工程力学 教学课件 ppt 作者 杨兆伟 主编 孙康岭 李琦 副主编第二章平面力系.ppt

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《工程力学》电子课件之 平面力系 * * 第一节 力在坐标轴上的投影与合力投影定理 一、力在平面直角坐标轴上的投影 Fx = Fcosα Fy = Fcosβ 二、合力的投影定理 将力多边形投影到x轴上,则 根据投影的定义,上式左端为合力FR的投影,右端为四个分力投影的代数和,即 FRx = X1 + X2 + X3 + X4 =F1x + F2x+ F3x+ F4x FRx = X1 + X2 +…+ Xn =F1x + F2x+ …+ Fnx = FRy = Y1 + Y2 +…+Yn =F1y + F2y+ …+ Fny = 上式可推广到任意多个力的情况,即 第一节 力在坐标轴上的投影与合力投影定理 于是可得结论:合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和。这就是合力投影定理。 三、平面汇交力系合成的解析法 可求得合力的大小和方向为 式中的表示合力与x轴所夹的锐角,的实际指向由的正负号决定。 第一节 力在坐标轴上的投影与合力投影定理 第二节 平面汇交力系的平衡方程 平面汇交力系平衡的充分和必要条件是力系的合力FR等于零。 应有: 欲使等式满足,必须同时满足 于是得到平面汇交力系平衡的解析条件为:力系中的各力在xy轴上的投影的代数和分别等于零。 用平衡方程求解平面汇交力系平衡问题的主要步骤是: 1.根据题意选取适当的研究对象; 2.进行受力分析,画出研究对象的受力图; 3.在力系平面内选定坐标系,列平衡方程并求解。 第二节 平面汇交力系的平衡方程 例2-1 如图2-5(a)所示,重物P=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上,钢丝绳的另一端缠绕在绞车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。 分析: (1)AB、BC两杆都是二力杆。 (2)滑轮受到钢丝绳的拉力T1和T2。 由于滑轮的大小可忽略不计,故这些力可看作汇交力系。 (3)选取坐标轴如图 (c)所示。为使每个未知力只在一个轴上有投影,在另一轴上的投影为零,坐标轴应尽量取与未知力作用线垂直的方向。 (4)列平衡方程: 例2-2 杆AC、BC在C处铰接,另一端均与墙面铰接,如图所示,F1和F2作用在 销钉C上,F1=445 N,F2=535 N,不计杆重,试求两杆所受的力。 第二节 平面汇交力系的平衡方程 3 4 解:(1) 取节点C为研究对象 (2) 列平衡方程: (3)求解方程: AC与BC两杆均受拉。 第三节 力对点之矩合力矩定理 一、力对点之矩 力F使物体绕O点转到的效果,由下列两个因素决定: (1)力的大小与力臂的乘积Fd; (2)力使物体绕O点转动的方向。 通常规定:力使物体绕矩心逆时针方向转动时,力矩为正;力使物体绕矩心顺时针方向转动时,力矩为负。 力F对O点之矩用符号 表示,其计算公式 第三节 力对点之矩合力矩定理 二、合力矩定理 证明:如图2-8所示,设在物体上的A点作用有两个汇交的力F1和F2,该力系的合力为FR。各力对力系的作用面内任一点O之矩分别为 可以证明 以上可以推广到多个汇交力的情况。用式子可表示为 上式表明,平面汇交力系的合力对平面内任一点之矩等于其各分力对该点之矩的代数和。此关系称为合力矩定理。 第三节 力对点之矩合力矩定理 例2-3 试求图2-9中力F对O点之矩。 解:(1) 按定义(2-7)式直接求解,有 Mo(F)=Fh=F(OAsin?+ABcos?+BCsin?) (2) 将F分解为二个分力 Fx、Fy,有: Mo(Fx)+Mo(Fy)=Fcos?AB+Fsin? (OA+BC)=Mo(F) 例2-4 试求图2-10中力F对C点之矩。 解: 先将力F分解为Fx、Fy,有: Fx= Fcos30? ; Fy= Fsin30? 利用合力矩定理,得到: MC(F)= MC (Fx)+ MC (Fy)= 0.5Fx-0.2Fy =0.5m×0.866×300N-0.2m×0.5×300N=100N?m 第四节 力偶 一、力偶及力偶矩 这种大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力称为力偶。用符号(F,F′)表示。力偶的两个力作用线间的垂直距离d称为力偶臂,力偶的两个力所构成的平面称为力偶作用面。 力偶(F,F′)的力偶矩,以符号用 (F,F′)表示,或简写为m,则: 式中正负号表示力偶矩的转向。通常规定:若力偶使物体作逆时针方向转动时,力偶矩为正;反之为负。 二、力偶的基本性质 第四节 力偶 由于一个力偶对物体的作用效应完全取决于其力偶矩,所以由力学证明得到下面结论: 1)力偶和力

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