《剪力图与弯矩图》PPT课件

第5章梁的剪力图与弯矩图 基础篇之五 材料力学 工程中的梁与梁的力学模型 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 梁横截面上的内力 剪力和弯矩 剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 结论与讨论 应用力系简化方法确定横截面上的剪力和弯矩 剪力方程和弯矩方程 工程中的梁与梁的力学模型 返回 返回总目录 第5章剪力图与弯矩图 杆件承受垂直于其轴线的外力或位于其轴线所在平面内的力偶作用时 其轴线将弯曲成曲线 这种受力与变形形式称为弯曲 bending 主要承受弯曲的杆件称为梁 beam 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 第5章剪力图与弯矩图 架在空中的悬臂梁 梁的力学模型与工程中梁的模型 第5章剪力图与弯矩图 架在空中的悬臂梁 梁的力学模型与工程中梁的模型 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型 悬臂梁 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 梁的力学模型 简支梁 简支梁 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型 梁的力学模型与工程中梁的模型 外伸梁 两端外伸 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型与工程中梁的模型 工程中可以看作梁的杆件很多 第5章剪力图与弯矩图 梁的力学模型 梁的力学模型与工程中梁的模型 外伸梁 一端外伸 第5章剪力图与弯矩图 梁横截面上的内力 剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 剪力和弯矩的正负号规定 第5章剪力图与弯矩图 剪力和弯矩的正负号规定 第5章剪力图与弯矩图 梁横截面上的内力 剪力和弯矩 总体平衡与局部平衡的概念 第5章剪力图与弯矩图 梁横截面上的内力 剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 梁横截面上的内力 剪力和弯矩 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 第5章剪力图与弯矩图 描述内力变化规律有两种方法 1 数学方程 剪力方程与弯矩方程 2 图形 剪力图与弯矩图 两种描述方法都要 1 确定变化区间 2 遵循正负号规则 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 某一截面上的内力与作用在该截面一侧局部杆件上的外力相平衡 在载荷无突变的一段杆的各截面上内力按相同的规律变化 杆件内力变化的一般规律 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 当梁上的外力 包括约束力 沿杆的轴线方向发生突变时 剪力和弯矩的变化规律也将发生变化 所谓外力突变 是指有集中力 集中力偶作用 以及分布载荷间断或分布载荷集度发生突变的情形 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 所谓剪力和弯矩变化规律是指表示剪力和弯矩变化的函数或变化的图线 这表明 如果在两个外力作用点之间的梁上没有其他外力作用 则这一段梁所有横截面上的剪力和弯矩可以用同一个数学方程或者同一图线描述 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 根据以上分析 在一段杆上 内力按某一种函数规律变化 这一段杆的两个端截面称为控制面 controlcross section 据此 下列截面均可为控制面 集中力作用点的两侧截面 集中力偶作用点的两侧截面 均布载荷 集度相同 起点和终点处的截面 变化区间 控制面 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 变化区间 控制面 第5章剪力图与弯矩图 描述剪力和弯矩沿梁的轴线变化的两种方法 应用力系简化方法确定梁的剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 应用力系简化方法确定梁的剪力和弯矩 将力系简化方法用于确定控制面上的剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 例题1 悬臂梁在B C两处分别承受集中力FP和集中力偶M 2FPl的作用 梁的全长为2l 试用力系简化方法确定指定截面上的剪力和弯矩 应用力系简化方法确定梁的剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 应用力系简化方法确定梁的剪力和弯矩 第5章剪力图与弯矩图 应用力系简化方法确定梁的剪力和弯矩 剪力方程与弯矩方程 第5章剪力图与弯矩图 一端为固定铰链支座 另一端为辊轴支座的梁 称为简支梁 simplesupportedbeam 梁上承受集度为q的均布载荷作用 梁的长度为l 试写出 该梁的剪力方程和弯矩方程 例题2 第5章剪力图与弯矩图 剪力方程与弯矩方程 解 1 确定约束力 因为只有铅垂方向的外力 所以支座A的水平约束力等于零 又因为梁的结构及受力都是对称的 故支座A与支座B处铅垂方向的约束力相同 于是 根据平衡条件不难求得 第5章剪力图与弯矩图 剪力方程与弯矩方程 解 2 确定控制面和分段 因为梁上只作用有连续分布载荷 载荷集度没有突变 没有集中力和集中力偶的作用 所以 