工程力学—平面任意力系(精选)
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第四章平面任意力系详解
同样，有且只有三个独立的平衡方程
例1： 简支梁受力如图，已知F＝300N, q=100N/m,
求A, B处的约束反力。
∑ 解：简支梁受力如图所示：
Fx = 0 ⇒ FAx = 0
F q
FAx A
CD
FAy 2m 2m
4m
∑ Fy = 0
FAy + FB − F − q ⋅ 4 = 0 (1)
B
∑MA =0
M
力的平移定理: 可以将作用于刚体上A点上的
力 F 平行移动到任一点O ，但必须附加一个力偶,
附加力偶的力偶矩等于原力 F 对 O 点之矩。
力的平移的逆过程
M
－F
F
F
r F
图中：
d = MO F
一个力偶矩和一个作用于同一平面的
力 F，可以进一步简化为一个力 。
二、平面任意力系向作用面内一点简化
y
刚体系平衡
系统满足刚体的平衡条件
3. 注意一些临界的力学条件：
刚好拉过台阶FNA = 0
FNA
F
翻倒的临界条件：FN 集中于角点。
FN
§4.3 刚体系的平衡
一、刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，若将处于平衡状
态时的变形体换成刚体（刚化），则平衡状态不变。
F
F
（a）
F
F
（b）
刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件
二、刚体系的平衡问题
y
F1 O F3
F1/ M1 M2 F2/
= F2
O M3 F3/
x=
Mo FR/
O
x
( ) ( ) ( ) r
r
r
M1 = M o F1 M 2 = M o F2 M 3 = M o F3
工程力学第三章 平面任意力系(1)
Y 0
M PR X O P tg
YO P
33
[负号表示力的方向与图中所设方向相反]
受力图：只画外力，不画内力！
27
解决物体系平衡问题的基本思想(依据)：
① 整体系统平衡 系统中每个单独的物体都处于平衡状态。
② 系统独立平衡方程个数＝所有单个物体的独立平衡方程个数之和。
③ 系统独立平衡方程个数，决定了能求解的未知量个数。(静定和超静定) 静定问题的一般解法：
对每个单独的物体作受力分析，画出受力图，列出所有的平衡方程， 联立一定可解。 可解不等于容易求解，联立方程过多，手工计算难度大，只能交给计 算机求解。 手工计算：通过恰当分析得到合适的方程(组)，使方程(组)中未知量个 数少，如果一个方程含一个未知量或者两个方程含两个未知量，则好解。 解题技巧：恰当地选择研究对象（整体、单个物体、多个物体的组合）
③RA方向不定可用正交
分力YA, XA表示; ④ YA, XA, MA为固定端 约束反力; ⑤ YA, XA限制物体平动,
MA为限制转动。
9
简化结果分析
简化结果： 主矢 R' ，主矩 MO ，下面分别讨论。 ① R'=0， MO =0，则力系平衡,下节专门讨论。 ② R' =0,MO≠0 即简化结果为一合力偶, MO=M 此时刚
qa m 200.8 16 RB 2 P 22012( kN) 2 a 2 0.8 YA P qa RB 20 200.81224(kN)
19
[例] 已知：塔式起重机 P=700kN, W=200kN (最大起重量)，尺寸如 图。求：①保证满载和空载时不 致翻倒，平衡块Q=？ ②当
23
受力图（力系）
工程力学-平面任意力系
即：
R' ( X )2 (Y )2 0
LO mO (Fi ) 0
①一般式 （一矩式）
X 0
平面力系中各力在直角坐标系oxy中
Y 0
各坐标轴上投影的代数和及对任意
点的力矩的代数和均为0。
mO (Fi ) 0
②二矩式
∑X=0 或∑Y=0
mA(Fi ) 0
mB (Fi ) 0
AB O
工程中的桁架结构
