第3章 力系的平衡
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第3章 力系的平衡条件与平衡方程3.1 平面力系的平衡条件与平衡方程3.1.1 平面一般力系的平衡条件与平衡方程如果一个平面一般力系的主矢和力系对任一点的主矩同时都等于零,物体将不会移动也不会转动,则该物体处于平衡状态。
力系平衡的充分必要条件:力系的主矢和力系对任一点的主矩都分别等于零,即 110()0i nR i nO O ii F F M M F ==⎫==⎪⎪⎬⎪==⎪⎭∑∑平衡条件的解析式:11100()0nix i niy i n O i i F F M F ===⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪⎪=⎪⎭∑∑∑ 或 00()0x y O F F M F ⎫=⎪⎪=⎬⎪=⎪⎭∑∑∑ 平面一般力系的平衡方程该式表明,平面一般力系的平衡条件也可叙述为:力系中各力在任选的坐标轴上的投影的代数和分别等于零,以及各力对任一点的矩的代数和也等于零。
平面汇交力系:平面汇交力系对平面内任意一点的主矩都等于零,即恒满足()0OMF ≡∑物体在平面汇交力系作用下平衡方程:00x yFF ⎫=⎪⎬=⎪⎭∑∑例题3-1 图所示为悬臂式吊车结构图。
其中AB 为吊车大梁,BC 为钢索,A 处为固定铰支座,B 处为铰链约束。
已知起重电动机E 与重物的总重量为PF (因为两滑轮之间的距离很小,PF 可视为集中力作用在大梁上)梁的重力为QF 已知角度30θ=。
求:1、电动机处于任意位置时,钢索BC 所受的力和支座A 处的约束力;2、分析电动机处于什么位置时。
钢索受力最大,并确定其数值。
解:1、选择研究对象以大梁为研究对象,对其作受力分析,并建立图示坐标系。
建立平衡方程 取A 为矩心。
根据 ()0A M F =∑sin 02Q P TB lF F x F l θ-⨯-⨯+⨯=222sin 2sin 30P Q P Q P TB QlF x F F x F l F x F F l l l θ⨯+⨯+===+ 由xF =∑cos 0Ax TB F F θ-=2()cos303()2QP P Ax Q F F x F x F F l l =+=+由yF =∑sin 0Ay Q P TB F F F F θ---+=122[()]2Q P Ay Q P TB Q P Q P F F x F F F F F F l F l xF l =--+=--++-=-+由 2P TB QF x F F l =+ 可知当x l =时钢索受力最大, 其最大值为 22P TB Q P QF lF F F F l =+=+在平面力系的情形下,力矩中心应尽量选在两个或多个未知力的交点上,这样建立的力矩平衡方程中将不包含这些未知力;坐标系中坐标轴取向应尽量与多数未知力相垂直,从而这些未知力在这一坐标轴上的投影等于零,这样可减少力的平衡方程中未知力的数目。
基础部分——静力学第3 章力系的平衡主要内容:§3-7 重心即:力系平衡的充分必要条件是,力系的主矢和对任一点3-2-1 平衡方程的一般形式∑=iF F R ∑=)(i O O F M M 已知∑=iF F R ∑=)(i O O F M M 投影式:平衡方程i即:力系中所有力在各坐标轴上投影的代数和分别等于零;所有力对各坐标轴之矩的代数和分别等于零。
说明:¾一般¾6个3个投影式,3个力矩式;¾一般形式基本形式3-2-2 平面一般力系的平衡方程xy zOF1F2Fn平面内,¾一般形式¾3个2个投影式,1个力矩式;¾ABAzzCC附加条件:不垂直附加条件:不共线Bx二矩式的证明必要性充分性合力平衡AA 点。
B 点。
过ABBx故必有合力为零,力系平衡证毕平面问题3个3个 解题思路BAMFo45l l[例3-1] 悬臂梁,2解:M A 校核:0)(=∑F MB满足!解题思路?AyF AxF[例3-2] 伸臂梁F AxF AyF BF q 解:0=∑x F 0)(=∑F AM3(F −+0=∑yF3(F −+(F −+0)(=∑F AM=∑yF0=∑x F F AxF AyF BF q 思考:如何用其他形式的平衡方程来求解?0=∑x F 3(F −+0)(=∑F AMF AxF F BF q 0)(=∑F BM(F −+二矩式思考练习][练习FFlll F ACB DlllACB DM=F l[思考][思考]lll F ACB DlllACB DF见书P54例3-1—约束lllACB DF—约束CBADEFM—约束—约束—整体平衡局部平衡CB ADEFM研究对象的选取原则¾仅取整体或某个局部,无法求解;¾一般先分析整体,后考虑局部;¾尽量做到一个方程解一个未知力。
qCBAm2m2m2m2MBCM[例3-3] 多跨梁,求:如何选取研究对象?F CqF CFAxF AyM ABAqF'BxF'ByM A F Ax F AyF Bx F By解:先将分布力用合力来代替。