从A到B梁的横截面上的剪力和弯矩可以分别用一个方程描述 因而无需分段建立剪力方程和弯矩方程 3 建立Oxy坐标系 以梁的左端A为坐标原点 建立Oxy坐标系 第5章剪力图与弯矩图 剪力方程与弯矩方程 解 4 确定剪力方程和弯矩方程 对于坐标为x的截面 将其左侧的均布载荷和约束力向右侧简化 得到该截面上的剪力方程和弯矩方程 第5章剪力图与弯矩图 剪力方程与弯矩方程 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 返回 返回总目录 第5章剪力图与弯矩图 将FQ x 对x求一次导数 将M x 对x求一次和二次导数 得到 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 考察微段的受力与平衡 剪力 弯矩与载荷集度之间微分关系的证明 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 C Fy 0 MC 0 考察微段的受力与平衡 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 略去高阶项 得到 此即适用于所有平面载荷作用情形的平衡微分方程 根据上述微分方程 由载荷变化规律 即可推知内力FQ M的变化规律 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 根据上述微分方程 由载荷变化规律 即可推知内力FQ M的变化规律 例如 如果两个相邻控制面之间没有外部载荷 则有 平行于x轴的直线 斜直线 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 q 0 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 q 0 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 根据上述微分方程 由载荷变化规律 即可推知内力FQ M的变化规律 例如 如果两个相邻控制面之间作用有均匀分布载荷 则有 斜直线 抛物线 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 q 0 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 q 0 第5章剪力图与弯矩图 载荷集度 剪力 弯矩之间的微分关系 剪力图与弯矩图 返回 返回总目录 第5章剪力图与弯矩图 作用在梁上的平面载荷如果不包含纵向力 这时梁的横截面上只有剪力FQ和弯矩M两种内力分量 表示剪力和弯矩沿梁轴线方向变化的图形 分别称为剪力图 diagramofshearingforces 和弯矩图 diagramofbendingmoment 剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图的绘制方法与轴力图和扭矩图大体相似 但略有差异 主要步骤如下 根据载荷及约束力的作用位置 确定控制面 应用力系简化的方法确定控制面上的剪力和弯矩数值 建立FQ x和M x坐标系 并将控制面上的剪力和弯矩值标在相应的坐标系中 应用平衡微分方程确定各段控制面之间的剪力图和弯矩图的形状 进而画出剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 简支梁受力的大小和方向如图所示 例题4 试画出 其剪力图和弯矩图 并确定剪力和弯矩绝对值的最大值 解 1 确定约束力 求得A B两处的约束力FRA 0 89kN FRF 1 11kN 根据力矩平衡方程 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 解 2 确定控制面 在集中力和集中力偶作用处的两侧截面以及支座反力内侧截面均为控制面 即A B C D E F各截面均为控制面 3 建立坐标系建立FQ x和M x坐标系 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 5 根据微分关系连图线因为梁上无分布载荷作用 所以剪力FQ图形均为平行于x轴的直线 解 4 应用力系简化方法确定控制面上的剪力和弯矩值 并将其标在FQ x和M x坐标系中 弯矩M图形均为斜直线 于是 顺序连接FQ x和M x坐标系中的a b c d e f各点 便得到梁的剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 5 确定剪力与弯矩的最大绝对值 从图中不难得到剪力与弯矩的绝对值的最大值分别为 发生在EF段 发生在D E截面上 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 从所得到的剪力图和弯矩图中不难看出AB段与CD段的剪力相等 因而这两段内的弯矩图具有相同的斜率 此外 在集中力作用点两侧截面上的剪力是不相等的 而在集中力偶作用处两侧截面上的弯矩是不相等的 其差值分别为集中力与集中力偶的数值 这是维持DE小段和BC小段梁的平衡所必需的 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 回顾dx微段的取法 注 集中载荷与弯矩图上的尖点 弯矩图与受拉侧 回顾M轴正方向的规定 例题5 梁由一个固定铰链支座和一个辊轴支座所支承 但是梁的一端向外伸出 这种梁称为外伸梁 overhangingbeam 梁的受力以及各部分尺寸均示于图中 试画出 其剪力图和弯矩图 并确定剪力和弯矩绝对值的最大值 解 1 确定约束力 根据梁的整体平衡 由 求得A F两处的约束力 