剪力图和弯矩图(史上最全面)

18
mA(Fi) 0 ,
Q(x)dx
1 2
q( x)(d x)2
M
(x)
[M
(x)
dM
(x)]
0
dM (x) dx
Q(x)
弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。
y M(x) Q(x)
q(x) Q(x)+d Q(x)
A
dx
M(x)+d M(x)
弯矩与荷载集度的关系是：
dM 2(x) dx2
与 M1
x
m
反
M
M2
M1 M2 40m
[例1] 绘制下列图示梁的弯矩图。
(1)
2P
M
a
a
P
Pa + x
=
=
2P
M1
–
x
2Pa
+
+
M2
2Pa
+
P
41 x
(2)
a
q
M
–
x
=
a q
qa2 M1
=+
下面几章中，将以对称弯曲为主，讨论梁的应力和变形计算。
5
二、梁的计算简图 梁的支承条件与载荷情况一般都比较复杂，为了便于分析计算，应进行
必要的简化，抽象出计算简图。
1. 构件本身的简化 通常取梁的轴线来代替梁。
2. 载荷简化 作用于梁上的载荷（包括支座反力）可简化为三种类型：
集中力、集中力偶和分布载荷。
M1
Q1 x1
图（b）
Y qL Q1 0 Q1 qL
mA(Fi) qLx1 M1 0 M1 qLx1
14
2--2截面处截取的分离体如图（c）
Y qL Q2 q( x2 a ) 0
Q2 q(x2 a L)
mB(Fi) 0 ,
qLx2
M2
1 2
q(x2
a)2
一、 剪力、弯矩与分布荷载间的关系
q(x)
对dx 段进行平衡分析，有：
Y 0
Q( x ) q( x )dx Q( x ) dQ( x ) 0
dx x
q( x )dx dQ( x )
y
M(x) Q(x)
q(x) Q(x)+d Q(x)
A
dx
M(x)+d M(x)
dQx
dx
qx
剪力图上某点处的切线斜率等于该点处 荷载集度的大小。
M
qa2/4
+
q
B
RA
qa 4
; RB
7qa 4
x
7qa/4
x
25
[例9] 已知Q图，求外载及M图（梁上无集中力偶）。
Q(kN)
2 +
–
3
1m
2m
5kN
1
+
x
1m 1kN
M(kN·m)
1.25 1
q=2kN/m
+
x
_
1
26
§4–5 按叠加原理作弯矩图
一、叠加原理： 多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的
3. 支座简化
6
3. 支座简化
①固定铰支座 2个约束，1个自由度。如：桥梁下的固定支
座，止推滚珠轴承等。
②可动铰支座 1个约束，2个自由度。
如：桥梁下的辊轴支座，滚珠轴承等。
③固定端
3个约束，0个自由度。如：游泳池的跳水板支
座，木桩下端的支座等。
XA
MA
7
YA
4. 梁的三种基本形式 ①简支梁
M — 集中力偶
x B点左： Q qa ; M 1 qa2
2
2
B点右：
Q qa ; M 1 qa2
2
2
C点左： Q qa ; M 1 qa2
M 的驻点：
Q
2 0; M
3
2 qa2
8
x C点右： Q qa ; M 1 qa2
2
2
右端点D： Q 1 qa ; M 0 23 2
1、练习直接画内力图 P129 4、4－d、j（对称载荷）、m(反对称载荷)
侧），但须注明正、负号。
33
l P1 P1a
[例10] 试作图示刚架的内力图。
a
P1
P2
B
C
P2 A
+
+ Q图
P1 –
N图 P1a
M图 P1a+ P2 l 34
二、曲杆：轴线为曲线的杆件。 内力情况及绘制方法与平面刚架相同。
[例11] 已知：如图所示，P及R 。试绘制Q、M、N 图。
解：建立极坐标，O为极点，OB
2 Q 0; M 3 qa2
2
22
[例5] 用简易作图法画下列各图示梁的内力图。AB=BC=CD=a
q
A
B
RA qa
Q
qa/2
+
– qa/2
qa2 CD
RD
– qa/2
M qa2/2 +
–
3qa2/8 qa2/2
qa2/2
解：求支反力 左端点A：
RA
qa 2
;
RD
qa 2
Q qa ; M 0 2
步骤： ①分别作出各项荷载单独作用下梁的弯矩图； ②将其相应的纵坐标叠加即可（注意：不是图形的简单拼凑）。
28
[例7]按叠加原理作弯矩图(AB=2a，力P作用在梁AB的中点处）。
P
A
q BM
Pa 2
qa2 2
x x
+ P
=
=+
A
B
M1
Pa 2
+
+
q
qa2
A
B M2
2
+
x
