第三章平面一般力系 教学目的及要求 1．掌握平面任意力系向一点简化的方法，会应用解析法求主矢和主矩，熟知平面任意力系简化的结果。 2．深入理解平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式。 3．能熟练地计算在平面任意力系作用下物体和物体系统的平衡问题。 4．正确理解静定与静不定的概念，会判断物体系统是否静定。 5．理解简单桁架的简化假设，掌握计算其杆件内力的节点法和截面法及其综合作用。 §3-1 平面一般力系向作用面内一点简化 教学重点：1.平面一般力系如何向作用面内一点简化 2. 主矢与主矩的概念 教学难点：对力的平移定理的理解和应用 教学内容： 首先对什么是平面一般力系进行分析。对于平面一般力系如何向其作用面内一点简化，从而引出力的平移定理。 1．力的平移定理 作用在刚体上的力可以向任意点平移，但必须附加一力偶，附加力偶的力偶矩等于原来的力对平移点（新作用点）的矩，它是一般力系向上点简化的依据。2．基本概念 1) 合力矢：汇交力系一般地合成为一合力，合力的作用线通过汇交点，合力矢等于力系的主矢。 2）主矢：平面力系各力的矢量和，即 3．应用力的的平移定理将平面一般力系向作用面内一点简化 用图形来进行讲解力系向一点简化的方法和结果。最终平面一般力系向一点简化可以得到两个简单的力系：平面汇交力系和平面力偶系。应用前两章学过的内容，这两个简单的力系还可以进一步简化成一个主矢和对简化中心的主矩。 结论：平面一般力系向作用面内任选一点O简化，可得到一个力和一个力偶，这个力等于该力系的主矢，作用线通过简化中心O，这个力偶的矩等于该力
系对于点O的主矩。 注意：主矢与简化中心无关；而主矩与简化中心有关，必须指明对于哪一点的主矩。 4．固定端约束 它是平面一般力系向作用面内一点简化的一个典型应用。可以将固定端支座的约束反力向作用平面内点A简化得到一个力和一力偶，这个力用两个未知分力来代替。 它限制了物体在平面内的转动，所以比铰支座多了一个给反力偶。 §3-2 平面一般力系简化结果与分析 教学重点：平面一般力系向作用面内一点简化的结果 教学难点：将一个力系向指定点简化的具体应用。 教学内容： 1．平面力系的简化步骤如下： 1)选取简化中心O：题目指定点或自选点（一般选在多个力交点上） 2) 建立直角坐标系Oxy 3) 求主矢 4) 求主矩：逆正顺负，画在图中 5) 简化结果讨论 2．平面力系的简化结果 一个力系的主矢与简化中心的选取无关；一般情况下，主矩与简化中心的选取有关。 平面一般力系向作用面内一点简化结果，有四种情况： 1) 简化为一个力偶的情形： 力系的主矢等于零，而力系对于简化中心的主矩不等于零。即： F R′=0，M o≠0 2) 简化为一合力的情形 力系向点O简化的结果为主矩等于零，主矢不等于零。即： F R′≠0，M o=0 3)若F R′≠0，M o≠0 平面力系与一力偶等效，此力偶为平面力系的合力偶，其力偶矩用主矩M o 度量，这时主矩与简化中心的选择无关。 原力系合成为作用点为O′的力F R，合力作用线在点O的哪一侧，由主矢和
《建筑力学（上）》模拟试题1 一、单项选择题（每小题3分，共24分）：每小题有四个备选答案，其中一个正确， 请将选中的答案写在答题纸上。 1． 人拉车的力（ A ）车拉人的力。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 D. 小于等于 2． 图示直杆受到外力作用，在横截面1-1上的轴力为N = ( A ).。 A. – F B. –4 F C. 2F D. –6 F 3． 直径为D 的实心圆轴，两端受外力偶作用而产生扭转变形，横截面上的最大许可荷载(扭矩)为T ，若将轴的横截面面积增加一倍，则其最大许可荷载为（ D ）。 A. T 2 B. T 4 C. T 2 D. T 22 4． 对于材料和截面面积相同的空心圆轴和实心圆轴，其抗弯刚度一定是（ A ）。 A. 空心大于实心 B. 两者相等 C. 空心小于实心 D. 两者可能相等，可能不相等 5． 图示应力单元，第三主应力（ C ）MPa 。 A. 100 B. 200 C. -100 D. 0 6． 细长压杆在轴向压力（ B ）临界压力的情况下，其原来的直线形状的平衡是稳定的。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 D. 大于或等于 7． 在梁的集中力作用处，其左、右两侧无限接近的横截面上的弯矩是（ A ）的。 A. 相同 B. 数值相等，符号相反 C. 不相同 D. 符号一致，数值不相等 8． 悬臂梁长度为l ，取自由端为坐标原点，则求梁的挠曲线时确定积分常数的边界条件为（ B ）。 A. x =0、y =0；x =0、y '=0 B. x =l 、y =0；x =l 、y '=0 题2图 题5图
