平面力系-PPT课件

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力偶:两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成 的力系。 记作(F,F′) d 称为力偶臂 力偶所在的平面称为力偶的作用面。
2.4 平面力偶
(1)力偶不能合成为一个力,力偶也不能用一个力来平衡。因 此,力和力偶是静力学的两个基本要素
(2)力偶对作用面内任一点的矩,与矩心的位置无关。 力偶对点O的矩为Mo(F,F′),则 M o (F ,F ) M o (F ) M o (F ) F (x d ) F xF d 力偶矩是一个代数量,其绝对值等于力的 大小与力偶臂的乘积,正负号表示力偶的 转向:一般以逆时针转向为正,反之为负。
合力矩定理:平面汇交力系的合力对于平面内任一点之 矩等于所有各分力对于该点之矩的代数和。
n
MO(FR) MO(Fi) i1
上式适用于任何有合力存在的力系。
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
力矩的解析表达式 已知力F,作用点A(x,y)及夹角θ。 力F 对坐标原点O之矩
M O (F ) M O (F y) M O (F x)
Fx 0 FBAF1sin30F2sin60 0 Fy 0 FBC F1co3s0F2co6s0 0
F 1F2P2k0N 4.解方程
F B A 0 .3P 6 6 7 .3k 2N 1F BC 1.36 P 62.3 7k 2N FBC为正值,表示这力的假设方向与实际方向相同, 即杆BC受压。 FBA为负值,表示这力的假设方向与实际 方向相反,即杆AB也受压力。
结论:平面汇交力系可简化为一合力,其合力的大小与方向
等于各分力的矢量和(几何和),合力的作用线通过汇交点。
特殊情况:如力系中各力的作用线都沿同一直线,则
此力系称为共线力系它是平面汇交力系的特殊情况,该力
系合力的大小与方向决定于各分力的代数和,即
n
FR Fi
i1
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例:如图所示,重物P=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮 上,钢丝绳的另一端缠绕在铰车D上。杆AB与BC铰接,并 以铰链A、C与墙连接。如两杆和滑轮的自重不计,并忽略 摩擦和滑轮的大小,试求平衡时杆AB和BC所受的力。
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
解:1.取滑轮B为研究对象 2.画研究对象的受力图 3.列平衡方程
Fx 0 FBAcos FBCcos 0 Fy 0 FBAsinFBCsinF 0
解得 FBAFBC2sFin11.35kN
再取压块C为研究对象
Fx 0 FCx FCBcos 0
Fy 0 FCBsin FCy 0
解得
FCxF 2scio nsF 2cot
Fl 2h
1
1.2
5kN
FCyFCBsin
F 2
1.5kN
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
[例] 已知:P =20 kN ,不计杆 重和滑轮尺寸,求:杆AB与BC 所受的力。
A C
30
B
30 30
P
解: ①以滑轮为研究对象
②画受力图
y
③列平衡方程求解
Fx 0 F B A F Bc C 3 o 0 F s T s3 in 0 0 F A B
力多边形
FR2=FR1+F3=F1+F2+F3 作力多边形时,不必画出 FR1.FR2
FR=FR2+F4=F1+F2+F3+F4 可任意变换各分力矢的次序
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
推广:设平面汇交力系包含n个力,以FR表示合力矢,则有
n
F R F 1 F 2 F n F i i1
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例:如图所示的压榨机中,杆AB和BC的长度相等,自 重不计。A、B、C处为铰链连接。已知活塞D上受到油缸 内的总压力为F=3kN,h=200mm,l=1500mm。试求压块 C对工件与地面的压力,以及AB杆所受的力。
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
解:先取活塞杆DB为研究对象
欢迎
2 平面力系
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法 2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法 2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算 2.4 平面力偶 2.5 平面任意力系合成与平衡
按照力系中各力的作用线是否在同一平面 来分,力系可分为:
平面力系和空间力系
按照力系中各力的作用线是否相交、平行来 分,力系可分为:
三、平面汇交力系平衡的解析法
该力系平衡的必要和充分条件是: 该力系的合力FR 等于零。
F R( F i)x2( F i)y20
欲使上式成立,必须同时满足
F ix 0
F iy 0
平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:
各力在两个坐标轴上投影的代数和分别等于零。
Fix 0 称为平面汇交力系的平衡方程。 Fiy 0
cosF(R,i)FFRRx
F ix FR
cosF(R,j)FFRRy
F iy FR
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
例:F1=2kN,F2=3kN,F3=1kN,F4=2.5kN,用解析法求合力。
解: 取坐标系Axy。
4
FRx Fix F1co3s0F2co6s0 F3co4s5F4co4s51.29kN i 1 4
于轮心O之矩。
h
解:(1)应用力矩计算公式
MO(Fn)Fnh
0.16
Fn
D cos
2
10 00 co2s0Nm7.2 5Nm
2
(2)应用合力矩定理
Ft Fncos Fr Fnsin
M O (F n ) M O (F t) M O (F r)
(Fn
cos)
D0 2
7.5 2Nm
2.4 平面力偶 一、力偶与力偶矩
4、对力的方向判定不准的,一般用解析法。 5、解析法解题时,力的方向可以任意设,如果求出 负值,说明力方向与假设相反。对于二力构件,一般 先设为拉力,如果求出负值,说明物体受压力。
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
一、力对点之矩(力矩) 点O:矩心 距离h:力臂
力对点之矩是一个代数量, 它的绝对值等于力的大小与力 臂的乘积,其正负按下法确定:
力使物体绕矩心逆时针转向时为正,反之为负。
力F 对于点O的矩以MO(F )表示,即 M O (F )F h 2S OAB
显然,当力的作用线通过矩心,即力臂等于零时,它 对矩心的力矩等于零。
力矩的单位常用 N·m 或 kN·m 。
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
二、合力矩定理与力矩的解析表达式