桁架的优点：轻，充分发挥材料性能。
桁架的特点：①直杆，不计自重，均为二力杆；②杆端铰接；
力
学 中 的 桁 架 模
基 本 三 角 形
型
③外力作用在节点上。
力
学
中 的 桁 架
简 化 计 算 模
模型
型
力
学
中 的 桁 架
简 化 计 算 模
节点
杆件
模型
型
一、节点法 [例3-3] 已知：如图 P=10kN，求各杆内力？
第三章 平面任意力系
平面任意力系（General coplanar force systems)：各力的作用 线在同一平面内，既不汇交为一点又不相互平行的力系叫∼。
[例]
研究方法：把未知力系（平面任意力系）变成已知 力系（平面汇交力系和平面力偶系）
第三章 平面一般力系
§3–1 力向一点平移 §3–2 平面力系的简化 §3–3 平面力系的平衡条件 §3–4 刚体系统的平衡问题 §3–5 考虑有摩擦时物体的平衡问题
§3-2 平面力系的简化
一、平面力系向作用面内一点简化
O: 简化中心
主矢（Principal vector) R Fi
大小： R' R'x2 R'y2 ( X )2 (Y )2
R' ( X )2 (Y )2 0
LO mO (Fi ) 0
①一般式 （一矩式）
X 0
平面力系中各力在直角坐标系oxy中
Y 0
各坐标轴上投影的代数和及对任意
点的力矩的代数和均为0。
mO (Fi ) 0
②二矩式
∑X=0 或∑Y=0
mA(Fi ) 0
mB (Fi ) 0
AB O
工程中的桁架结构
桁架的优点：轻，充分发挥材料性能。
桁架的特点：①直杆，不计自重，均为二力杆；②杆端铰接；
力
学 中 的 桁 架 模
基 本 三 角 形
型
③外力作用在节点上。
力
学
中 的 桁 架
简 化 计 算 模
模型
型
力
学
中 的 桁 架
简 化 计 算 模
节点
杆件
模型
型
一、节点法 [例3-3] 已知：如图 P=10kN，求各杆内力？
第三章 平面任意力系
平面任意力系（General coplanar force systems)：各力的作用 线在同一平面内，既不汇交为一点又不相互平行的力系叫∼。
[例]
研究方法：把未知力系（平面任意力系）变成已知 力系（平面汇交力系和平面力偶系）
第三章 平面一般力系
§3–1 力向一点平移 §3–2 平面力系的简化 §3–3 平面力系的平衡条件 §3–4 刚体系统的平衡问题 §3–5 考虑有摩擦时物体的平衡问题
§3-2 平面力系的简化
一、平面力系向作用面内一点简化
O: 简化中心
主矢（Principal vector) R Fi
大小： R' R'x2 R'y2 ( X )2 (Y )2
《工程力学》5 平面任意力系
r ∑M A (F) = 0 r ∑MB (F) = 0 r ∑MC (F) = 0 A,B,C不共线
每次选择研究对象后， 每次选择研究对象后， 可以用其中任一组。 可以用其中任一组。
平面汇交力系的平衡方程
平面力偶系的平衡方程
∑Fxi = 0 ∑Fyi = 0
理想桁架 (全是二力杆) 全是二力杆)
工程上把几根直杆 连接的地方称为节点
杆件的截取
FA
A B
FB 轴向
n
FA
A
FN FN
B
FB
二、平面桁架平衡时各杆的内力计算 1、节点法 、
取各节点为考察对象
节点法就是假想将某节点周围的杆件割断， 节点法就是假想将某节点周围的杆件割断， 取该节点为考察对象， 取该节点为考察对象，建立其平衡
FBx = − 9 4 3 N F B y = − 7 5 .5 N
尽量以较少的方程求出未知量，简化计算。 尽量以较少的方程求出未知量，简化计算。
Example 5 Determine the pin reactions at A and forces acting on member DEF of the frame shown in figure. Neglect the weights of the members.