C. x =0、y =0；x =l 、y '= 0 D. x =l 、y =0；x =0、y '=0 二、简答题（每小题4分，共16分） 9．写出平面力系平衡方程的三矩式，并指出限制条件。 10．内力和应力有什么区别？ 11．虎克定律用公式如何表示？适用条件是什么？ 12．强度条件和刚度条件都可以求解三类问题，这里的“三类问题”指的是什？ 三、作图题（每图10分，共20分） 13．作外伸梁的剪力图和弯矩图。 四、计算题（共40分） 14．一直径为d =10mm 的试样，标距l =100mm ，拉伸断裂后，两标点间的长度l 1=126.2mm ，缩颈处的直径d 1=5.9mm ，试确定材料的伸长率和截面收缩率，并判断是塑性还是脆性材料。（10分） 15．图示结构，画出受力分析图，并计算支座反力。（15分） 16．图示10号工字钢梁ABC ，已知l =6.6m ，材料的抗拉强度设计值f =215MPa ，工字钢梁截面参数A =14.345cm 2、I z =245cm 4、W z =49cm 3，试求结构可承受的最大外载荷P 。（15分） 题 13 图 题15图
第三章平面任意力系 一、目的要求 1?掌握平面任意力系向一点简化的方法，会应用解析法求主矢和主矩，熟知平面任意力系简化的结果。 2?深入理解平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式。 3?能熟练地计算在平面任意力系作用下单个刚体和物体系统平衡问题。 4?正确理解静定与静不定的概念，会判断物体系统是否静定。 5.理解简单桁架的简化假设，掌握计算其杆件内力的节点法和截面法及其综合作用。 二、基本内容 1.力的平移定理：可以把作用在刚体上点A的力F平行移到任一点B,但必须同时附加一个力偶，这个附加力偶矩等于原来的力F对新作用点B的矩。 2?平面力系的简化 步骤如下： ①选取简化中心0:题目指定点或自选点(一般选在多个力交点上) ②建立直角坐标系Oxy ③主矢：平面力系各力的矢量和，即 n n n F R’ 八F j = \ Xj \ Y j i =1i# i 二 其中 F Rx=^[ 大小：F R = J/)2 +0丫)2 , 丿 F Ry = 工丫丿方向:tan。=竺 - 也x| 其中：为F R与x轴所夹锐角，所在象限由工X、工丫符号确定，并画在简化中 心0上。 主矩：平面力系中各力对于任选简化中心之矩的代数和，即 n n M。》M o(F i)? (xY -y i X i) i =1i =1
一个力系的主矢与简化中心的选取无关；一般情况下，主矩与简化中心的选
取有关。 ④ 简化结果讨论 I a. 若F R =0, M o :平面力系与一力偶等效，此力偶为平面力系的合力 偶，其力偶矩用主矩M 。度量，这时主矩与简化中心的选择无关。 I b. 若F R =0, M 。=° :平面力系等效于作用线过简化中心的一个合力 F R ， 且有F R =F R 。 I c. 若F R =°，M 。:平面力系简化结果为一合力F R ,其大小、方向与主 矢相同，作用线在距简化中心0为 丨F R I 处。 I d. F R M 。=0，则该力系为平衡力系。 3 ?平面力系的平衡条件和平衡方程 平面力系平衡的充分必要条件是该力系的主矢和对作用面内任意一点的主 矩同时为零。其解析表达式有三种形式，称为平衡方程。 1) 基本形式 ZX =0 * 龙丫 =0 |!M o (F )=0 2) 二矩式 3) 三矩式 饷 A (F )=0 ZM B (F )=0 I M C ( F )=0 特殊力系的平衡方程 1)共线力系：丐=0 fix =0 QY =0 ZM A (F )=0 ZM B (F )=0 附加条件为：A 、B 两点连线不垂直于x 轴 附加条件为：A 、B 、C 三点不共线 2)平面汇交力系:
第三章 力系的简化和平衡 引言 力系分为：空间一般力系（空间汇交系、空间平行力系）和平面一般力系（平面汇交力系、平面平行力系）。 研究物体受力情况→作用在物体上的一组复杂力系→简化及合成→平衡条件研究。 §3.1 力线平移定理 力线的平移定理：作用在刚体上O 点的力F 可平移到任意O '点，但必须附加上一个相应的力偶(称附加力偶)，这个附加力偶矩失等于原来的力F 对新作用点O '和矩。且 ()d F F M M O ?==' (d 是力偶臂) 力线平移定理不仅是力系简化的依据，也是分析力所物体效应的一个重要方法。注：力线平移定理只能适应于静定刚体 证明：如F 图所示 a. 力F 作用于刚体上O 点； b. 在刚上'O 处加上一对平衡力(F F ''',)，且F F F ''-='=。根据加减平衡力系原理：（F F F ''',,）中（F F '',）等值反向不共线，是一对力偶, 这个力偶称为附加力偶。附加力偶距失()F M d F M O '=?= b a
§3.2 力系的简化、主矢与主矩 一、力系的简化 在工程中，最常见的力系是不同一平面内，不完全相交，也不完全平行的空间的一般力系。在对作用于物体的力系的研究过程当中，首先将力系向任意一点进行简化。 如图所示：空间力系(1F ,2F ,…n F )，O 点为任取的简化中心 1) 根据力线平移定理，将力系中各力1F ,2F ,…m F 平移到O 点→作用于O 点的空间汇力系(1'F ,2'F ,…n F ')及附加力偶系(1M ,2M ,…n M ) 11'F F =，22'F F =,… n n F F '= ()11F M M O = ()22F M M O = … ()n O n F M M = 2) 将以上两个力系分别合成 F F F F F F F R n n ∑=+++=+++=' 2121 n O M M M M +++= 21 ()()()()i O n O O O F M F M F M F M ∑=+++= 21 R ':原力系主矢，是空间一般力系中各力的矢量和，与简化中心无关。 O M :原力系的主矩，空间力系中各力对简化中心O 点的矩的矢量和。O M 与简化 中心有关。 总结： y M y ) M O
