材料力学内力图绘制详细讲解

一、由外力直接绘制轴力图
例 5.4 力图。

解 根据外力直接绘制轴力图（见图5.18(b)），绘图分析过程及步骤如下。

从左向右绘制，始终取右边部分为研究体。

在截面A 有集中力F 1，使研究体拉伸变形，故轴力在此截面向正方向发生突变，轴力突变大小为集中力F 1大小，此时 F N =（0+500）N=500 N ；在AB 段没有外力，故轴力不变；在截面B 有集中力F 2，使研究体受拉伸变形，故轴力在此截面向正方向发生突变，轴力突变大小为集中力F 2大小,此时F N =（500+420）N=920 N ；在BC 段没有外力，故轴力不变；在截面C 有集中力F 3，使研究体受压缩变形，故轴力在此截面向负方向发生突变，轴力突变大小为集中力F 3大小，此时F N =(920-280)N=640 N ；在CD 段没有外力，故轴力不变；在截面D 有集中力F 4，使研究体受压缩变形，故轴力在此截面向负方向发生突变，轴力突变大小为集中力F 4大小，此时 F N =(640-800)N =-160 N ；在DE 段没有外力，故轴力不变；在截面E 有集中力，由于轴力曲线与轴线围成封闭图形，故轴力
（b ）
(a)
突变为0。

例5.5有一根阶梯轴受力如图5.19(a)所示，试绘制阶梯轴的轴力图。

图5.19
解从右向左绘制，始终取左变部分为研究体。

根据外力直接绘制轴力图（见图5.19(b)），绘图分析过程及步骤如下：
在截面A有集中力F1，使研究体压缩变形，故轴力在此截面向负方向发生突变，轴力突变大小为集中力F1大小,此时F N=（0-10）kN=-10 kN；在AB段有均匀分布载荷，使研究体受拉伸变形，故轴力以斜直线规律向正方向渐变，轴力渐变大小为均匀分布载荷大小，此时F N=（-10+10×2）kN=10 kN；在截面B没有力，故此截面轴力没有变化；在BC段没有外力，故轴力不变；在截面C有集中力F2，使研究体受拉伸变形，故轴力在此截面向正方向发生突变，轴力突变大小为集中力F2大小，此时F N=（10+10）kN=20 kN；在CD段没有外力，故轴力不变；在截面D有集中力，由于轴力曲线与轴线围成封闭图形，故轴力突变为0.
二、由外力直接绘制扭矩图
外力扭矩图
无外力
不变
集中力F P突变。

方向：右手螺旋法则，四指指向外力偶方向，拇指离开为正；
大小：集中力偶大小F P
均布力偶在分布力的起始和终止截面，扭矩没有突变。

以斜直线渐变。

方向：右手螺旋法则，四指指向外力偶方向，拇指离开为正；
大小：M q
制其力图。

图5.25
解从右向左绘制，始终取左部分为研究体。

根据外力偶直接绘制扭矩图，绘制分析过程及步骤如下：
在截面A有集中力偶M1，变形方向由右手螺旋法则判断，拇指背离截面，故扭矩在此截面向正方向发生突变，扭矩突变大小为集中力偶M1大小，此时m
kN
1
)1
0(•
=
+
=
x
M；在AB 段无外载荷，故扭矩不变；在截面B有集中力偶M2，变形方向由右手螺旋法则判断，拇指指向截面，故扭矩在此截面向负方向发生突变，扭矩突变大小为集中力偶M2大小此时M x=1-2=-1m
kN•；在BC段无外载荷，故扭矩不变；在截面C有集中力偶M3，变形方向由右手螺旋法则判断，拇指背离截面，故扭矩在此截面向正方向发生突变，扭矩突变大小为集中力偶M3大小m
kN
2
)3
1
(•
=
+
-
=
x
M；在CD段有无外载荷，故扭矩不变；在截面D有集中力，由于扭矩曲线与轴线围成封闭图形，故扭矩突变为零。

扭矩图如图5.25（b）所示。

M q
三、由外力直接绘制剪力图和弯矩图
剪力、弯矩与分布载荷间的关系
例5.10如图5.28(a)所示，简支梁AB，在C点承受集中载荷F=6 kN作用,跨度l=3 m，a，试绘制梁的力图。

