矩形平壁总压力.doc

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匀质液体对平壁的总压力计算 一、平壁总压力大小 在均质液体中有一倾斜角θ的斜平壁,大气压液面与平壁交于O点。取直角坐标系oxy如图所示,x轴位于液面上,y轴沿壁向下。 在图中,在平壁上有一任意形状的面积A,在面积A上任取一面积元dA,淹深h = ysinθ,面元上的压强合力(用表压)垂直指向面元 对A积分可得总压力 由几何学, 面积矩可表为 式中yc为面积A形心c的坐标,上式可写为 上式中hc = ycsinθ,为形心的淹深,pc为形心压强。 上式表明作用于面积A的总压力等于其形心压强乘以面积,方向为垂直指向面积。 [思考题]图示四种敞口盛水容器的底面积相同,水位高相同。容器中水的重量比为(自左向右)9:1:10:2,试确定底部所受的总压力为 ? A. 9:1:10:2; 与形状有关 相同。?  答案:c正确。底部总压力为压强乘面积,由静力学压强公式四种容器底部的压强相同,面积又相同,因此总压力相等。 平壁总压力作用点 D不可能与形心C重合,而应在形心以下。用力矩合成方法确定总压力作用点位置时一般用积分法。 按力矩合成法则,作用于面积A上各面元dA上的压力对Ox轴的力矩积分应等于总压力对Ox轴的力矩 利用下式可得 上式中 称为面积A对Ox轴的惯性矩。为计算Ix,以形心 C为原点建立一辅助坐标系 , 轴和 轴分别平行于x轴和y轴。利用平行移轴定理 上式中 为面积A对 轴的惯性矩。为了简化惯性矩计算还可引入回转半径 ,即把A的面积集中于离 轴距离为 处,对 轴的惯性矩与 相同 将上式代入可得 上式中e称为压强中心对形心的纵向偏心距。同理可得 上式中f称为压强中心对形心的横向偏心距,而 称为面积A对 和 轴的惯性积。 反映面积关于 和 轴的不对称性,当面积关于其中任何一轴对称时, ,即 f = 0 。 各种几何图形的惯性矩、回转半径和惯性积计算公式可查看有关手册,  思考题 下图示密封盛水容器内右下角有一斜平壁闸门AB,自由液面上压强为p00(表压强)。为确定作用在闸门上压强中心D的位置,计算D的纵向坐标时应取纵向坐标轴为 。 ? ?B.C. 答案:c正确。利用公式计算D的纵向坐标时,必须将坐标原点选择在大气压液面上,本例中大气压液面位于自由液面以上垂直距离为 Po/ρg的位置处。 例题  已知:矩形闸门浸没在具有大气压自由面的水中(下图),矩形长×宽= l×b = 4×2m2,b边与自由液面平行,l边与自由液面夹角θ= 30°。 求:闸门顶边分别位于(1)水面内;(2)水下H = 2 m深处时的水总压力F大小和压力中心D的纵向偏心距e。 解:建立以大气压水面为基准面的坐标系oxy,y轴沿闸门纵轴向下, 闸门面积A = 8 m2。 闸门顶边位于水面内,形心的淹深为h c 1 = 0.5 l sin30°= l / 4 = 1 m F1 =ρg hc1 A =(9810kg/ m2 s2)(1m)(8 m2 )= 78480 N/m2 形心纵坐标yc1= l / 2 = 2m,回转半径平方rξ2 = l 2/12 说明压力中心位于矩形的下三分点上(由于对称性横向偏心距为0)。 (2)闸门顶边位于水面下2 m深处,hc 2 = H + h c1= l / 2 + l / 4 = 3 l / 4 = 3 m F2=ρg hc 2 A =( 9810kg/ m2 s2)(3m)(8 m2) = 235440 N/m2 形心纵坐标y c 2= hc 2 / sinθ= 3 l/ 2 = 6m, r 2ξ 不变,

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