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 解 2 确定控制面 由于AB段上作用有连续分布载荷 故A B两个截面为控制面 约束力FBy右侧的C截面 以及集中力qa左侧的D截面 也都是控制面 3 建立坐标系建立FQ x和M x坐标系 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 解 4 确定控制面上的剪力和弯矩值 并将其标在FQ x和M x坐标系中 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 5 根据微分关系连图线对于剪力图 在AB段上 因有均布载荷作用 剪力图为一斜直线 于是连接a b两点 即得这一段的剪力图 在CD段 因无分布载荷作用 故剪力图为平行于x轴的直线 由连接c d二点而得 或者由其中任一点作平行于x轴的直线而得到 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 5 根据微分关系连图线对于弯矩图 在AB段上 因有均布载荷作用 图形为二次抛物线 又因为q向下为负 弯矩图为凸向M坐标正方向的抛物线 于是 AB段内弯矩图的形状便大致确定 为了确定曲线的位置 除AB段上两个控制面上弯矩数值外 还需要确定在这一段内二次抛物线有没有极值点 以及极值点的位置和极值点的弯矩数值 从剪力图上可以看出 在e点剪力为零 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 6 确定弯矩图极值点的位置 可用多种方法 81qa2 32 第5章剪力图与弯矩图 FQ 0 剪力图与弯矩图 7 确定剪力与弯矩的最大绝对值 从图中不难得到剪力与弯矩的绝对值的最大值分别为 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 注意到在右边支座处 由于有约束力的作用 该处剪力图有突变 支座两侧截面剪力不等 弯矩图在该处出现折点 弯矩图的曲线段在该处的切线斜率不等于斜直线cd的斜率 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 注 均布载荷方向与弯矩图的凸凹性 集中载荷与弯矩图上的尖点 弯矩图与受拉侧 回顾M轴正方向的规定 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 几则有利于复习与思考的示例 示例1 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 示例2 第5章剪力图与弯矩图 剪力图与弯矩图 示例3 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 返回 返回总目录 刚架的组成 横梁 立柱与刚节点 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 面内载荷作用下 刚架各杆横截面上的内力分量 轴力 剪力和弯矩 特点 内力分量的正负号与观察者位置的关系 轴力的正负号与观察者位置无关 剪力的正负号与观察者位置无关 弯矩的正负号与观察者位置有关 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 轴力的正负号与观察者位置无关 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 剪力的正负号与观察者位置无关 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 弯矩的正负号与观察者位置有关 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 受拉边与受压边保持不变 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 刚架内力图的画法 1 无需建立坐标系 2 控制面 平衡微分方程 3 弯矩的数值标在受拉边 4 轴力 剪力画在里侧和外侧均可 但需标出正负号 5 注意节点处的平衡关系 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 节点处的平衡关系 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 例题9 已知平面刚架上的均布载荷集度q 长度l 试 画出刚架的内力图 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 1 确定约束力 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 2 确定控制面 B 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 3 确定控制面上的内力 采用力系简化方法 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 3 确定控制面上的内力 采用力系简化方法 q l ql 2 ql A B 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 3 确定控制面上的内力 应用力系简化的方法 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 3 确定控制面上的内力 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 4 画剪力图和弯矩图 刚架的内力与内力图 第5章剪力图与弯矩图 解 4 画剪力图和弯矩图 刚