理论力学3平面任意力系的简化与求解课件

第四章平面任意力系4平面任意力系

平面任意力系向作用面内一点的简化

平面任意力系的平衡条件和平衡方程

物体系统的平衡·静定和超静定问题

平面简单桁架的内力计算4.1.1

力线平移定理

定理：可以把作用在刚体上点A的力F平行移到任一点O，但必须同时附加一个力偶，这个附加力偶的矩等于原来的力F对新作用点O的矩。

力线平移定理的逆步骤，亦可把一个力和一个力偶合成一个力。4.1平面任意力系向作用面内一点简化ABMABF′F′F″FABF＝＝OxyijOOxyF1F2FnF1′F2′Fn′MnM2M1MOFR′4.1.2平面任意力系向一点简化·主矢与主矩4.1.2平面任意力系向一点简化·主矢与主矩平面汇交力系力，R′

(主矢，作用在简化中心)平面力偶系力偶，MO

(主矩，作用在该平面上)平面任意力系平面汇交力系+平面力偶系向一点简化其中平面汇交力系的合力为平面力偶系的合成结果为平面任意力系中各力的矢量和称为平面任意力系的主矢。主矢与简化中心的位置无关。4.1.2平面任意力系向一点简化·主矢与主矩AAA一物体的一端完全固定在另一物体上所构成的约束称为固定端支座。4.1.2.2平面固定端约束AMAYAXARAMA4.2平面任意力系简化结果分析四种情况：(1)R'＝0，MO≠0;(2)R'

≠

0，MO

＝0;(3)R'≠

0，MO≠0;(4)R'

＝0，MO＝0(1)平面任意力系简化为一个力偶的情形原力系合成为合力偶。合力偶矩M等于原力系对简化中心的主矩。此时主矩与简化中心的位置无关。

R'

＝0，MO≠04.2平面任意力系简化结果分析(2)平面任意力系简化为一个合力的情形·合力矩定理如果主矩等于零，主矢不等于零，则此时平面力系简化为一合力，作用线恰好通过简化中心。如果主矢和主矩均不等于零，此时还可进一步简化为一合力。如图OO′R′dR″RRMOR′OO′dOO′结论：1、合力的大小等于线荷载所组成几何图形的面积。2、合力的方向与线荷载的方向相同。3、合力的作用线通过荷载图的形心。4.2.2平行分布线荷载的简化1、均布荷载2、三角形荷载3、梯形荷载l/2l/2qQQqq2q1可以看作一个三角形荷载和一个均布荷载的叠加634ABC

[例]图示力系，已知：P1=100N,P2=50N,P3=200N,图中距离单位cm。求：1、力系主矢及对A点之矩？

2、力系简化最后结果。解：1、建立坐标系xy2、X=∑Fx=P3=200NY=∑Fy=P1+P2=100+50=150N∴主矢∴=36.9°ABCxy2、简化最终结果LA

=mAh主矢主矩最终结果合力大小：方向:=36.9°位置图示：方向：=36.9°在A点左还是右？4.3平面任意力系的平衡条件和平衡方程4.3.2平衡方程即：平面任意力系平衡的解析条件是：力系中所有各力在其作用面内两个任选的坐标轴上投影的代数和分别等于零，所有各力对任一点之矩的代数和等于零。上式称为平面任意力系的平衡方程。由于所以解：以刚架为研究对象，受力如图。解之得：例1例1求图示刚架的约束反力。APabqAPqFAyFAxMA例2例2求图示梁的支座反力。解：以梁为研究对象，受力如图。解之得：ABCPabqmABCPqmFBFAyFAx例3解：取横梁AB为研究对象。ABEHPQFTFAyFAxaa从(3)式解出代入(1)式解出代入(2)式解出例3CABEHPQFTFAyFAxaa如果再分别取B和C为矩心列平衡方程得有效的方程组合是：1,2,3；1,2,4；1,2,5；1,3,4；2,4,5；3,4,5例5例5求图示三铰刚架的支座反力。解：先以整体为研究对象，受力如图。可解得：CBqaaaAFFAxFAyqCBAFFBxFBy例6例6求图示多跨静定梁的支座反力。解：先以CD为研究对象，受力如图。再以整体为研究对象，受力如图。CBq22FAD13FCxFCyFDqFFAxFAyFDFBq解得CDCBAD例7例7求图示结构固定端的约束反力。解：先以BC为研究对象，受力如图。再以AB部分为研究对象，受力如图。求得CBqFAMbaaFBMCBFCF'BFAyqFBAMAFAx例12例12两根铅直梁AB、CD与水平梁BC铰接，B、C、D均为光滑铰链，A为固定支座，各梁的长度均为l＝2m，受力情况如图所示。已知水平力F＝6kN，M＝4kN·m，q＝3kN/m。求固定端A及铰链C的约束反力。ABCDF2l/3l/2Mq0MBCFByFBxFCxFCy解:(1)取BC分析求得结果为负说明与假设方向相反。例12(2)取CD分析FCDF'CxF'CyFDxFDy求得结果为负说明与假设方向相反。ABCDF2l/3l/2Mq0例12Mq0FCxFCyFAyMAFAxBCA(3)取AB、BC分析求得结果为负说明与假设方向相反，即为顺时针方向。ABCDF2l/3l/2Mq0ABEDax1234EACBD例13例13编号为1、2、3、4的四根杆件组成平面结构，其中A、C、E为光滑铰链，B、D为光滑接触，E为中点，各杆自重不计。在水平杆2上作用一铅垂向下的力F，试证明无论力F的位置x如何改变，其竖杆1总是受到大小等于F的压力。F解：本题为求二力杆（杆1）的内力FA1或FC1。为此先取杆2、4及销钉A为研究对象，受力如图。FFA1FEyFExFNDb上式中FND和FNB为未知量，必须先求得；