《理论力学》第三章力系的平衡习题解
C 45α α O R C R P F 2 l B l C A A R 'C R 第三章 力系的平衡习题解 [习题3－1] 三铰拱受铅直力F 作用，如拱的重量不计，求A 、B 处支座反力。 [解]: （1）画受力图如图所示。 （2）因为BC 平衡，所以 ①0 =∑ix F sin 45cos 0=-αB C R R 10 14492sin 2 2 = += l l l α 10 34 4923cos 2 2 = +=l l l α ? ?= =B B C R R R 5 1sin 2α ②0 =∑iy F cos 45sin 0=-+P B C F R R α P B C F R R =+10321 P B B F R R =+ 10 32 15 1
F W A R θ A B C O P P B F F R 79.04 10 == P P C F F R 35.079.05 1=?= （3）由AC 的平衡可知：P P C A F F R R 35.079.05 1'=?= = [习题3－2] 弧形闸门自重W ＝150ｋＮ，试求提起闸门所需的拉力F 和铰支座处的反力。 解： )(=∑i A F M 6860sin 260cos 00=?+?-?-W F F 061508866.0=?+?--F F 900 928.7=F ) (522.113kN F =
F B R T A R C F T B R 0 =∑ix F 60cos 0=-Ax R F ) (761.565.0522.113kN R Ax =?= （←） =∑iy F 60sin 0=-+W R F Ay ) (690.51866.0522.11315060sin 0kN F W R Ax =?-=-= （↑） ) (77.7669.51761.5622kN R A =+= 323.42761 .5669 .51arctan ==θ [习题3－3] 已知F ＝10ｋＮ，杆AC 、BC 及滑轮重均不计，试用作图法求杆AC 、BC 对轮的约束力。
第三章 平面力系 一、填空题 1．力F 作用线向O 点平移时，为不改变它对刚体的作用效果，这时应该 附加一力偶，该力偶的矩等于力F 对O 点的矩。 2．平面任意力系向其作用平面内不同两点简化，所得主矢的关系是相同，所得主矩的关系是力系对新简化中心的主矩等于原力系对原简化中心的主矩加上作用于原简化中心的主矢对新简化中心的矩。 3．平面任意力系平衡方程的二矩式应满足的附加条件是两矩心的连线不垂直于投影轴。 二、选择题 1．一平面任意力系向点A 简化后，得到如图3.1所示的主矢和主矩，则该力系的最后合成结果应是（A ） (A ) 作用在点A 左边的一个合力 (B ) 作用在点A 右边的一个合力 (C ) 作用在点A 的一个合力 (D ) 一个合力偶 2．在刚体同一平面内A ，B ，C 三点上分别作用1F ，2F ，3F 三个力，并构成封闭三角形，如图3.2所示，此力系是属于什么情况（C ） (A ) 力系平衡 (B ) 力系简化为合力 (C ) 力系可简化为合力偶 (D ) 无法判断 3．均质杆长为l ，重为W ，在D 处用一绳将杆吊于光滑槽内，则槽壁在A ，B 处对杆产生的反力A F ，B F 有关系（D ） (A ) A B F F > (B ) A B F F < (C ) 0A B F F == (D ) 0A B F F =≠ 三、计算题 1．试求图3.4中力P 对点O 的矩，已知60a cm =，20b cm =，3r cm =，400P N =。 解：（a ）()4000.6240O M Pa N m ==?=?P （b ）o 1 ()sin304000.61202 O M P a N m =-?=-??=-?P 图3.2 图3.1 图 3.3
第三章平衡问题：矢量方法习题解答 3-1讨论图示各平衡问题是静定的还是静不定的，若是静不定的试确定其静不定的次数。 题3.1图 解：（1）以AB杆为对象，A为固定端约束，约束力有3个。如果DC杆是二力杆，则铰C处有1个约束力，这4个力组成平面一般力系，独立平衡方程有3个，所以是1次静不定；如果DC杆不是二力杆，则铰C和D处各有2个约束力，系统共有7个约束力，AB 杆和DC杆上的约束力各组成平面一般力系，独立平衡方程共有6个，所以，是1次静不定。 （2）AD梁上，固定铰链A处有2个约束力，辊轴铰链B、C和D各有1个约束力，共有5个约束力，这5个约束力组成平面一般力系，可以列出3个独立的平衡方程。所以，AD梁是2次静不定。 （3）曲梁AB两端都是固定端约束，各有3个共6个约束力组成平面一般力系，而独立的平衡方程只有3个。所以是3次静不定。 （4）刚架在A、B和C处都是固定端约束，各有3个共9个约束力组成平面一般力系，而独立的平衡方程只有3个。所以是6次静不定。 （5）平面桁架在A处为固定铰链，B处为辊轴铰链，共有3约束力组成平面一般力系，而独立的平衡方程也有3个，因此，该平面桁架的外力是静定的。 平面桁架由21根杆组成，所以有21个未知轴力，加上3个支座反力，共有24个未知量。21根杆由10个铰链连接，每个铰链受到平面汇交力系作用。若以铰链为研究对象，可以列出2×10=20个平衡方程。所以，此平面桁架的内力是24-20=4次静不定。 （6）整体在A处为固定铰链，B处为辊轴铰链，共有3约束力组成平面一般力系，而独立的平衡方程也有3个，因此，该系统的外力是静定的。 除了3个约束外力外，3根杆的轴力也是未知的，共有6个未知量。AB梁可以列出3个平衡方程，连接3根杆的铰链可以列出2个平衡方程，共有5个方程，所以，该系统的内力是1次静不定。 3-2炼钢炉的送料机由跑车A与可移动的桥B组成，如图示。跑车可沿桥上的轨道运动，两轮间距离为2米，跑车与操作架、手臂OC以及料斗相连，料斗每次装载物料重W=15kN，平臂长OC=5m。设跑车A、操作架和所有附件总重量为P，作用于操作架的轴线。试问P至少应多大才能使料斗在满载时不致翻倒？