(3) Member BC
r ∑MB (F) = 0
作业
3 - 5 ，3 - 6
§3 - 4
平面简单桁架的内力计算
由一些细长 直杆按适当方式 分别在两端连接 而成的几何形状 不变的结构
桁架
一、桁架简化计算的假设
1.各杆件都用光滑铰链相连接 1.各杆件都用光滑铰链相连接 2.各杆件轴线都是直线， 2.各杆件轴线都是直线，并通过铰链中心 各杆件轴线都是直线 3.所有外力(荷载及支座反力) 3.所有外力(荷载及支座反力)都作用在节点上 所有外力
平面任意力系
处旳约束反力。
C
D G
EF
75° 75°
A
B
§4.4 刚体系旳平衡
解: 取整个系统为研究对象:
MA= 0,
FB·AB－G·ADcos75°= 0
AD cos 75
FB=
G AB
=225 N
Fy = 0, FA + FB－G = 0
FA=600－225=375 N
C
D
G FA E F FB
75° 75°
平衡
平衡
平衡
不平衡
§4.4 刚体系旳平衡
二、刚体系旳平衡
求解刚体系平衡问题与求解单一刚体旳环节基本相同： 选择合适旳研究对象，画出其分离体图和受力图，列平衡 方程求解未知力。 不同之处：单一刚体平衡问题研究对象旳选择是唯一旳， 而刚体系则能够选用其中一种刚体，选用刚体系整体或者 某一部分为研究对象。研究对象选择旳灵活性，使得问题 旳解法往往有多种。
(1) FR'= 0 , MO= 0 (3) FR'= 0 , MO 0
(2) FR' 0 , MO= 0 (4) FR' 0 , MO 0
(1) FR'= 0 , MO= 0
(2) FR' 0 , MO= 0 用于简化中心旳主矢
原力系是一种平衡力系 原力系能够合成一种合力，即作
(3) FR'= 0 , MO 0 原力系合成一种力偶，合力偶矩 等于主矩
解：
y
取梁AB为研 FAy
q
究对象，建立坐 标系如图
A FAx
Fx = 0， FA x= 0
2a
MA(F) = 0,
FBy·4a－M－F·2a－q·2a·a = 0
C
D G
EF
75° 75°
A
B
§4.4 刚体系旳平衡
解: 取整个系统为研究对象:
MA= 0,
FB·AB－G·ADcos75°= 0
AD cos 75
FB=
G AB
=225 N
Fy = 0, FA + FB－G = 0
FA=600－225=375 N
C
D
G FA E F FB
75° 75°
平衡
平衡
平衡
不平衡
§4.4 刚体系旳平衡
二、刚体系旳平衡
求解刚体系平衡问题与求解单一刚体旳环节基本相同： 选择合适旳研究对象，画出其分离体图和受力图，列平衡 方程求解未知力。 不同之处：单一刚体平衡问题研究对象旳选择是唯一旳， 而刚体系则能够选用其中一种刚体，选用刚体系整体或者 某一部分为研究对象。研究对象选择旳灵活性，使得问题 旳解法往往有多种。
(1) FR'= 0 , MO= 0 (3) FR'= 0 , MO 0
(2) FR' 0 , MO= 0 (4) FR' 0 , MO 0
(1) FR'= 0 , MO= 0
(2) FR' 0 , MO= 0 用于简化中心旳主矢
原力系是一种平衡力系 原力系能够合成一种合力，即作
(3) FR'= 0 , MO 0 原力系合成一种力偶，合力偶矩 等于主矩
解：
y
取梁AB为研 FAy
q
究对象，建立坐 标系如图
A FAx
Fx = 0， FA x= 0
2a
MA(F) = 0,
FBy·4a－M－F·2a－q·2a·a = 0
工程力学C-第4章 平面任意力系
l 2
q( x) xdx 2l h 3 q( x)dx
0 l 0
l
例 题7：
均匀分布载荷 q =4kN/m ，自由端B作用有集 中力F = 5kN，与铅垂线夹角α=25°，梁长 l = 3m。求固定端的反力。 解： 梁AB ——研究对象
x
M A (Fi ) 0 : M Q l F cos l 0 (Q ql 4 3 12kN) A
2
1 2 M A Fl cos ql 31.59kN m 转向如图 2
F
F
xi
0:
0:
FAx F sin 0
FAx F sin 2.113kN