29
三、对称性与反对称性的应用： 对称结构在对称载荷作用下，Q图反对称，M图对称；对称结构在反对称载荷作
Q(+)
Q(+)
Q(–)
Q(–)
②弯矩M：使梁变成凹形的为正弯矩；使梁变成凸形的为负弯矩。
M(+)
M(+)
M(–)
M(–)
13
二、例题
[例2]：求图（a）所示梁1--1、2--2截面处的内力。
qL 1 1a
2q 2b
解：截面法求内力。 1--1截面处截取的分离体 如图（b）示。
y x
图（a）
qL
A
0
M2
1 2
q(x2
a)2
qLx2
qL 1
q 2
1a
2b
y x
图（a）
qL B
M2
x2
Q2
图（c）
15
§4–3 剪力方程和弯矩方程 ·剪力图和弯矩 图
1. 内力方程：内力与截面位置坐标（x）间的函数关系式。
Q Q(x) M M (x)
剪力方程 弯矩方程
2. 剪力图和弯矩图： 剪力图 弯矩图
Q Q(x) 的图线表示 M M (x) 的图线表示
②悬臂梁 ③外伸梁
q(x) — 分布力
q — 均布力
P — 集中力
8
5. 静定梁与超静定梁 静定梁：由静力学方程可求出支反力，如上述三种基本 形式的静定梁。 超静定梁：由静力学方程不可求出支反力或不能求出全 部支反力。
9
[例1]贮液罐如图示，罐长L=5m，内径 D=1m，壁厚t =10mm， 钢的密度为： 7.8g/cm³，液体的密度为：1g/cm³,液面高 0.8m，外伸端长 1m，试求贮液罐的计算简图。
q(x)
19
二、剪力、弯矩与外力间的关系
外 无外力段 力
q=0
均布载荷段
q>0
q<0
集中力
P C
集中力偶
m C
水平直线
斜直线
自左向右突变
Q
图Q
特 征
Q
x
Q
x
Q x
Q Q1
C
x
Q2
x
Q>0 Q<0 增函数 降函数
Q1–
无变化
Q
C x
M
斜直线
曲线
自左Q向2=右P折角 自左向右突变
图
特
x
x
x
x
x
征
M
M
M
MA mA(Pi) mA(Pi)
37
剪力、弯矩与分布荷载间的关系： q(x)
dQx
dx
qx
dM (x) dx
Q(x)
dM 2(x) dx2
q(x)
二、 简易作图法: 利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图的方法。
38
三、 叠加原理： 多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引
极轴，q表示截面m–m的位置。
R
P
A
q
B
O
x
M(q) Px P(R Rcosq) PR(1 cosq) (0 q )
Q(q ) P1 Psinq (0 q )
N(q ) P2 Pcosq (0 q )
35
R
P
A
q
B
A
O
x
2PR
O
+ Q图
M图
B N图
–
+
O
P
O
P
M(q) Px P(R Rcosq) PR(1 cosq) (0 q )
外 无外力段 力
q=0
均布载荷段
q>0
q<0
集中力
P C
集中力偶
m C
水平直线
斜直线
自左向右突变
Q
图Q
特 征
Q
x
Q
x
Q x
Q Q1
C
x
Q2
x
Q>0 Q<0 增函数 降函数
Q1–
无变化
Q
C x
M
斜直线
曲线
自左Q向2=右P折角 自左向右突变
图
特
x
x
x
x
x
征
M
M
M
M
M
增函数 降函数 碗状
馒头状 折向与P反向
0.5PL
32
§4–6 平面刚架和曲杆的内力图
一、平面刚架 1. 平面刚架：同一平面内，不同取向的杆件，通过杆端相
互刚性连接而组成的结构。 特点：刚架各杆的内力有：Q、M、N。
2. 内力图规定： 弯矩图：画在各杆的受压一侧，不注明正、负号。 剪力图及轴力图：可画在刚架轴线的任一侧（通常正值画在刚架的外
1
第四章 弯曲内 力
§4–1 平面弯曲的概念及梁的计算简图 §4–2 梁的剪力和弯矩 §4–3 剪力方程和弯矩方程 ·剪力图和弯矩图 §4–4 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系及应用 §4–5 按叠加原理作弯矩图 §4–6 平面刚架和曲杆的内力图
弯曲内力习题课
2
§4–1 平面弯曲的概念及梁的计算简图
驻点等。
21
q qa
A
a
a
Q
–
qa M
– qa2
左端点： Q qa; M 0
线形：根据
dQx
dx
qx
；
x
dM (x) dx
Q(x)；
dM 2(x) dx2
q(x)
及集中载荷点的规律确定。
3 2
qa2