2
m
解 （1）求支座反力。

取整段梁为研究对象，受力分析如图5.28(b)，由平衡条件得
0)(A =∑F M ⇒0B =⋅-⋅a F l F
解得
kN 4B =F
0=∑y F ⇒0B A =-+F F F
解得
kN 2A =F
（2）由外力直接绘制力图。

从A 截面开始，有一向上的集中力F A ，故在此截面剪力向上突变，突变大小等于F A ,弯矩没有变化；AC 段没有外力，故剪力在该段没有变化，由于剪力大于零，故在该段弯矩以斜直线规律向正向变化，从截面A 到截面C 弯矩变化大小为AC 段剪力与x 轴围成的面积即
m kN 4A •=•a F ；在截面C 有一向下的集中载荷F ，故在此截面剪力向下突变F ，弯矩没
有变化；在CB 段没有外力，故剪力在该段没有变化，由剪力小于零，则该段弯矩以斜直线规
律向负向变化，从截面C 到截面B 弯矩变化大小为CB 段剪力与x 轴围成的面积即
m kN 4)(B •=-•a l F 变为0。

例5.11 如图5.29(a)所示外伸梁，试计算其力并画出力图。

图5.29
解 （1）先求支座反力。

取整段梁研究，其受力如图5.29(a)，由平衡条件得
∑=-⋅+⋅⇒=020)(2
A B AB q AB F BC F F M
∑=⋅--+⇒=00B A y
AB q F F F F
解得
kN 35,kN 15B A ==F F
（2）由外力直接绘制力图。

从截面A 开始，有一向上的集中力F A ，故在此截面剪力向上突变，突变大小等于F A ,弯矩
没有变化；AB 段有向下的均布力系，故剪力在该段以斜直线规律向下渐渐变化，从截面A 到截面B 剪力值变化q AB ⋅，弯矩以开口向上的抛物线规律渐渐变化，在剪力为零的截面D 弯矩
为极值，从截面A 到截面D 变化值为小三角形面积
m kN 625.52
251515
215•=+⨯
⨯，从截面D 到截面B 变化大三角形面积
m kN 625.152
251525
225•=+⨯
⨯；在截面B 有一向上的集中力F B ，故在该截面剪力向上突变，突变大小等于F B 的大小，弯矩没有变化；BC 段没有外力，故
剪力在该段没有变化，由于剪力大于零，故该段弯矩以斜直线规律向正向变化，从截面C 到截面B 弯矩变化大小为BC 段剪力与x 轴围成的面积。

所绘力图如图5.29(b)、(c)所示。

（3）检查图形是否封闭。

例5.12 如图5.30(a)所示外伸梁，集中力F =10 kN ，均布载荷集度q =10 kN/m ，试利用剪力、弯矩与载荷集度的微分关系绘制出梁的剪力图、弯矩图。

图5.30
解：（1）求A 处约束力。

取整体研究，受力如图5.30(a)，建立平衡方程。

0)(A
=∑F M
⇒05.2D =⨯⋅-⋅-⋅BD q AC F AD F
解得
kN 5.17D =F
∑=+⋅--⇒=010D A y
F q F F F
解得
kN 5.2A =F
（2）由外力直接绘制力图。

从截面A 开始，有一向上的集中力F A ，故在此截面剪力向上突变，突变大小等于F A ,弯矩没有变化；AC 段没有外力，故剪力在该段没有变化，由于剪力大于零，则该段弯矩以斜直线规律向正向变化，从截面C 到截面B 弯矩变化大小为AC 段剪力与x 轴围成的面积；截面C 有一向下的集中力F ，故在此截面剪力向下突变，突变大小等于F 的大小,弯矩没有变化；CD 段没有外力，故剪力在该段没有变化，由于剪力小于零，则该段弯矩以斜直线规律向负向变化，从截面C 到截面D 弯矩变化大小为CD 段剪力与x 轴围成的面积; 截面D 有一向上的集中力F D ，故在此截面剪力向上突变F D ,弯矩没有变化；DB 段有向下的均布力系，故剪力在该段以斜直线规律向下渐渐变化，从截面D 到截面B 剪力值变化DB q ⋅，弯矩以开口向上的抛物线规律渐渐变化，在剪力为零的截面D 弯矩为极值，从截面D 到截面B 变化大小为小三角形面积。

（3）检查图形是否封闭。