FAy Q F cos 0
实际方向与图中相反
yi
FAy Q F cos 16.53kN 方向如图
n
平衡方程
平面任意力系平衡的解析条件：所有各力在两个任选的坐标轴 上的投影的代数和分别等于零，以及各力对于任意一点矩的代 数和也等于零。
例 1:
固定端约束
既不能移动，又不能转动的约束—— 固定端约束 固定约束的特点
利用平面力系的简化结果，将端部的分布
力向端部的一点A点简化，得FA、MA。
FA MA
A
B
b
因此，P2必须满足：
Pe P l P (e b) 1 P2 ab a
FNA
FNB
例 题 6 细杆AB 搁置在两互相垂直的光滑斜面上，如图所 示。已知：杆重为P，重心C 在杆AB的中心，两 斜面的几何关系如图。求：杆静止时与水平面的 夹角θ和支点 A、B 的反力。 解： 细杆AB —— 研究对象 设杆AB长 l ,取图示坐标系。
工程力学教学课件 第3章 平面任意力系
A
MA
FAx
A
简 化
2021/7/22
FAy
11
一、简化结果分析
3.2
平
面 任
F1
A1
F2
O A n A2
M O FR'
O
意
Fn
力
系 的 简 化
1 . F R ' 0 ,M o 0
2 . F R ' 0 ,M O 0
结 果
3 . F R ' 0 ,M O 0 4 . F R ' 0 ,M O 0
的 简 化
此时主矩与简化中心的位置无关。
3、主矢不等于零，主矩等于零 (F R ' 0 ,M O 0 )
结 果
此时平面力系简化为一合力，作用在简化
中心，其大小和方向等于原力系的主矢，即
FRF
2021/7/22
13
一、简化结果分析
3.2 4、主矢和主矩均不等于零 (F R ' 0 ,M O 0 )
平
此时还可进一步简化为一合力。
面
任
FR'
FR'
FR
FR
意 力
O M O O
O
d
O
O
O
d
系 的 简 化
FR'' M O m O ( F R ) F R d F R 'd 于是
d M
F
由主矩的定义知：M O m O (F i)
O ' R
结 所以：
m O (F R ) m O (F i)
果 结论：平面任意力系的合力对作用面内任一点之矩
杆所受的力。
A
45
理论力学平面任意力系资料课件
稳定性判定准则
根据受力情况，可以判定一个平衡 状态是否稳定，准则包括牛顿第二 定律、虚位移原理和最小势能原理 等。
04 平面任意力系的实例分析
固定端约束的受力分析
01
固定端约束的定义
固定端约束是指物体在某个固定点受到限制，不能沿约束方向移动或转
动。
02 03
固定端约束的受力特点
固定端约束限制了物体在约束方向上的移动和转动，因此会产生约束反 力。约束反力的大小和方向取决于物体的质量、物体的运动状态以及约 束的形式。
光滑接触面的受力分析方法
对于光滑接触面，我们需要分析接触点处物体的受力情况。根据牛顿第三定律，接触点处 物体受到的法向力大小相等、方向相反。因此，只需要分析其中一个物体的受力情况即可 。
弹性力学问题的受力分析
要点一
弹性力学问题的定义
弹性力学问题是指物体在受到外力作 用时，其内部会产生应力和应变，当 外力消失时，物体能够恢复到原来的 状态。
力的合成
两个或多个分力可以合成一个合力。合力的大小和方向等于 各分力大小和方向的矢量和。
力的矩与转动
力的矩
力对某点产生的力矩等于该点到该力的距离乘以该力的大小。力矩的方向垂直于由力作用点到该点的 向量和该点到转动轴的向量所组成的平面。
转动平衡
当物体所受的合力矩为零时，物体处于转动平衡状态。此时，物体的角速度为零，或者角加速度也为 零。
05 平面任意力系的计算方法
解析法求解平衡问题
01
02
03
解析法
通过已知的约束反力和未 知的约束反力，建立平衡 方程，求解未知的约束反 力。
平衡方程
根据力的平衡条件，建立 的关于约束反力的代数方 程。
求解步骤
根据受力情况，可以判定一个平衡 状态是否稳定，准则包括牛顿第二 定律、虚位移原理和最小势能原理 等。
04 平面任意力系的实例分析
固定端约束的受力分析
01
固定端约束的定义
固定端约束是指物体在某个固定点受到限制，不能沿约束方向移动或转
动。
02 03