xF sinyF co s
MO(F)xF yyF x
上式为平面内力对点的矩的解析表达式。
合力FR对坐标原点之矩的n 解析表达式
MO(FR) (xiFyi yiFxi ) i1
2.3 平面力系中力对点之矩的概念及计算
例:作用于齿轮的啮合力Fn=1000N,节圆
直径D=160mm,压力角α=20º。求啮合力Fn对
记为M(F,F′) 简记为M。
MFd2AABC
力偶矩的单位:N·m。
2.4 平面力偶
二、同平面内力偶的等效定理 定理:在同平面内的两个力偶,如果力偶矩相等,则
两力偶彼此等效。
已知:M(Fo,Fo')=M(F,F')
证明:(Fo,Fo')与(F,F')等效 证明:分别将Fo,Fo'移到点A,B。 然后分解。显然,F1,F1',F2,F2' 与(Fo,Fo')等效。F1,F1 '是一对平衡力 可以除去,F2,F2'组成一新力偶,且 与(Fo,Fo')等效。
[例] 已知如图P、Q, 求平衡时 =? 地面的反力FND=?
解:研究球,受力如图. 列平衡方程为
Fx 0 F T 2co sF T 10 ①
Fy 0 F T 2sin Q F N D0 ②

由①得
F T1 P; F T2 2P
cosFT1 P 1
FT2 2P 2
600
FT1
y A Q
FT2
二、平面汇交力系平衡的几何法
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。即
n
Fi 0
i 1
在平衡时,力多边形最后一个力的终点与第一个力的 起点重合,此时的力多边形称为封闭的力多边形。
于是,平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:该力系 的力多边形自行封闭,这是平衡的几何条件。
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
例:门式刚架,在B点受一水平力F=20kN,不计刚架 自重。求支座 A、D 的约束力。
解:
FD
a
F
b
1.取刚架为研究对象 2.画受力图 3.按比例作力三角形 4.量得
arctan1226.5
F D 1 0 k NF A 2 2 .5 k N
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
例 三铰刚架受力如图示 求:A, B , C处的约束反力
力F沿轴 分解: Fx和F y 为矢 量 F x F xi F y F yj FFxiFyj
称为力的解析表达式
如已知投影Fx和Fy,则力F的大小和方向余弦为
F Fx2 Fy2
co F ,s i) (F x co F ,s j) (F y
F
F
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
二、平面汇交力系合成的解析法
FRy Fiy F1sin30F2sin60F3sin45F4sin451.12kN i1 合力大小:
FR
Hale Waihona Puke FR FR2xFR2y ( Fix)2( Fiy)2
θ
1.2921.122 1.71kN
合力方向:
arctanFRy arctan1.12 41 (第象限)
FRx
1.29
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
C
a
a
A
P
a B
FC C
C
45°
45°
P
解:(1)以AC为研究对象, A
FC B
画受力图
FA
(2) 以CB为研究对象, 画受力图, (3)画力多边形
FB
45°
FB
45°P FC
所以 FB = FC = Pcos45o = 0.707P FA= FC= 0.707P
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
已知:F1,F2,F3,…Fn。求合力nFR。
FR
由上节知:F R F 1 F 2 F n F i
根据合矢量投影定理
i1
n
FRx F 1 x F 2 x F nx Fix
i 1
n
FRy F 1yF 2y F ny Fiy
i 1
FR FR2xFR2y ( Fix)2( Fiy)2
FNB= 0时为 球离开地面
PF Nsin
FR RhP h(2Rh) R
F(Rh) h(2Rh)
FP
h(2Rh) Rh
当FP
h(2Rh)时球方能离开地面 Rh
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
一、力在正交坐标轴系的投影与力的解析表达式
F xF co s F yF co s
力在轴上的投影:Fx和Fy为代数量
30
B
3 0 3 0
x
F y 0 F Bs C 3 i n 0 F 1 c3 o 0 s F 0
FT F
其中
FFT P
F BC
解得 FBC74.64kN(压) FAB54.64kN(拉)
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
[例] 已知 P=2kN ,求CD所受的力和A处的约束反力。 解:①以AB杆为研究对象 ②画受力图 ③列平衡方程求解
[例] 求当F力达到多大时,球离开地面?已知P、R、h 解:研究物块,受力如图,
解力三角形:
FN
F
cos
又: co s R 2R (Rh)2R 1 h(2Rh)
FN
FR h(2Rh)
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
再研究球,受力如图: 作力三角形
解力三角形:
PF N sin
又 si nRR h FN FN
Fx 0 R AcosSC Dcos4500
F y 0 P R A si n S Cs D 4 i0 n 5 0
tanEB0.41
AB 1.2 3
解得:
SCD si4n05cPo40 s5tg 4.2k 4N ; RASCDccoo4ss503.16kN
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法
x
FND
由②得
F N D Q -F T 2 si n Q 2 P s-6 i0 n 0 Q 3 P
2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法 解题技巧及说明: 1、一般地,对于只受三个力作用的物体,且角度特 殊时用几何法(解力三角形)比较简便。
2、一般对于受多个力作用的物体,都用解析法。
3、投影轴常选择与未知力垂直,最好使每个方程中只 有一个未知数。
汇交力系、平行力系和任意力系
平面汇交力系:各力的作用线都在同一平面 内且汇交于一点的力系。
2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
一、平面汇交力系合成的几何法
F2
F1
FR
F3 F4
已知:平面汇交力系 F1,F2,F3,F4
F3
求:合力 FR
F2 FR1
F4
FR2
F4
F2
F1
F1
FR
FR F3
FR1=F1+F2
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