剪力图和弯矩图(史上最全面)解析

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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。
解:
q — 均布力
10
§4–2 梁的剪力和弯矩
一、弯曲内力:
a
[举例]已知:如图,P,a,l。 A
求:距A端x处截面上内力。 l
解:①求外力
X 0, XA 0
mA 0 ,
30
[例8] 作下列图示梁的内力图。
P
PL
Q
x
0L 0.5P L 0.5P L
L P
L PL
L
P Q1 0.5P +
– P
x –
0.5P Q2
0.5P x

0.5P
0.5P 31
P
M
PL
PL
+
x
0L
L P
P M1
0.5PL
+
x
0.5P L 0.5P L
L PL
0.5P M2 0.5PL
+
x

L
0.5P
弯矩与荷载集度的关系是:
dM 2(x) dx2

q(x)
19
二、剪力、弯矩与外力间的关系
无外力段 外 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
Q 图
Q
Q
斜直线
Q
Q
自左向右突变
Q Q1
无变化
Q


Leabharlann Baidu
x
x
x
C
x
Q2
x
Q>0 Q<0 增函数 降函数 Q1–
C x
M
斜直线
曲线
自左Q2向=P右折角 自左向右突变
QA Pi Pi
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
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
值画在刚架的外侧),但须注明正、负号。
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
Q Q(x) 的图线表示
弯矩图
M M (x) 的图线表示
16
[例2] 求下列各图示梁的内力方程并画出内力图。
M — 集中力偶
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,
M 的驻点: Q 0 ; M 3 qa2 2
x
右端点: 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 AB
RA qa Q qa/2
+ – qa/2
qa2 CD
RD
– qa/2
M
qa2/2
+

3qa2/8 qa2/2
qa2/2
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。
P
q
P
1
2
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。
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
O
x
A
2PR
O
+
Q图
M图
B N图

+
O
PO
P
M(q) Px P(R Rcosq) PR(1 cosq) (0 q )
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
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 q
Pa 2

qa2 2
A
BM
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用下,Q图对称,M图反对称。
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
2q
解:截面法求内力。 1--1截面处截取的分离体
1a
2b
如图(b)示。
y x
qL A
图(a)
Y qL Q1 0 Q1 qL
x1Q1
M1 图(b)
mA(Fi) qLx1 M1 0 M1 qLx1
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内力的代数和。
Q(P1P2 Pn) Q1(P1) Q2(P2) Qn(Pn)
MC
用面垂直于截面的内力偶矩。
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。
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(–)
于该点处荷载集度的大小。
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)
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 XA
MA
的跳水板支座,木桩下端的支座等。 7
YA
4. 梁的三种基本形式 ①简支梁
24
[例6] 改内力图之错。
A
qa2
a
a
2a
Q qa/4
qa/4
+


3qa/4
5qa2/4 3qa2/249qa2/32
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
14
2--2截面处截取的分离体如图(c) qL
Y qL Q2 q( x2 a ) 0
Q2 q(x2 a L)
y
mB(Fi) 0 ,
qL
qLx2

M2

1 2
q(x2

a)2

0
M2

1 2
q(x2

a)2

qLx2
2q 1
1a
2b
x
图(a)
B M2
x2
q(x)
对dx 段进行平衡分析,有:
Y 0
Q( x ) q( x )dx Q( x ) dQ( x ) 0
x
dx
y
M(x) Q(x)
q(x) Q(x)+d Q(x) A dx M(x)+d M(x)
q( x )dx dQ( x )
dQx
dx

qx
剪力图上某点处的切线斜率等
8
x C点右: Q qa ; M 1 qa2
2
2
右端点D: Q


1 2
qa
;M
0
23
1、练习直接画内力图 P129 4、4-d、j(对称载荷)、m(反对称载荷)
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)
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。
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。
解:求支反力
RA

qa 2

;
RD

qa 2

左端点A:
Q qa ; M 0 2
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
33
l P1 P1 a
[例10] 试作图示刚架的内力图。
P2
a
P1
B
C
P2 A
+
+ Q图
P1
– N图
P1a
M图 P1a+ P324 l
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
R
P
极轴,q表示截面m–m的位置。
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
特殊点:
端点、分区点(外力变化点)和
驻点等。
21
qa
q
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: Q qa; M qa2
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)

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
mC 0 , M YA x
m XA A
YA
x
m
∴ 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
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。

x
x
x
x
x 与 M1 x

m
征M
M
M
M
M
反 M M2
增函数 降函数 碗状 馒头状 折向与P反向 M1 M220 m
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。
qa
q
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
MO
YO YO
MO
L
P
解:①求支反力
Q(x) M(x)
x
YO P ; MO PL
②写出内力方程
Q(x) M(x)
–PL
P
Q( x ) YO P
x M( x ) YOx MO
x
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
一、 剪力、弯矩与分布荷载间的关系
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