建筑结构与受力分析之平面体系的几何组成分析 一、基本概念 1、基本假定： 不考虑材料应变，即所有杆件均为刚体。 2、几何不变体系(geometrically stable system)： 不考虑材料应变，在任何荷载作用下，几何形状和位置均保持不变的体系。 3、几何可变体系(geometrically unstable system)： 不考虑材料应变，在一般荷载作用下，几何形状或位置将发生改变的体系。 4、瞬变体系(instantaneously unstable system)： 原为几何可变，经微小位移后即转化为几何不变的体系。 5、刚片(rigid plate)： 几何形状不能变化的平面物体，即平面刚体。 6、自由度(degree of freedom)： 确定物体位置所必需的独立的几何参数数目。 7、约束(constraint)：限制物体运动的装置。 （1）链杆：1根链杆相当于1个约束。 单铰：连接两个刚片的铰。1个单铰相当于2个约束。 （2）铰接1个刚结点相当于3个约束。 复铰：连接三个或三个以上刚片的铰。 8、多余约束(redundant constraint)： 体系增加一个约束后，体系的自由度并不因此而减少，该体系称为多余约束。二、几何组成分析的目的
判别体系是否几何不变，是否能 用作结构。 三、构成几何不变体系的条件 1、约束的数量足够多。 2、约束的布置要合理。 规则一：三刚片规则。三刚片以不在一条直线上的三铰两两相联，组成无多余约束的几何不变体系。 规则二：两刚片规则。两刚片以一铰及不通过该铰的一根链杆相联组成无多余约束的几何不变体系。 规则三：二杆结点规则，也叫二元体规则。一点与一刚片用两根不共线的链杆相联，组成无多余约束的几何不变体系。 思考题： 1. 几何可变体系是否在任何荷载作用下都不能平衡？ 2. 有多余约束的体系一定是超静定结构 吗？ 3. 图中的哪一个不是二元体(或二杆结点)？ 1. 三个刚片每两个刚片之间由一个铰相连接构成的体系是 D 。 A.几何可变体系 B. 无多余约束的几何不变体系 C.瞬变体系 D.体系的组成不确定 (c)
平面任意力系平衡方程的应用教案 目的要求：掌握利用平面任意力系平衡方程基本形式求解平衡问题。教学重点：平衡方程的正确运用。 教学难点：对平衡方程的理解。 教学内容： 平面任意力系的简化 一、平面任意力系向任一点（简化中心）平移。 1、力系的简化依据－力的平移定理 2、力系的简化过程：如图(a)所示平面任意力系 根据力的平移定理，力平移后要附加一个力偶，其力偶的大小等于该力对简化中心之矩。这样，平移到简化中心的力组成一个平面汇交力系，所有附加的力偶组成一个平面力偶系。
3、平面汇交力系组成一个合力——主矢。根据平面汇交力系求合力的公式可得主矢的大小和方向为 二、平面任意力系平衡方程的应用 1、平面任意力系的平衡方程： 当平面任意力系作用于物体上，并处于平衡时，平面任意力系向任一点简化所得的主矢和主矩都应该等于零，于是得到下列平衡方程的基本形式： 2、解题步骤和方法： （1）确定研究对象，画受力图。 （2）选择座标轴和矩心，列平衡方程。 （3）解平衡方程，求出未知约束反力。 三、例题：
例1:如图所示悬臂梁，已知L＝2m，F=100N,求固定端A处的约束反力。 解（1）、取梁AB为研 究对象。 （2）、画出AB梁的受 力图。 （3）、建立直角坐标系 Axy。 （4）、列出平衡方程： ∑F x=0 F AX-Fcos30?＝0 ∑M A(F)=0 M A-FLsin30? ＝0 (5)、解平衡方程，求出 未知量。 联立求解平衡方程得 F Ax=86.6 N F Ay=50 N M A=100 N.m 说明：计算结果为正， 说明各未知力的实际方 向均与假设方向相同。
第三章 力系简化的基础知识 作用在物体上的一组力称为力系。 如果某力与一力系等效，则此力称为该力系的合力。 本章将介绍力学中的几个重要基本概念：力对点的矩；力偶和力偶矩；力的等效平移等。这些概念不但是研究力系简化的基础知识，而且在工程问题中得到广泛应用。 § 3-1 平面汇交力系的合成与平衡条件 力系中各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点，这样的力系称为平面汇交力系。在工程中经常遇到。例如在施工中起重机的吊钩所受各力就构成一个平面汇交力系，如图3-1（a ）、（b ）所示。 图3-1 一、两汇交力的合成 二、平面汇交力系的合成 1．平面汇交力系合成的几何法 如图)(33a -示，可以先将力系中的二个力按力的平行四边形法则合成，用所得的合力再与第三个力合成。如此连续地应用力的平行四边形法则，即可求得平面汇交力系的合力，具体作法如下： 任取一点a ，作矢量1__F ab =，过b 点作矢量2__F bc =，由力的三角形法则，矢量21__1F F ac R +==，即为力1F 和2F 的合力矢量。再过c 点作矢量3___F cd =，矢量32131__2F F F F R ad R ++=+==，即为力21F F 、和3F 的合力矢量。最后，过d 点作矢量4__F de =,则矢量432142F F F F F R R +++=+= ，即为力系中各力矢量的合矢量。 图3-3 上述过程示于图)(33b -。可以看出，将力系中的各力矢量首尾相连构成开口的力多边形abcde ，然后，由第一个力矢量的起点向最后一个力矢量的末端，引一矢量R 将力多边形封闭，力多边形的封闭边矢量R 即等于力系的合力矢量。这种通过几何作图求合力矢量
