第2章平面汇交力系

1、工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系第 2 章 平面汇交力系2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系平面汇交力系的定义： 各力的作用线在同一平面内且相交于一点的力系。本章研究的两个问题： 平面汇交力系的合成（简化）和平面汇交力系的平衡。几何法和解析法。研究方法：F2F1FnO工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法1. 合成FR=F1+F2+F3 FR=

2、F1+F2+Fn工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系F2F3F4F1F1F2F3F42. 平衡平面汇交力系平衡的充要条件是合力为零，即(1) FR=0 ;(2) 在几何法中，合力为零即为力多边形自行封闭。工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系3. 三力平衡汇交定理 若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个力的作用线相交于一点，则三个力的作用线必汇交于同一点，而且共面。F1F2F12F3OF12=F1+F2 工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 利用三力平衡汇交定理

3、确定铰A处约束力的方位。例 题 2- 1FCBFRAFRBA 解FAB2m3mC工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 试指出图示各力多边形中，哪些是自行封闭的？ 哪些不是自行封闭的？如果不是自行封闭，哪个矢 量代表合力？哪些矢量代表分力？思 考 题 2- 1工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 水平梁AB中点C作用着力F，其大小等于20 kN，方向与梁的轴线成60角，支承情况如图所示，试求固定铰链支座A和活动铰链支座B的约束力。梁的自重不计。 30 aa例 题 2- 2工程力学教程电子教案工程力学教程电

4、子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 解：1. 取梁AB作为研究对象。 FA = 17.0 kN FB = 10 kN2. 画出受力图。3. 作出相应的力三角形。60 30 4. 由力三角形中量出：例 题 2- 2或由几何关系030cosFFA030sinFFB工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法1. 力在坐标轴上的投影y xOABab图图(a) 平行光线照射下物体的影子图(b)力在坐标轴上的投影b1a1Oy xBAabFFxFyFxFy工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面

5、汇交力系平面汇交力系 由图知，若已知力 的大小为F 及其与x轴、y轴的夹角为a、b，则即力在某个轴上的投影等于力的模（大小）乘以力与该轴的正向间夹角的余弦。当a、b为锐角时，Fx、Fy均为正值；当a、b为钝角时，Fx、Fy为负值。故力在坐标轴上的投影是个代数量。 b1a1Oy xBAabFFxFyFxFya ab bcosxaFFcossinybaFFF工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 而如将力F沿正交的x、y坐标轴方向分解，则所得分力Fx 、F y 的大小与力F在相应轴上的投影Fx、Fy的绝对值相等。但是当Ox、Oy两轴不正交时，则没有这个关

6、系。b1a1Oy xBAabFFxFyFxFy工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 试分析在图示的非直角坐标系中，力F 沿x、y轴 方向的分力的大小与力F在x、y轴上的投影的大小 是否相等？思 考 题 2- 2OxyF工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系式中cosa 和cosb 称为力F 的方向余弦。注意: 力的投影是代数量，而力的分力是矢量；投影无所谓作用点，而分力作用在原力的作用点。b1a1Oy xBAabFFxFyFxFyab22xyFFF22cosxxyaFFF22cosyxybFFF工程力学教

7、程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系2. 合力投影定理合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。OxyF1F2FRabcABC同理12RR12R12,xxyxab xbcacxxyyFFFR12R12xnynxxxyyyFF工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系3. 合成22RRRxyFFFRRtanyxaFFxOyFRxFR yFRF1F2FnaRRxxyyFFFF工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系4. 平衡22RRR0 xyFFFRR00 xxyyFF

8、FFxOyFRxFR yFRF1F2Fna即平面汇交力系平衡的解析条件是：力系中各力在两个坐标轴中每一轴上的投影之代数和均等于零。 由于提供的独立的方程有两个，故可以求解两个未知量。工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 重物质量m =10 kg,悬挂在支架铰接点B处，A、C为固定铰支座，杆件位置如图示，略去支架杆件重量，求重物处于平衡时，AB、BC杆所受的力。例 题 2- 3yxBmgFCB30。FAB45。ABC6045。工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系Fx= 0, -FCB cos30o + F

9、ABcos45o =0Fy= 0, -mg+FCB sin30o +FABsin45o =0FAB=88.0 N， FCB=71.8 N。 解：取铰B为研究对象，其上作用有三个力：重力mg；BC杆的约束力FCB（设为拉力）及AB杆的约束力FAB（设为压力），列出平衡方程联立上述两方程，解得：例 题 2- 3yxBmgFCB30。FAB45。工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 由于求出的FAB和FCB 都是正值，所以原先假设的方向是正确的，即BC 杆承受拉力，AB 杆承受压力。若求出的结果为负值，则说明力的实际方向与原假定的方向相反。例题 2- 3

10、ABC6045。yxBmgFCB30。FAB45。工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系为避免解联立方程，可把一个轴放在与一个未知力的作用线相垂直的位置上，这个未知力在轴上的投影为零，于是投影方程中就只有一个未知数，不必解联立方程。如在下例中 图(b) 这样建立坐标 系FT 和FN相互耦合OPFTFNxy注意：30 OP图(a)yOPFTFNxFx=0, FTP sin30 =0。图(c)可求得FT工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系思 考 题 2- 3 重量为P 的钢管C 搁在斜槽中，如图所示。 试问平

11、衡时是否有FA = P cosq，FB = P cosq ？ 为什么？工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系 如图所示，重物P=20 kN，用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试求平衡时杆AB和BC所受的力。例 题 2- 43060工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系列平衡方程解方程得杆AB和BC所受的力: 解：取滑轮B为研究对象，忽略滑轮的大小，设AB受拉，BC受压，受力图及坐标如图。显然，F1=F2=P例 题 2-4306012120,sin 30sin 6000,cos 30cos 600 xAByBCFFFFFFFF0.3667.32 kN (1.36627.3 kN (ABBCFPFP 压杆）压杆）工程力学教程电子教案工程力学教程电子教案 第第2 2章章 平面汇交力系平面汇交力系求解平面汇交力系平衡问题的一般步骤：(1)弄清题意，明确已知量和待求量； (2)恰当选取研究对象，明确所研究的物体； (3)正确画出研究对象的受力图（主动力，约束力，二力构件等）； (4)