固定端约束的受力特点
固定端约束限制了物体在约束方向上的移动和转动，因此会产生约束反 力。约束反力的大小和方向取决于物体的质量、物体的运动状态以及约 束的形式。
光滑接触面的受力分析方法
对于光滑接触面，我们需要分析接触点处物体的受力情况。根据牛顿第三定律，接触点处 物体受到的法向力大小相等、方向相反。因此，只需要分析其中一个物体的受力情况即可 。
弹性力学问题的受力分析
要点一
弹性力学问题的定义
弹性力学问题是指物体在受到外力作 用时，其内部会产生应力和应变，当 外力消失时，物体能够恢复到原来的 状态。
力的合成
两个或多个分力可以合成一个合力。合力的大小和方向等于 各分力大小和方向的矢量和。
力的矩与转动
力的矩
力对某点产生的力矩等于该点到该力的距离乘以该力的大小。力矩的方向垂直于由力作用点到该点的 向量和该点到转动轴的向量所组成的平面。
转动平衡
当物体所受的合力矩为零时，物体处于转动平衡状态。此时，物体的角速度为零，或者角加速度也为 零。
05 平面任意力系的计算方法
解析法求解平衡问题
01
02
03
解析法
通过已知的约束反力和未 知的约束反力，建立平衡 方程，求解未知的约束反 力。
平衡方程
根据力的平衡条件，建立 的关于约束反力的代数方 程。
求解步骤
工程力学I-第4章 平面任意力系
2
FR
( FRx ) ( FRy )
q0 l 2
三角形AbB的面积
21
§4-3 分布荷载
此合力的作用线离A端的距离xc可根据合力矩定理确定。
M（ ） M A (F ) A F R
q0 其中：M（F ） F x lxc A R R c 2 q0 l 2 q0 2 M （ F ） x dx l A l 0 3
O
d1 dn
F1
d2
F2
Fn
一平面任意力系
F2
F1
利用力线平移定理，将各 力向平面内任一点O简化
Fn
y
各力按矢量合成法则合成 力偶矩按代数求和合成
MO
FR
M2 O
Fn
M1
O
x
Mn
向一点简化 平面任意力系
平面汇交力系 F 主矢
R
合成 合成
FR （合力）
（合力偶） MO
与简化中心的位置无关，主矩在一般情况下与简化 FR F1 F2 中心位置有关；因此，在说到主矩时须指出是对于哪一 MO 点的主矩。
O
y
x
Fn
MO M1 M 2 …… M n
FR F1 F2 …… Fn
§4-2 平面任意力系向一点简化
四种情况：
F’R＝0, Mo=0。力系平衡。 、F’R=0, Mo≠ 0。力系简化为一力偶，此力偶与简
32
§4-5 平面平行力系的平衡
平衡方程
二矩式
M (F ) 0; 0; M（F）
A B
A、B两点的连线不以有不能与各力的作用线平行。
33
§4-5 平面平行力系的平衡
FR
( FRx ) ( FRy )
q0 l 2
三角形AbB的面积
21
§4-3 分布荷载
此合力的作用线离A端的距离xc可根据合力矩定理确定。
M（ ） M A (F ) A F R
q0 其中：M（F ） F x lxc A R R c 2 q0 l 2 q0 2 M （ F ） x dx l A l 0 3
O
d1 dn
F1
d2
F2
Fn
一平面任意力系
F2
F1
利用力线平移定理，将各 力向平面内任一点O简化
Fn
y
各力按矢量合成法则合成 力偶矩按代数求和合成
MO
FR
M2 O
Fn
M1
O
x
Mn
向一点简化 平面任意力系
平面汇交力系 F 主矢
R
合成 合成
FR （合力）
（合力偶） MO
与简化中心的位置无关，主矩在一般情况下与简化 FR F1 F2 中心位置有关；因此，在说到主矩时须指出是对于哪一 MO 点的主矩。
O
y
x
Fn
MO M1 M 2 …… M n
FR F1 F2 …… Fn
§4-2 平面任意力系向一点简化
四种情况：
F’R＝0, Mo=0。力系平衡。 、F’R=0, Mo≠ 0。力系简化为一力偶，此力偶与简
32
§4-5 平面平行力系的平衡
平衡方程
二矩式
M (F ) 0; 0; M（F）
A B
A、B两点的连线不以有不能与各力的作用线平行。
33
§4-5 平面平行力系的平衡
工程力学—平面任意力系