第三章平面力系平衡方程的应用 第1节物体系统的平衡问题 一、外力、内力的概念 (1)外力。系统外任何物体作用于该系统的力称为这个系统的外力。 (2)内力。所研究的系统内部各物体间相互作用的力称为内力，内力总是成对地作用于同一系统上。因此，当取系统为研究对象时，不必考虑这些内力。 二、静定与静不定概念 (1)静定系统。系统中所有未知量的总数小于或等于系统独立的平衡方程的总数时，称这系统为静定系统。这类系统仅应用刚体的静力平衡条件，就可以求得全部未知量的解。 (2)静不定系统。系统中所有未知量的总数大于系统独立的平衡方程的总数时，称这系统为静不定系统或超静定系统。这类问题仅应用刚体的静力平衡条件，不能求得全部未知量的解。 三、物体系统的平衡问题 常见的物体系统的平衡问题有三类，即构架；多跨静定梁；三铰拱。 这三类问题都有其相应的求解特点，在求解过程中能总结归纳。在求解这三类问题时通常要注意以下情况，如固定端约束、铰上受力、分布荷载计算、二力构件等。 例1 图3-1-1-1所示结构由AB、CD、DE三个杆件铰结组成。已知a＝2m，q＝500N/m，F ＝2000N。求铰链B的约束反力。 图3-1-1-1 解： 取整体为研究对象，其受力如图3-1-1-2所示。
图3-1-1-2 列平衡方程，有 ∑ F y =0, F Ay ?F?qa=0 得 F Ay =300N ∑ M C (F)=0,?3a F Ay ?a F Ax +aF+×qa=0 得 F Ax =?5500N 分析AEB杆，受力图如图3-1-1-3所示。 图3-1-1-3 ∑ F x =0, F Ax + F Bx =0 故 F Bx =? F Ax =5500N ∑ M E ( F → )=0, F By a+ F Bx a+ F Bx a? F Ay a=0 则得 F By = F Ay ? F Bx =?2500N 例2 求图3-1-1-4所示多跨静定梁的支座反力。梁重及摩擦均不计。
第三章 习题3-1．求图示平面力系的合成结果，长度单位为m。 解：(1) 取O点为简化中心，求平面力系的主矢： 求平面力系对O点的主矩： (2) 合成结果：平面力系的主矢为零，主矩不为零，力系的合成结果是一个合力偶，大小是260Nm，转向是逆时针。 习题3－2．求下列各图中平行分布力的合力和对于A点之矩。 解：(1) 平行力系对A点的矩是：
取B点为简化中心，平行力系的主矢是： 平行力系对B点的主矩是： 向B点简化的结果是一个力R B和一个力偶M B，且： 如图所示； 将R B向下平移一段距离d，使满足： 最后简化为一个力R，大小等于R B。其几何意义是：R的大小等于载荷分布的矩形面积，作用点通过矩形的形心。 (2) 取A点为简化中心，平行力系的主矢是： 平行力系对A点的主矩是：
向A点简化的结果是一个力R A和一个力偶M A，且： 如图所示； 将R A向右平移一段距离d，使满足： 最后简化为一个力R，大小等于R A。其几何意义是：R的大小等于载荷分布的三角形面积，作用点通过三角形的形心。 习题3－3．求下列各梁和刚架的支座反力，长度单位为m。
解：(1) 研究AB杆，受力分析，画受力图： 列平衡方程： 解方程组： 反力的实际方向如图示。 校核：
结果正确。 (2) 研究AB杆，受力分析，将线性分布的载荷简化成一个集中力，画受力图： 列平衡方程： 解方程组： 反力的实际方向如图示。 校核： 结果正确。 (3) 研究ABC，受力分析，将均布的载荷简化成一个集中力，画受力图：
列平衡方程： 解方程组： 反力的实际方向如图示。 校核： 结果正确。 习题3－4．重物悬挂如图，已知G=1.8kN，其他重量不计；求铰链A的约束反力和杆BC所受的力。
建筑力学复习题 一、判断题（每题1分，共150分，将相应的空格内，对的打“√”，错的打’“×”） 第一章静力学基本概念及结构受力分析 1、结构是建筑物中起支承和传递荷载而起骨架作用的部分。（√） 2、静止状态就是平衡状态。（√） 3、平衡是指物体处于静止状态。（×） 4、刚体就是在任何外力作用下，其大小和形状绝对不改变的物体。（√） 5、力是一个物体对另一个物体的作用。（×） 6、力对物体的作用效果是使物体移动。（×） 7、力对物体的作用效果是使物体的运动状态发生改变。（×） 8、力对物体的作用效果取决于力的人小。（×） 9、力的三要素中任何一个因素发生了改变，力的作用效果都会随之改变。（√） 10、既有大小，又有方向的物理量称为矢量。（√） 11、刚体平衡的必要与充分条件是作用于刚体上两个力大小相等，方向相反。（×） 12、平衡力系就是合力等于零的力系。（√） 13、力可以沿其作用线任意移动而不改变对物体的作用效果。