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平面任意力系的平衡 教学设计

平面任意力系的平衡 教学设计
平面任意力系的平衡 教学设计

《平面任意力系的平衡》教学设计

【课题】平面任意力系的平衡(中国劳动社会保障出版社《工程力学》第三版第四章第一节)

【课时】第1课时(45分钟)

【课型】新课

【教材分析】静力学研究内容---物体受力分析方法和物体在力系作用下处于平衡条件在工程中应用很广。工程中最常见的力系是平面任意力系,前述的平面汇交力系和平面力偶系以及后述的平面平行力系可看成是平面任意力系的特殊形式,许多实际问题都可以简化为平面任意力系问题来处理,分析和解决平面任意力系平衡问题在静力学中占有重要地位。

【学情分析】职高学生对工程结构缺乏感性认识,对于作用在工程结构上力的分析难以正确理解,尤其对如何应用平衡方程解决工程上的平衡问题感觉困惑,对所学知识点内容缺乏整合应用的能力。但他们具有初步的分析和解决问题的能力,这就需要教师能合理设疑,引导学生进行自主探究,充分发挥学生学习主体的作用。

【教学目标分析】

1.识记目标:理解平面任意力系的概念;掌握平面任意力系的平衡条件和平衡方程。

2.能力目标:能应用平面任意力系平衡方程解决工程上的平衡问题;培养学生严谨的逻辑思维能力和自主探索问题的能力;提高学生分析和解决问题的能力。

3.情感目标:培养学生勤于思考的好习惯和严谨、务实、细致的工作态度;通过小组讨论,培养学生的协作精神。

【重点、难点】

重点:平面任意力系的平衡条件和平衡方程以及物体在平面任意力系作用下平衡问题的解法。

难点:应用平面任意力系平衡方程求解物体平衡问题的方法和步骤以及解题方法的优化。

【教学方法及策略】

本节课运用创设问题情境---引导学生自主探究---小组合作讨论---练习总结

---知识拓展的教学模式;采用启发式教学法,引导学生进行自主探究学习,通过对展示案例的合作讨论,进行解题方法的优化,以达到预期的教学目标。

【课件设计思路】

为配合讲课需要,新课引入内容采用动态显示,各例题图及受力分析采用实时作图。

【教学过程设计分析】

学生在前述课题中已经学习了物体的受力分析方法、静力学公理、运用平面汇交力系平衡的解析条件解决平面汇交力系作用下的物体平衡问题、力矩的平衡条件以及平面力偶系的平衡条件等力学知识,而正确地画出物体的受力图是分析、解决静力学平衡问题的基础。

图1 起重机

一、新课引入

图1 起重机

在新课引入时,我直接通过课件展示工程结构力学动态简图(如图1),师生共同分析构件间的约束关系和所受载荷情况后,让学生对水平梁AB进行受力分析,画出受力图。针对梁AB的受力图,引导学生分析其受力特点及与前述平面汇交力系受力特点的区别,从而引出该课题所要讲授的平面任意力系概念。

二、新课讲授

1、物体在平面力系作用下,不但有在平面内发生移动的可能性,而且有在平面内发生转动变化的可能性。师设问:要使物体在平面任意力系作用下仍保持平衡状态,应满足什么条件?引导学生应用已学知识进行自主分析、探索,归纳出平面任意力系的平衡条件。

2、针对水平梁的受力图(如图2),在已知梁重G和起吊载荷Q的前提下,引导学生应用平面任意力系的平衡条件,巩固平面汇交力系平衡方程的基础上,探索求解梁AB平衡问题的方法,在此过程中,师适时地向学生渗透学法、解法及方案的多样化,归纳出平面任意力系的平衡方程(①基本形式----两个投影式,一个力矩式;②二力矩式----二个力矩式,一个投影式。)。

图2

三、随堂训练

在学生理解平面任意力系的平衡条件和平衡方程的基础上,出示题2(如图3)作为课堂练习,进行求解平衡问题的进一步探索。学生分组讨论,师加以观察、启发。杆AB上有三个着力点,根据学生原有认知基础,可能会出现两种讨论结果:①利用三力平衡汇交定理画受力图,根据平面汇交力系平衡方程求解未知量;②利用平面任意力系平衡方程求解未知量。此题采用平面汇交力系平衡方程求解时,计算比较繁琐,并且容易出错;用平面任意力系平衡方程进行求解相对比较简单。此时师结合讨论、比较分析结果,向学生渗透解题技巧及方案的优化选择以及运算的准确性,激发学生的发散性思维。

图3

四、练习小结

通过例题1、2的求解,师生共同分析、归纳出平面任意力系平衡问题求解的方法、步骤及解题要点等。

五、课后拓展

在学生初步熟悉求解平面任意力系平衡问题的方法和步骤后,出示题3(如图4)作为课后延伸练习(课后作业)。工程实际问题形式多样,为简化平面任意力系平衡问题的计算,学生课后对图示小车进行受力分析,画出受力图,应用所学平面任意力系平衡方程进行求解未知量。求解时要注意坐标轴的合理选择、解题方案的优化,对求解平面任意力系平衡问题有进一步的掌握。