置a＝2 m时拉杆的拉力和铰链A的约束反力。
例3 解：取横梁AB为研究对象。
Fx 0
FAx FT cos 0 (1)
FAy
FAx
Fy 0
A
FT
E
H
B
FAy FT sin P Q 0 (2)
P
a
M A(F) 0
Q
FT
sin
l
P
l 2
Qa
0
(3)
从(3)式解出
FT
1
sin
l
FR
O
O′
d
4.3 平面任意力系简化结果分析
从图中可以看出
MO (FR ) FRd MO
由主矩的定义知：
所以
MO MO (Fi ) MO (FR ) MO (Fi )
FR
O
O′
d
结论：平面任意力系的合力对作用面内任一点的矩等 于力系中各力对同一点之矩的代数和。这就是平面任 意力系的合力矩定理。
M A (F ) 0 : FBa P sin (a b) m 0
解之得：
FAx P cos
m Pb sin
FAy
a
FB
m
P sin (a
a
b)
P
FAx
A
m B
C
FAy
FB
平衡方程的其它形式
(1) 二矩式
Fx 0 M A (F ) 0 M B (F ) 0
其中A、B两点的连线AB不能垂直于投影轴x。
补充内容： 平面固定端约束
一物体的一端完全固定在另一物体上所构成的约 束称为固定端或插入端约束。
A
FA A MA
MA
FAy FAx
例3 解：取横梁AB为研究对象。
Fx 0
FAx FT cos 0 (1)
FAy
FAx
Fy 0
A
FT
E
H
B
FAy FT sin P Q 0 (2)
P
a
M A(F) 0
Q
FT
sin
l
P
l 2
Qa
0
(3)
从(3)式解出
FT
1
sin
l
FR
O
O′
d
4.3 平面任意力系简化结果分析
从图中可以看出
MO (FR ) FRd MO
由主矩的定义知：
所以
MO MO (Fi ) MO (FR ) MO (Fi )
FR
O
O′
d
结论：平面任意力系的合力对作用面内任一点的矩等 于力系中各力对同一点之矩的代数和。这就是平面任 意力系的合力矩定理。
M A (F ) 0 : FBa P sin (a b) m 0
解之得：
FAx P cos
m Pb sin
FAy
a
FB
m
P sin (a
a
b)
P
FAx
A
m B
C
FAy
FB
平衡方程的其它形式
(1) 二矩式
Fx 0 M A (F ) 0 M B (F ) 0
其中A、B两点的连线AB不能垂直于投影轴x。
补充内容： 平面固定端约束
一物体的一端完全固定在另一物体上所构成的约 束称为固定端或插入端约束。
A
FA A MA
MA
FAy FAx
平面任意力系(工程力学课件)
解：① 选AB梁为研究对象
qF
② 画受力图
FAy
qF
A
B
M
2a
a
FAx A
M
B FB
列平衡方程
M A(F)
0
F
2a q 2a a M
FB
3a
0
FB
5qa 3
Fx 0
Fy 0
FAx 0
FB FAy F 2qa 0,
FAy
4 qa 3
均布载荷
课堂练习 图示为悬臂梁的平面力学简图。已知梁长为2l，作用均布载荷q，
(2)建立直角坐标系，矩心选在A点，列平衡方程得：
MA (F ) 0
l FT sin 30l G1 2 G2 x 0
FT
G1
2G2 x l
34kN
Fx 0 FAx FT cos 30 0
FAx FT cos 30 29.4kN
平面任意力系的
平衡方程及其应用
Fy 0 FAy G1 G2 FT sin 30 0
FAy F ql 2ql
物体系统的平衡
物体系统的平衡
一、静定与静不定(超静定)问题的概念
平面汇交力系
Fx Fy
0 0
两个独立方程，只能求解两个未知数。
平面力偶系 M 0 一个独立方程，只能求解一个未知数。
平面平行力系
Fy 0
M o F
0
两个独立方程，只能求解两个未知数。
平面任意力系
ab
Gb cos
ab
平面任意力系的 平衡方程及其应用
三、平面平行力系的平衡方程
平面平行力系：各力的作用线共面且相互平行的力系。
平面平行力系是平面任意力系的特例，
平面任意力系
选用基本式﹑二力矩式还是三力矩式，完全决定于计算是否 方便。不论何种形式，独立的平衡方程只有三个。