（√） 14、力可以在物体上任意移动而作用效果不变。（×） 15、合力一定大于分力。（×） 16、合力是分力的等效力系。（√） 17、当两分力的夹角为钝角时，其合力一定小于分力。（√） 18、力的合成只有唯一的结果。（√） 19、力的分解有无穷多种结果。（√） 20、作用力与反作用力是一对平衡力。（×） 21、作用在同一物体上的三个汇交力必然使物体处于平衡。（×） 22、在刚体上作用的三个相互平衡力必然汇交于一点。（√） 23、力在坐标轴上的投影也是矢量。（×） 24、当力平行于坐标轴时其投影等于零。（×） 25、当力的作用线垂直于投影轴时，则力在该轴上的投影等于零。（√） 26、两个力在同一轴的投影相等，则这两个力相等。（×） 27、合力在任意轴上的投影，等于各分力在该轴上投影的代数和。（√） 28、力可使刚体绕某点转动，对其转动效果的度量称弯矩。（×） 29、力臂就是力到转动中心的距离。（×） 30、在力臂保持不变的情况下，力越大，力矩也就越大。（√） 31、在力的大小保持不变的情况下，力臂越大，力矩就越小。（×） 32、力矩的大小与矩心位置无关。（×） 33、大小相等，方向相反，不共线的两个力称为力偶。（×） 34、在力偶中的力越大，力偶臂越大，力偶矩就越小。（×） 35、力偶不能用力来代替，但可以用力来平衡。（×） 36、力偶对物体的作用效果是转动和移动。（×） 37、力偶可以在作用平面内任意移动或转动而不改变作用效果。（√） 38、在保持力偶矩的大小和转向不变的情况下，可任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变对刚体的转动效果。（√） 39、力偶矩的大小与矩心位置有关。（×） 40、若两个力偶中力的大小和力臂的长短相同，则两力偶对刚体的作用效果一定相同。（×） 41、力可以在物体上任意的平行移动，而不改变它对物体的作用效果。（×） 42、荷载是主动作用在结构上的外力。（√）
《平面任意力系的平衡》教学设计 【课题】平面任意力系的平衡（中国劳动社会保障出版社《工程力学》第三版第四章第一节） 【课时】第1课时（45分钟） 【课型】新课 【教材分析】静力学研究内容---物体受力分析方法和物体在力系作用下处于平衡条件在工程中应用很广。工程中最常见的力系是平面任意力系，前述的平面汇交力系和平面力偶系以及后述的平面平行力系可看成是平面任意力系的特殊形式，许多实际问题都可以简化为平面任意力系问题来处理，分析和解决平面任意力系平衡问题在静力学中占有重要地位。 【学情分析】职高学生对工程结构缺乏感性认识，对于作用在工程结构上力的分析难以正确理解，尤其对如何应用平衡方程解决工程上的平衡问题感觉困惑，对所学知识点内容缺乏整合应用的能力。但他们具有初步的分析和解决问题的能力，这就需要教师能合理设疑，引导学生进行自主探究，充分发挥学生学习主体的作用。 【教学目标分析】 1．识记目标：理解平面任意力系的概念；掌握平面任意力系的平衡条件和平衡方程。 2．能力目标：能应用平面任意力系平衡方程解决工程上的平衡问题；培养学生严谨的逻辑思维能力和自主探索问题的能力；提高学生分析和解决问题的能力。 3．情感目标：培养学生勤于思考的好习惯和严谨、务实、细致的工作态度；通过小组讨论，培养学生的协作精神。 【重点、难点】 重点：平面任意力系的平衡条件和平衡方程以及物体在平面任意力系作用下平衡问题的解法。 难点：应用平面任意力系平衡方程求解物体平衡问题的方法和步骤以及解题方法的优化。 【教学方法及策略】 本节课运用创设问题情境---引导学生自主探究---小组合作讨论---练习总结 ---知识拓展的教学模式；采用启发式教学法，引导学生进行自主探究学习，通过对展示案例的合作讨论，进行解题方法的优化，以达到预期的教学目标。
建筑力学基础 课程性质 《建筑力学》，主要介绍力学的基本公理与概念，平面杆件的变形和内力计算以及结构内力计算及结构受力分析等方面的知识。 建筑力学 第一章静力学 第一节静力学基本概念及公理 第二节约束和约束反作用力 第三节汇交力系 第四节力偶及力偶矩 第五节平面一般力系 第二章材料力学 第一节材料力学主要研究对象的几何特征第二节杆件变形的基本形式 第三节变形的内力 第三章结构力学 第一节杆件结构力学的研究对象和任务 第二节杆件结构的计算简图 第三节平面杆件结构的分类 第四节体系的几何组成分析 第五节几何组成分析的步骤和举例 第六节静定结构和超静定结构 第一章静力学 教学目标： 掌握静力学基本概念；了解约束和约束反作用力 第一节静力学基本概念及公理 静力学（statics）研究物体在力系作用下处于平衡的规律。 一、平衡的概念：平衡是指物体相对于地球静止或作匀速直线运动。 二、刚体的概念：刚体是在任何情况下保持其大小和形状不变的物体。
