建筑力學(xué) 課件 第2章（上）平面匯交力系

建筑力學(xué)第2章匯交力系§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法力系分類：力系平面力系空間力系——各力的作用線都在同一平面內(nèi)的力系力系匯交力系力偶系平行力系一般力系（或任意力系）特殊力系匯交力系研究方法：幾何法，解析法?！?–1匯交力系合成與平衡的幾何法匯交力系：各力的作用線都匯交于一點(diǎn)的力系。平面匯交力系平面匯交力系空間匯交力系一、合成的幾何法——力多邊形法則：1.兩個(gè)共點(diǎn)力的合成由力的平行四邊形法則作，也可用力的三角形法則來作。合力方向由正弦定理：合力大小由余弦定理：

FRFR§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法2.任意個(gè)匯交力的合成AA§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法表達(dá)式：2.任意個(gè)匯交力的合成AA§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法

把各分力矢首尾相接，形成一條有向折線段（稱為力鏈）。加上一封閉邊（即合力矢），就得到一個(gè)多邊形，稱為力多邊形。力多邊形法則：AA§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法AA

合力矢與各個(gè)分力的合成次序無關(guān)。改變分力矢的作圖順序：本質(zhì)：矢量求和符合交換律§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法匯交力系的合成結(jié)果：

匯交力系可以合成為一個(gè)合力，合力作用在力系的公共作用點(diǎn)，它等于這些力的矢量和，并可由這力系的力多邊形的封閉邊來表示。A注意：合力矢是從第一個(gè)分力的起點(diǎn)到最后一個(gè)分力的終點(diǎn)所作的矢量?！?–1匯交力系合成與平衡的幾何法匯交力系的合成結(jié)果：

匯交力系可以合成為一個(gè)合力，合力作用在力系的公共作用點(diǎn)，它等于這些力的矢量和，并可由這力系的力多邊形的封閉邊來表示。A§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法平面匯交力系：力多邊形為平面圖形空間匯交力系：力多邊形為三維圖二、匯交力系平衡的幾何條件：匯交力系平衡的充要條件是：合力為零意味著第一個(gè)分力的起點(diǎn)與最后一個(gè)分力的終點(diǎn)重合！即力多邊形自行封閉！力系中各力的矢量和等于零A§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法二、匯交力系平衡的幾何條件：

匯交力系平衡的充要條件是：

在幾何法求力系的合力中，合力為零意味著力多邊形自行封閉。所以匯交力系平衡的必要與充分的幾何條件是：力多邊形自行封閉A§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法

已知：P=10kN,BC=AC=2m，AC與BC相互垂直。求：在P的作用下桿AC、BC所受力的大小。①選鉸鏈C為研究對(duì)象②取分離體畫受力圖解：FCB與FCA和外力

P構(gòu)成一平面匯交力系。由平衡的幾何條件，力多邊形封閉。ACPBPFCA由作用力和反作用力的關(guān)系，AC、BC桿受力等于。例題1FCBPFCBFCA

已知：P=10kN,BC=AC=2m，AC與BC相互垂直。求：在P的作用下桿AC、BC所受力的大小。思考：研究對(duì)象還可以選擇誰？ACPBFBCFAC整體！PFBCFAC在幾何法求解時(shí)，若受力分析時(shí)約束反力的指向與實(shí)際指向相反，則在作自行封閉力多邊形時(shí)，應(yīng)根據(jù)分力首尾相接的原則確定并修改為實(shí)際指向。例題1§2–1匯交力系合成與平衡的幾何法幾何法解平衡問題步驟：①選研究對(duì)象；②作出受力圖；③選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦鏖]合力多邊形；④求出未知量。幾何法解題不足：①精度不夠，誤差大②作圖要求精度高；③不能表達(dá)各個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系。

