC杆间的夹角为30,A点悬挂着重物F 50kN,分别计算两杆所受的力。,【能力训练示范物
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