三、力的概念：力对物体的效应表现在物体运动状态的改变和变形。 力对物体的效应取决于以下三个要素：（1）力的作用点；（2）力的方向；（3）力的大小 在国际单位制中：力的大小的单位为牛顿（N）。目前工程实际中采用的工程单位制，其力的单位为公斤（kgf）。 1 kgf=9.80665 N 四、静力学公理 （一）公理一（二力平衡公理） 作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要与充分条件是：此两力大小相等、指向相反且沿同一作用线。 （二）公理二（加减平衡力系公理） 在作用于刚体上的任意一个力系中，加上或去掉任何一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。此公理只适用于刚体，而不适用于变形体。 （三）公理三（力的平行四边形法则） 作用于物体上同一点的两个力，可以合成为作用于该点的一个合力，它的大小和方向由这两个力的矢量为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示(见下左图)。亦可用右下图所示的力三角形表示，并将其称为力三角形法则。合力R与分力F1、F2的矢量表达式为 R=F1+F2 （四）公理四（作用和反作用定律） 两物体间的相互作用力，总是大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。力总是成对出现的。作用力与反作用力并非是作用在同一物体之上的，而是分别作用于不同的两个物体之上的。 （五）公理五（刚化公理） 若可变形体在已知力系作用下处于平衡状态，则可将此受力体视为刚体，其平衡不受影响。 若变形体处于平衡状态，则作用其上的力系一定满足刚体静力学的平衡条件。 第二节约束和约束反作用力 物体受到约束时，物体与约束之间相互作用着力，约束对被约束物体的作用力称为约束反力，简称约束反力或反力。 几种常见的约束类型： 1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束 绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。
第三章 力系的平衡 力系的平衡条件及其应用是刚体静力学研究的重点内容，在工程实践中有广泛的应用。本章首先介绍各种力系的平衡方程，然后应用平衡方程研究物体及物体系统的平衡问题。 3.1 力系的平衡方程 ● 空间力系的平衡方程 根据1.4中力系的简化结果分析，空间任意力系n F F F ,,21平衡的充分必要条件是：力系的主矢和对于任意简化点的主矩均等于零矢量。即 01 =∑=n i i F ，0)(1 =∑=n i i O F M (3–1) 以任意简化中心为原点建立直角坐标系Oxyz ，并将以上二式分别投影到各个坐标轴上，得到空间任意力系平衡条件的解析表达式。 )(0 )(0 )(0 1 1 1111======∑∑∑∑∑∑======n i i z n i i y n i i x n i ix n i ix n i ix F M F M F M F F F (3–2) 式(3–2)称为空间任意力系的平衡方程。一般情况下共有6个独立方程。对于空间特殊力系，式(3–2)中的某些方程将变成恒等式，独立方程的个数相应减少。 例3–1：如图3–1(a)，镗刀杆在根部被夹具固定，刀头在镗削工件时受到切向力z P 、径向力y P 和轴向力x P 作用，其 大小分别为N 5000 、N 1500和N 750，方向如图。刀尖B 位于Axy 平面内。试求刀杆根部约 束力的各个分量(图中 尺寸单位为mm )。 解：如图3–1建立坐标系。夹具对镗刀杆构成空间固定端约束，镗刀杆受力如图3–1(b)所示。现在镗刀杆受空间任意力系作用，根据平衡方程(3–2)，故有 00=-=∑x Ax x P N F 00=-=∑y Ay y P N F (a) (b) 图3–1 例3–1图
1 第3章 力系的平衡 3.1 主要内容 空间任意力系平衡的必要和充分条件是：力系的主矢和对任一点的主矩等于零，即 0=R F 0=O M 空间力系平衡方程的基本形式 0,0, 0=∑=∑=∑z y x F F F 0)(, 0)(, 0)(=∑=∑=∑F F F z y x M M M 空间汇交力系平衡的必要和充分条件是：力系的合力 0=R F 空间汇交力系平衡方程的基本形式 0,0,0=∑=∑=∑z y x F F F 空间力偶系平衡的必要和充分条件是：各分力偶矩矢的矢量和 0=∑i M 空间力偶系平衡方程的基本形式 0)(,0)(, 0)(=∑=∑=∑F F F z y x M M M 平面力系平衡的必要和充分条件:力系的主矢和对于任一点的主矩都等于零，即： 0=∑='F F R ;0)(=∑=F O O M M 平面力系的平衡方程有三种形式： 基本形式： 0)(,0,0=∑=∑=∑F M F F O y x 二矩式： 0)(,0)(,0=∑=∑=∑F M F M F B A x （A 、B 连线不能与x 轴垂直） 三矩式： 0)(, 0)(, 0=∑=∑=∑F M F M M C B A （A 、B 、C 三点不共线） 平面力系有三个独立的平衡方程，可解三个未知量。 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是合力为零，即 0=∑=F F R 平衡的解析条件：各分力在两个坐标轴上投影的代数和分别等于零，即 0,0=∑=∑y x F F