下面我們研究匯交力系合成與平衡的另一種方法：

解析法

一、力在軸上和平面上的投影結(jié)論：力在某軸上的投影，等于力的模乘以力與該軸正向間夾角的余弦（方向余弦）

。§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影FxxABαab1、力在軸上的投影——方向角“+”：ab的方向與坐標(biāo)軸正向相同“-”：ab的方向與坐標(biāo)軸正向相反力在坐標(biāo)軸上的投影是代數(shù)量，應(yīng)特別注意它的符號(hào)?！?-2力在坐標(biāo)軸上的投影思考：力在坐標(biāo)軸上的投影在什么情況下為零？當(dāng)力垂直于坐標(biāo)軸時(shí)！投影的正負(fù)號(hào)取決于方向余弦的正負(fù)。投影的計(jì)算也可采用便于計(jì)算的銳角：結(jié)論：力在平面上的投影是矢量，其大小等于力的模乘以力與該平面間夾角的余弦?！?-2力在坐標(biāo)軸上的投影ABab2、力在平面上的投影二、力在直角坐標(biāo)軸上的投影§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影FxFyxyOABαβaa’bb’1、力在平面直角坐標(biāo)軸上的投影xyFxFyOABαβaa’bb’§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影三、投影與分力的比較1、聯(lián)系當(dāng)力在坐標(biāo)軸上的投影為正時(shí)，其相應(yīng)分力的指向沿坐標(biāo)軸正向；當(dāng)力在坐標(biāo)軸上的投影為負(fù)時(shí)，其相應(yīng)分力的指向則沿坐標(biāo)軸負(fù)向。xyz§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影三、投影與分力的比較1、聯(lián)系將力F按坐標(biāo)軸x、y、z方向分解：§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影2、區(qū)別xyz分力——是矢量，有大小、方向、作用線投影——是代數(shù)量，無所謂方向、作用線

力在軸上的投影絕對(duì)值與相應(yīng)分力的大小一定相等?xyO

力在軸上的投影絕對(duì)值與相應(yīng)分力的大小一定相等?§2-2力在坐標(biāo)軸上的投影錯(cuò)誤！

合力在任一軸上的投影，等于它的各分力在同一軸上的投影的代數(shù)和。一、合力投影定理：§2-3匯交力系合成與平衡的解析法A(a)xABCD(b)合力FR

在x軸上投影：xABCD

推廣到任意多個(gè)力F1、F2、

Fn

組成的匯交力系，可得：abcd各力在x軸上投影：§2-3匯交力系合成與平衡的解析法根據(jù)合力投影定理得合力的大?。悍较颍鹤饔命c(diǎn)：為該力系的匯交點(diǎn)§2-3匯交力系合成與平衡的解析法二、合成的解析法合力的大?。浩矫鎱R交力系：§2-3匯交力系合成與平衡的解析法方向：F1F2FRF3xABCy

FRxFRy作用點(diǎn)：為該力系的匯交點(diǎn)§2-3匯交力系合成與平衡的解析法確定平面匯交力系合力方向的另一種方法：F1F2FRF3xABCy

FRxFRy

—合力與x軸所夾的銳角

xy

角+

的正負(fù)號(hào)已知：F1=200N,F2=300N,F3=100N,F4=250N,求圖示匯交力系合力的大小和方向。解：xyOF1F2F3F445o60o45o30o例題解：合力大小：xyOF1F2F3F445o60o45o30oFR

方向：已知：F1=200N,F2=300N,F3=100N,F4=250N,求圖示匯交力系合力的大小和方向。例題

力系中所有各力在各個(gè)坐標(biāo)軸中每一軸上的投影的代數(shù)和分別等于零?！獏R交力系的平衡方程三、匯交力系平衡的解析條件：

從前述可知：匯交力系平衡的必要與充分條件是該力系的合力為零。§2-3匯交力系合成與平衡的解析法（可求解3個(gè)未知量）平面匯交力系的平衡方程：§2-3匯交力系合成與平衡的解析法解析法求解匯交力系平衡問題的一般步驟:1、選取研究對(duì)象；2、作研究對(duì)象受力圖；3、建立坐標(biāo)系，建立平衡方程∑Fx=0，∑Fy=0，∑Fz=0

；4、求解未知量。（可求解2個(gè)未知量）[例1]

已知P=2kN，

求CD桿受力和A處約束反力。由CB=BE=0.4m，④解平衡方程解：①取AB桿為研究對(duì)象②畫出受力圖③列平衡方程ABCExyABCExy①②由①式：代入②式：由CB=BE=0.4m，④解平衡方程另解：①取整體為研究對(duì)象②畫出受力圖③列平衡方程Exy[例2]

已知如圖P=10N、Q=30N，求平衡時(shí)=？地面的反力FND=？解