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平衡方程的基本形式探析

【摘要】:平面一般力系平衡的必要和充分条件是:力系的主矢和力系对任一点的主矩等于零。反之,如果主矢和主矩中有一个量或两个量不为零时,原力系可合成为一个合力或一个力偶,力系就不平衡,因此,主矢和主矩都等于零也是力系平衡的必要条件。由于对称性,约束力和主动力都在同一平面内。建立图示坐标系,由平面力系的平衡方程解得FB为负值,说明它的方向与假设的相反。选取恰当的坐标轴和矩心,列平衡方程。解平衡方程,求得未知量。

平面一般力系平衡的必要和充分条件是:力系的主矢和力系对任一点的主矩等于零。

平面一般力系向任一点简化得到主矢和主矩,如果主矢和主矩都等于零,表明简化后的汇交力系和附加力偶系都自成平衡,则原力系一定平衡,因此,主矢和主矩都等于零是平面一般力系平衡的充分条件。反之,如果主矢和主矩中有一个量或两个量不为零时,原力系可合成为一个合力或一个力偶,力系就不平衡,因此,主矢和主矩都等于零也是力系平衡的必要条件。

其平衡条件为

【例4-3】平面刚架的受力及各部分如图4-10所示,A端为固定端约束。若图中q、F1、M、l等均为已知,试求A端的约束力。

图4-10 例4-3图

解:(1)研究对象,刚架ABCD。

(2)受力分析:如图4-10(b)所示。

(3)列方程求解:

解得

【例4-4】起重机重P1=10kN,可绕铅直轴AB转动,起吊P2=40kN的重物,其尺寸如图4-11所示。求止推轴承A和轴承B处的约束力。

解:取起重机为研究对象,它所受的主动力有P1和P2。由于对称性,约束力和主动力都在同一平面内。止推轴承A处有两个约束力FAx、FAy,轴承B处有一个约束力FB,如图4-11所示。

建立图示坐标系,由平面力系的平衡方程

解得

FB为负值,说明它的方向与假设的相反。

解题步骤:

(1)确定研究对象。

(2)画受力图。

(3)选取恰当的坐标轴和矩心,列平衡方程。

(4)解平衡方程,求得未知量。

(5)校核。

图4-11 例4-4图