两个独立的平衡方程，可解两个未知量。 平面力偶系平衡的必要和充分条件为：力偶系中各力偶矩的代数和等于零，即 ∑=0 M i 一个独立的平衡方程，可解一个未知量。 3.2 基本要求 1．熟练掌握力的投影，分布力系的简化、力对轴之矩等静力学基本运算。 2．能应用各种类型力系的平衡条件和平衡方程求解单个刚体和简单刚体系统的平衡问题。对平面一般力系的平衡问题，能熟练地选取分离体和应用各种形式的平衡方程求解。 3．正确理解静定和超静定的概念，并会判断具体问题的静定性。 3.3 重点讨论 主要研究单个刚体和刚体系统受平面力系而平衡的问题。 在研究系统的平衡问题时，首先应进行静定性的判断。刚体静力学，只研究静定的系统。 求解单个刚体平衡时，应选择合适的平衡方程的形式。对投影轴的取向及矩心和取矩轴的位置也要灵活选择，以便列一个平衡方程就能求出一个未知量。如列力矩方程时，把矩心选在一个未知力的作用线上或两个未知力的交点上；列投影方程时，选择投影轴与一个力或几个未知力垂直，则在方程中不会出现这些未知力，可使方程所含未知力数目减少。 求解刚体系统平衡时，原则上讲，可以将刚体系拆成单个刚体，对每一单个刚体列写平衡方程，再将所有平衡方程联立求解。如果刚体系是静定的，由所列方程能解出全部位置量。这种方法比较规范，但求解联立方程的计算量大，只适用于计算机求解，而且物理概念不清楚，也不适用于只求解某几个指定的未知量的情况。在理论力学学习阶段，应重视物理概念，并主要靠手工运算求解；因此，应灵活选取研究对象，灵活列写平衡方程，尽量做到列一个平衡方程就解出一个未知量。 求解力系平衡问题的方法和步骤。 1．选取研究对象； 2．分析研究对象受力，画受力图； 3．根据力系的类型列写平衡方程，选取适当的坐标轴和矩心，以使方程中未知量个数最少； 4．求未知量，分析和讨论计算结果。 2
《建筑力学》教案 第一章绪论 【目的要求】 1. 掌握：刚体的概念，杆件变形的基本形式。 2．熟悉：平面杆系结构的类型，建筑力学的任务，刚体、变形体及其基本假设。 3．了解：薄壁结构、实体结构的概念，载荷的分类。 【重点、难点】 1．教学重点：杆件变形的基本形式。 2．教学难点：刚体、变形体及其基本假设。 【教学方法与教学手段】 讲授式、讨论式、案例式。 【教学时数】4学时 【本章知识点】 1．杆系结构 杆系结构——建筑物中的骨架主要由杆件组成，建筑力学主要研究平面杆件结构，在计算简同中用其轴线表示； 2．计算模型：刚体、变形体 计算模型－刚体、变形体——其中刚体是受力不变形的物体，当我们讨论的问题与变形无关或影响很小时可以使问题简化； 3．变形基本形式
变形体是物体变形不可忽略时的讨论，但也要有连续、均匀及各向同性的假设。包括拉压、剪切、扭转、弯曲，这四种基本的变形形式是日常生活中常见的，在本课程的学习中，应注意产生变形的力和力偶与相应的变形的对应关系。 4．建筑力学的内容和任务 （1）结构由杆件组成，如何组成才能成为一个结构是我们首先要研究的问题； （2）结构是要承受荷载的，这里讨论最简单的结构（静定结构）在荷载作用下的内力计算（杆件视为刚体） （3）研究单个杆件在基本变形形式下的受力情况，及其相应的变形以及受力与变形之间关系（变形体） （4）静定结构在荷载作用下的变形与位移 （5）超定结构的内力（位移）三个经典方法 （6）直杆受压的稳定问题 5．集中荷载、均布荷载 主要讨论集中荷载、均布荷载问题，其它荷载在其他课程讨论。 【基本内容及要求】 1．结构与构件 （1）理解结构的概念； （2）了解结构按其几何特征的三种分类。 2．刚体、变形体及其基本假设 （1）了解建筑力学中物体的概念； （2）掌握在建筑力学中将物体抽象化为两种计算模型，以及刚体、理想变形固体的概念及其主要区别。 （3）掌握弹性变形与塑性变形的概念。 3．杆件变形的基本形式 （1）掌握轴向变形或压缩、剪切、扭转、弯曲四种基本变形的变形特点。 4．建筑力学的任务和内容 （1）了解建筑力学的任务、目的，结构正常工作必须满足的要求； （2）掌握强度、刚度、稳定性的概念； （3）了解建筑力学的内容。 5．荷载的分类
第3章 平面力系的平衡条件 3.1平面汇交力系的合成与平衡条件 力系中各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点，这样的力系称为平面汇交力系。 3.1.1 平面汇交力系合成的解析法 设作用于O 点的平面汇交力系（F 1，F 2，…，F n ），其合力矢量为R F （图3-2）。按合力投影定理求合力R F 在x , y 轴上的投影 ∑∑====n i yi Ry n i xi Rx F F F F 1 1 y 图3-2 R F = cos Rx R F F α= (3-1) cos Ry R F F β= 式中 α，β------合力矢量F R 与x 和y 轴的正向夹角。 3.1.2 平面汇交力系的平衡方程 平面汇交力系平衡的必要与充分条件是力系的合力F R 等于零。 1 0n Rx xi i F F ===∑
1 0n Ry yi i F F == =∑ (3-2) 于是，平面汇交力系平衡的必要与充分条件可解析地表达为：力系中所有各力在两个坐标轴上投影的代数和分别为零。式(3-2)称为平面汇交力系的平衡方程。 3.2平面力偶系的合成与平衡条件 3.2.1 平面力偶系的合成 应用力偶的等效条件，可将n 个力偶合成为一合力偶，合力偶矩记为M 。 ∑==n i i M M 1 (3-3) 3.2.2 平面力偶系的平衡条件 平面力偶系平衡的必要与充分条件：力偶系中所有各力偶的力偶矩的代数和等于零,即 1 0n i i M M == =∑ (3-4) 3.3平面任意力系的合成与平衡条件 3.3.1工程中的平面任意力系问题 力系中各力的作用线在同一平面内，且任意地分布，这样的力系称为平面任意力系。 3.3.2 平面任意力系向一点的简化 主矢和主矩 如图3-7（a ）所示。在力系作用面内任选一点O ，将力系向O 点简化，并称O 点为简化中心。 i ′ 图3-7