平面力系
四 . 平面平行力系的平衡方程
平面平行力系平衡的充分必要 条件是：力系中各力的代数和等于 零，以及各力对任一点的矩的代数 和等于零。
平衡方程 的解析式 （基本式）
n
Fiy 0
i 1
二 力
n
FBx 160 N
解得 FBy 400 N
FA 500 N
平面力系
例2.8 如图所示水平梁 AB，受到一均布载荷和一力偶
的作用。已知均布载荷的集度 q 0.2kN/m ，力偶矩的大
小 M 1kN m ，长度l 5m 。不计梁本身的质量，求支座
A、B 的约束反力。
解 （1）以梁 AB 为研究对象进行受力分析。将均布载荷等效
平面力系
力的平移定理可以用在分析实际机械加工问题。例如用 扳手和丝锥攻螺纹，要求两个手同时在扳手的两端均匀用 力，一推一拉，形成力偶作用。下图为错误操作。
平面力系
二、平面一般力系向一点简化 主矢和主矩
用点设分刚别体为上A1作, A用2 ,一…平,面An一。般在力平系面F内1任，F意2，选一，点F，On，各称力为的简作
n
M A (Fi ) 0
F AC M FB sin 600 AB 0
Hale Waihona Puke i 1FB 0.81kN
解得 FAx 0.40kN
0.5l
0.5l
FAy 0.30kN
机械工程基础
FR 大小
和方向
FR FRx2 FRy2 Fix 2 Fiy 2
cos(FR ,i) Fix FR cos(FR , j) Fiy FR
平面力系
四 . 平面平行力系的平衡方程
平面平行力系平衡的充分必要 条件是：力系中各力的代数和等于 零，以及各力对任一点的矩的代数 和等于零。
平衡方程 的解析式 （基本式）
n
Fiy 0
i 1
二 力
n
FBx 160 N
解得 FBy 400 N
FA 500 N
平面力系
例2.8 如图所示水平梁 AB，受到一均布载荷和一力偶
的作用。已知均布载荷的集度 q 0.2kN/m ，力偶矩的大
小 M 1kN m ，长度l 5m 。不计梁本身的质量，求支座
A、B 的约束反力。
解 （1）以梁 AB 为研究对象进行受力分析。将均布载荷等效
平面力系
力的平移定理可以用在分析实际机械加工问题。例如用 扳手和丝锥攻螺纹，要求两个手同时在扳手的两端均匀用 力，一推一拉，形成力偶作用。下图为错误操作。
平面力系
二、平面一般力系向一点简化 主矢和主矩
用点设分刚别体为上A1作, A用2 ,一…平,面An一。般在力平系面F内1任，F意2，选一，点F，On，各称力为的简作
n
M A (Fi ) 0
F AC M FB sin 600 AB 0
Hale Waihona Puke i 1FB 0.81kN
解得 FAx 0.40kN
0.5l
0.5l
FAy 0.30kN
机械工程基础
FR 大小
和方向
FR FRx2 FRy2 Fix 2 Fiy 2
cos(FR ,i) Fix FR cos(FR , j) Fiy FR
工程力学 第三章 平面任意力系
M O FR d
合力矩定理：
M o ( FR ) M O M O ( Fi )
3.1.5 平面任意力系的简化结果分析 ⑶平衡的情形
FR 0 M O 0
平衡
与简化中心的位置无关
例3-1 已知作用在梁AB上的 两力a=3m，求合力大小及作 用线位置。 解：
⑴大小： FR=30KN ⑵方向： 铅垂向下 ⑶作用线位置： A
Fy 0 F1 sin F2 sin F3 sin 0
平面平行力系的方程为两个，有两种形式：
Fy 0 M A 0
各力不得与投影轴垂直
M A 0 M B 0
两点连线不得与各力平行
例3-10已知： P 700kN, P2 200kN, AB=4m； 1
3.2.1 平面任意力系的平衡条件 平面任意力系平衡的充要条件是：
力系的主矢和对任意点的主矩都等于零
FR 0 M O 0
3.2.2 平面任意力系的平衡方程
FR ( Fx ) ( Fy )
2
2
M O M O ( Fi )
Fx 0 Fy 0 M O 0
d.方程要标准
例3-4 已知： AC=CB= l，P=10kN;求：铰链A和DC杆 受力。
解：取AB梁，画受力图.