分区点A：
M 的驻点：
右端点： x
Q qa; M qa2 Q 0 ; M 3 qa2
起的内力的代数和。
Q(P1P2 Pn) Q1(P1) Q2(P2) Qn(Pn)
M(P1P2 Pn) M1(P1) M2(P2) Mn(Pn)
四、对称性与反对称性的应用： 对称结构在对称载荷作用下，Q图反对称，M图对称；对称结构在反对称载荷作
用下，Q图对称，M图反对称。
39
五、剪力、弯矩与外力间的关系
M
M
增函数 降函数 碗状
馒头状 折向与P反向
与 M1
x
m
反
M
M2
M1 M2 20m
简易作图法: 利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作 图的方法。
[例4] 用简易作图法画下列各图示梁的内力图。
q qa
A
解: 利用内力和外力的关系及 特殊点的内力值来作图。
a
a
特殊点:
端点、分区点（外力变化点）和
mC 0 , M YA x
m XA A
m YA
x
∴ 弯曲构件内力
剪力 弯矩
Q A
C
1. 弯矩：M
YA
Q
构件受弯时，横截面上其作用面垂直于 截面的内力偶矩。
M
C
P B
RB
M P
RB
12
2. 剪力：Q 构件受弯时，横截面上其作用线平行于截面的内力。
3.内力的正负规定:
①剪力Q: 绕研究对象顺时针转为正剪力；反之为负。
用下，Q图对称，M图反对称。
30
[例8] 作下列图示梁的内力图。
P
PL
Q
x
0
L
0.5P
L
0.5P
L
L P
P Q1
0.5P +
– P
x –
L
0.5P
PL
Q2
0.5P x
–
L
0.5P
0.5P
31
P
M
PL
PL
+
x
0
L
L P
P M1
0.5PL
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
x
0.5P
L
0.5P
L
L
0.5P
M2
PL
0.5PL
+
x
–
L
0.5P
解：
q — 均布力
10
一、弯曲内力：
§4–2
[举例]已知：如图，P，a，l。 求：距A端x处截面上内力。
解：①求外力
梁的剪力和弯矩
a A
l
X 0, XA 0
mA 0 ,
RB
Pa l
Y
0,
YA
P(l a) l
XA A YA
P B
P B
RB
11
②求内力——截面法
Y
0,
Q YA
P(l a) l
一、弯曲的概念 1. 弯曲: 杆受垂直于轴线的外力或外力偶矩矢的作用时,轴 线变成了曲线，这种变形称为弯曲。
2. 梁：以弯曲变形为主的 构件通常称为梁。
3
3. 工程实例
4
4. 对称弯曲： 横截面对称的杆件发生弯曲变形后，轴线仍然和外力在同一平面内。
P1
q
P2
M
纵向对称
面
非对称弯曲—— 若梁不具有纵对称面，或者，梁虽具有纵 对称面但外力并不作用在对称面内，这种 弯曲则统称为非对称弯曲。
Q(q ) P1 Psinq (0 q )
N(q ) P2 Pcosq (0 q )
36
弯曲内力习题课 剪力图和弯矩图
一、内力的直接求法： 求任意截面 A上的内力时，以 A 点左侧部分为研究对象，内力计算式如下，其
中Pi 、 Pj 均为 A 点左侧的所有向上和向下的外力。
QA Pi Pi
同时可以提前讲内力图的对称关系 2、改错
见下页PPT 3、由Q图作M图和载荷图P135 4.16(b)
由M图作Q图和载荷图P135 4.17(a) 4、讲解组合梁的内力图P130 4.6(a)
24
[例6] 改内力图之错。 qa2
A
a
a
2a
Q qa/4
qa/4
+
–
–
3qa/4
5qa2/4 3qa2/2 49qa2/32
16
[例2] 求下列各图示梁的内力方程并画出内力图。
MO YO YO
MO
Q(x)
M(x)
–PL
L
P
解：①求支反力
Q(x) M(x)
x
YO P ; MO PL
②写出内力方程
P
x
x
Q( x ) YO P
M( x ) YOx MO P( x L )
③根据方程画内力图
17
§4–4 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系及应 用
内力的代数和。
Q(P1P2 Pn) Q1(P1) Q2(P2) Qn(Pn)
M (P1P2 Pn) M1(P1) M2(P2) Mn(Pn)
适用条件：所求参数（内力、应力、位移）必然与荷载满 足线性关系。即在弹性限度内满足虎克定律。
27
二、材料力学构件小变形、线性范围内必遵守此原理 ——叠加方法