第2章力系的简化
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第二章 力系的简化将复杂力系等效地化为最简力系在理论分析和工程中都具有重要意义。
前一章将汇交力系和力偶系分别合成为一个力和一个力偶,是力系简化的例子。
力系简化的前提是等效。
等效力系是指不同力系对同一物体所产生的运动效应相同。
力系的简化是指用简单的力系等效地替换一个复杂力系。
力系简化而得到的最简单力系称为力系简化的结果,可以是平衡、一个力、一个力偶,或者一个力和一个力偶。
力系的简化结果可以导出力系平衡条件,将在下章中详细讨论。
力系简化并不局限于静力学。
例如,飞行中的飞机受到升力、牵引力、重力、空气阻力等分布在飞机不同部位力作用,为确定飞机运动规律可以先进行力系的简化。
因此,力系简化也是动力学分析的基础本章首先引入主矢和主矩两个力系的基本特征量,作为力系等效简化的依据。
然后讨论力系简化,力系简化的基础是力线平移,由此力系可向任意一点简化,并进而分析力系的几种最简形式。
最后,考虑平行力系的简化,并叙述重心、质心和形心的概念与计算公式。
§2.1 力系的基本特征量:主矢与主矩为讨论力系的等效和简化问题,引入力系的两个基本特征量:主矢和主矩。
设刚体受到力系F i (i=1, 2,…,n )作用,诸作用点相对固定点O 的矢径依次为r i (i=1, 2,…,n )。
力系F i 的矢量和,称为力系的主矢。
记为F R ,即∑==ni i 1R F F (2.1.1)主矢仅取决于力系中各力的大小和方向,而不涉及作用点,是一个自由矢量。
主矢通常不是力。
计算力系F i 对固定点O 的力矩的矢量和,称为力系对点O 的主矩。
记为M O ,即 ∑=⨯=ni iiO 1F r M (2.1.2)它不仅取决于力系中各力的大小、方向和作用点,还取决于矩心O 的选择。
因此,主矩是定位矢量。
利用动力学理论,可以证明,不同力系对刚体运动效应相同的条件是不同力系的主矢以及对相同点的主矩对应相等。
因此,主矢和主矩的引入为判断力系的等效提供了依据。