Fx 0 FAx FC cos 45 0 Fy 0 FAy FC sin 45 P 0 M A 0 FC cos 45 l P 2l 0 解得： FC 28.28kN, FAx 20kN, FAy 10kN
例 3-5 已知： 1 4kN, P2 10kN, 尺寸如图； P 求：BC杆受力及铰链A受力。
工程力学第四章平面任意力系
工程力学第四章平面任意力系工程力学第四章平面任意力系第四章平面任意力系§4-1 平面任意力系概念及工程实例一、工程实例平面任意力系实例二、平面任意力系的概念各个力的作用线在同一平面内，但不汇交于一点，也不都平行的力系称为平面任意力系。
==力线平移定理: 作用于刚体上任一点的力可平移到刚体上任一点而不改变对刚体的作用效应，但需增加一附加力偶，附加力偶的力偶矩矢等于原力对新的作用点之矩矢。
一、力的平移定理—附加力偶§4-2 平面任意力系的合成与平衡力线平移的几个性质：1、当力线平移时，力的大小、方向都不改变，但附加力偶矩的大小与正负一般要随指定O 点的位置的不同而不同。
2、力线平移的过程是可逆的，即作用在同一平面内的一个力和一个力偶，总可以归纳为一个和原力大小相等的平行力。
3、力线平移定理是把刚体上平面任意力系分解为一个平面共点力系和一个平面力偶系的依据。
==应用力线平移定理，可将刚体上平面任意力系中各个力的作用线全部平行移到作用面内某一给定点O 。
从而这力系被分解为平面共点力系和平面力偶系。
这种变换的方法称为力系向给定点O 的简化。
点O 称为简化中心。
二、平面任意力系向一点简化共点力系F1 、F2 、F3 的合成结果为一作用点在点O 的力FR 。
这个力矢FR 称为原平面任意力系的主矢。
附加力偶系的合成结果是作用在同平面内的力偶，这力偶的矩用MO 代表，称为原平面任意力系对简化中心O 的主矩。
结论：平面任意力系向平面内任一点的简化结果，是一个作用在简化中心的主矢和一个对简化中心的主矩。
推广：平面任意力系对简化中心O 的简化结果主矩：主矢：讨论:主矢大小:方向:说明1、平面任意力系的主矢的大小和方向与简化中心的位置无关。
2、平面任意力系的主矩与简化中心O 的位置有关。
因此，在说到力系的主矩时，一定要指明简化中心。
主矩：作为平面一般力系简化结果的一个应用,我们来分析另一种常见约束------固定端约束的反力。
工程力学第三章：平面任意力系
水平尾翼的约束。
车刀
利用平面任意力系的简化讨论固定端约束（以雨搭为例）：
Fi
A
雨搭
雨搭
简化为一个平面任意力系
MA
A
FA
雨搭
FAy
MA
A
FAx
雨搭
向A处简化，简化结果是 一个主矢加一个主矩
主矢方向待定，用两正交分 量表示
例1：已知F1=150N，F2=200N，F3=300N，F=F ́=200N。求此力 系向原点O简化的结果，并求力系的合力。
2
M=0
FR′≠0
3
M=0
合力
合力
合力作用线通过简化中心
合力作用线距离简化中心距离
4
M≠0
d M O / FR
第三种和第四种结果属于同一种情形。是简化中心选择的不同 引起的。
四、合力矩定理
可以证明，M O ( FR ) M O ( Fi )
i 1
n
由于简化中心可任取，因此上式有普遍意义，可描述为：平 面任意力系的合力对作用面内任一点之矩等于力系中各分力 对于同一点之矩的代数和。
4、在列平衡方程时，最好将力矩方程的矩心取为两个未知力的 交点，而对投影方程的投影轴的选取，应尽可能使其与某些未知 力垂直，为什么？ 答：避免解联立方程，使方程尽量简单。
5、在等腰直角三角形上的A、B、C三点分别作用三个力，各力 的大小和方向如图所示。问该力系是否平衡？为什么？
问题引入：平面任意力系研究物体或物系在受到相关力系作用
下的平衡问题。
吊车：工程中吊车的
起重载荷如何进行计
算？
破碎机：鄂式破碎机是矿山机械中常见的机械设备，颚板作用 给矿石的作用力应如何进行计算？
平面任意力系
用，已知载荷集度q = 100N/m，力偶矩大小M =
500 N•m。长度AB = 3m，DB=1m。求活动铰支D 和固
定铰支A 旳反力。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
q
M
A
D
B
2m
1m
y
M
NAy
Q
A
NAx
CD
B
x
解：
ND
1、取梁AB为研究对象。
2、受力分析如图，其中Q=q.AB=100×3=300N；作
用在AB旳中点C 。
§3–5 平面任意力系旳平衡条件和平衡方程
第三章 平面任意力系
平面任意力系
各个力旳作用线在同一平面内， 但不汇交于一点，也不都平行旳力 系称为平面任意力系
§3–1 力对点之矩
第 §3–2 力旳平移定理 三 章 §3–3 平面任意力系旳简化•主矢与主矩
平 §3–4 平面任意力系简化成果旳讨论.合力矩定理
面 任
§3–5 平面任意力系旳平衡条件和平衡方程
22
B
F3
2m
R Rx2 Ry2 0.794
cosR、x Rx 0.614
R
R , x 526'
cosR、y
R y
0.789
R
R , y 3754'
F1
O
3m
y A
R
O
F4 C 30° x
B
C
x
§3–4 平面任意力系简化成果旳讨论.合力矩定理
② 求主矩：
LO mo F
y
F2
阐明如下：
R
LO
O
=
R R
Lo
OR A