图4

【板书设计】

【教学过程】

平面一般力系的平衡 作业及答案

平面一般力系的平衡 一、 判断题: 1.下图是由平面汇交力系作出的力四边形,这四个力构成力多边形封闭,该力系一定平衡。( ) 图 1 2.图示三个不为零的力交于一点,则力系一定平衡。( ) 图 2 3.如图3所示圆轮在力F和矩为m的力偶作用下保持平衡,说明力可与一个力偶平衡。( ) 4.图4所示力偶在x轴上的投影ΣX=0,如将x轴任转一角度 轴,那么Σ =0。( ) 图 3 图 4

5.如图5所示力偶对a的力矩Ma(F,F')=F·d,如将a任意移到b,则力矩Mb(F,F')将发生变化。( ) 图 5 图 6 6.图6所示物体的A、B、C、D四点各有一力作用,四个力作出的力多边形闭合,则此物体处于平衡状态。( ) 7.如果两个力偶的力偶矩大小相等,则此两个力偶等效。( ) 8.图示构件A点受一点力作用,若将此力平移到B点,试判断其作用效果是否相同( ) 图 7 图 8 9.图8所示梁,若求支反力 时,用平面一般力系的平衡方程不能全部求出。 ( ) 10.图9所示物体接触面间静摩擦系数是f,要使物体向右滑动。试判断哪种施力方法省力。( ) 图 9 图 10 11.力在坐标轴上的投影和该力在该轴上分力是相同的。( )

12.如果将图10所示力F由A点等效地平移到B点,其附加力矩M =Fa ( )。 13.平面任意力系,其独立的二力矩式平衡方程为 ∑Fx=0, ∑M A =0, ∑M B=0,但要求矩心A、B的连线不能与x轴垂直。( ) 二、选择题 1.同一个力在两个互相平行的同向坐标轴上的投影( )。 A.大小相等,符号不同 B.大小不等,符号不同 C.大小相等,符号相同 D.大小不等,符号相同 2.图11所示圆轮由O点支承,在重力P和力偶矩m作用下处于平衡。这说明( )。 图 11 A. 支反力R0与P平衡 B. m与P平衡 C. m简化为力与P平衡 D. R0与P组成力偶,其m(R0,P)=-P·r与m平衡 3. 图12所示三铰刚架,在D角处受一力偶矩为m的力偶作用, 如将该力力偶移到E角出,支座A、B的支反力 ( )。 图12 A.A、B处都变化 B.A、B处都不变 C.A处变,B处不变

平面任意力系

第三章平面任意力系 一、目的要求 1?掌握平面任意力系向一点简化的方法,会应用解析法求主矢和主矩,熟知平面任意力系简化的结果。 2?深入理解平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式。 3?能熟练地计算在平面任意力系作用下单个刚体和物体系统平衡问题。 4?正确理解静定与静不定的概念,会判断物体系统是否静定。 5.理解简单桁架的简化假设,掌握计算其杆件内力的节点法和截面法及其综合作用。 二、基本内容 1.力的平移定理:可以把作用在刚体上点A的力F平行移到任一点B,但必须同时附加一个力偶,这个附加力偶矩等于原来的力F对新作用点B的矩。 2?平面力系的简化 步骤如下: ①选取简化中心0:题目指定点或自选点(一般选在多个力交点上) ②建立直角坐标系Oxy ③主矢:平面力系各力的矢量和,即 n n n F R’ 八F j = \ Xj \ Y j i =1i# i 二 其中 F Rx=^[ 大小:F R = J/)2 +0丫)2 , 丿 F Ry = 工丫丿方向:tan。=竺 - 也x| 其中:为F R与x轴所夹锐角,所在象限由工X、工丫符号确定,并画在简化中 心0上。 主矩:平面力系中各力对于任选简化中心之矩的代数和,即 n n M。》M o(F i)? (xY -y i X i) i =1i =1

一个力系的主矢与简化中心的选取无关;一般情况下,主矩与简化中心的选

取有关。 ④ 简化结果讨论 I a. 若F R =0, M o :平面力系与一力偶等效,此力偶为平面力系的合力 偶,其力偶矩用主矩M 。度量,这时主矩与简化中心的选择无关。 I b. 若F R =0, M 。=° :平面力系等效于作用线过简化中心的一个合力 F R , 且有F R =F R 。 I c. 若F R =°,M 。:平面力系简化结果为一合力F R ,其大小、方向与主 矢相同,作用线在距简化中心0为 丨F R I 处。 I d. F R M 。=0,则该力系为平衡力系。 3 ?平面力系的平衡条件和平衡方程 平面力系平衡的充分必要条件是该力系的主矢和对作用面内任意一点的主 矩同时为零。其解析表达式有三种形式,称为平衡方程。 1) 基本形式 ZX =0 * 龙丫 =0 |!M o (F )=0 2) 二矩式 3) 三矩式 饷 A (F )=0 ZM B (F )=0 I M C ( F )=0 特殊力系的平衡方程 1)共线力系:丐=0 fix =0 QY =0 ZM A (F )=0 ZM B (F )=0 附加条件为:A 、B 两点连线不垂直于x 轴 附加条件为:A 、B 、C 三点不共线 2)平面汇交力系:

平面力偶系教案

项目一 1.1.2 教学设计 2015年 5月日星期模块名称平面力偶系模块课时3、4 模块描述 理解力矩、力偶、平面力偶系。 了解求解平面力偶系合成的方法。 教学目标提高学生运用平面几何知识解决力学问题的能力,提高对知识的理解运用能力。 培养学生的分析问题能力 教学资源理论联系实际进行分析,围绕练习题展开讨论教学组织按座位自然分组 教学过程 教学阶 段 (可以 按照完成这一模块(任务)的步骤呈现)学习任务知识点 活动设计 (教师活动、学生活动) (讲解、示范、组织、指导、安 排、操作等) 估 用 时 间 新课引入复习巩固所 学知识 力的概念和平面力系合 成方法 教师:引导学生一起复习相关知识 点。5 新课讲解学习力对点 之矩 1、力对点之矩 力对点的矩是很早以前人们在 使用杠杆、滑车、绞盘等机械搬运或 提升重物时所形成的一个概念。现以 板手拧螺母为例来说明。如图1-1-4 所示,在板手的A点施加一力F,将 使板手和螺母一起绕螺钉中心O转 动,这就是说,力有使物体(扳手) 产生转动的效应。实践经验表明,扳 手的转动效果不仅与力F的大小有 关,而且还与点O到力作用线的垂 直距离d有关。当d保持不变时,力 10

F越大,转动越快。当力F不变时, d值越大,转动也越快。若改变力的 作用方向,则扳手的转动方向就会发 生改变,因此,我们用F与d的乘 积再冠以适当的正负号来表示力F 使物体绕O点转动的效应,并称为 力F对O点之矩,简称力矩,以符 号MO(F)表示,即 d F F M? ± = ) (O O点称为转动中心,简称矩心。 矩心O到力作用线的垂直距离d称 为力臂。 学生:思考力矩在下列两种情况下等 于零? 教师:引导学生回答(1)力等于零; (2)力的作用线通过矩心,即力臂 等于零。 教师:绘制图形,要求分别计算下图 所示的F1、F2对O点的力矩。 学习合力矩2、合力矩教师:我们知道平面汇交力系对物体 的作用效应可以用它的合力R来代 替。这里的作用效应包括物体绕某点 转动的效应,而力使物体绕某点的转 动效应由力对该点之矩来度量,因 此,平面汇交力系的合力对平面内任 一点之矩等于该力系的各分力对该 点之矩的代数和。合力矩定理是力学 中应用十分广泛的一个重要定理。 学生:用自己的话说明合力矩。 10 学习力偶和力偶矩3、力偶和力偶矩教师:在生产实践和日常生活中,经 常遇到大小相等、方向相反、作用线 不重合的两个平行力所组成的力系。 这种力系只能使物体产生转动效应 而不能使物体产生移动效应。例如, 司机用双手操纵方向盘,木工用丁字 头螺丝钻钻孔,以及用拇指和食指开 10

平面一般力系的平衡 作业及答案

平面一般力系的平衡 一、判断题: 1.下图是由平面汇交力系作出的力四边形,这四个力构成力多边形封闭,该力系一定平衡。() 图1 2.图示三个不为零的力交于一点,则力系一定平衡。() 图2 3.如图3所示圆轮在力F和矩为m的力偶作用下保持平衡,说明力可与一个力偶平衡。() 4.图4所示力偶在x轴上的投影ΣX=0,如将x轴任转一角度轴,那么Σ=0。()

图3 图4 5.如图5所示力偶对a的力矩Ma(F,F')=F·d,如将a任意移到b,则力矩Mb(F,F')将发生变化。() 图5 图6 6.图6所示物体的A、B、C、D四点各有一力作用,四个力作出的力多边形闭合,则此物体处于平衡状态。() 7.如果两个力偶的力偶矩大小相等,则此两个力偶等效。() 8.图示构件A点受一点力作用,若将此力平移到B点,试判断其作用效果是否相同()

图7 图8 9.图8所示梁,若求支反力时,用平面一般力系的平衡方程不能全部求出。() 10.图9所示物体接触面间静摩擦系数是f,要使物体向右滑动。试判断哪种施力方法省力。() 图9 图10 11.力在坐标轴上的投影和该力在该轴上分力是相同的。() 12.如果将图10所示力F由A点等效地平移到B点,其附加力矩M =Fa ()。 13.平面任意力系,其独立的二力矩式平衡方程为∑Fx=0,∑M A=0,∑M B =0,但要求矩心A、B的连线不能与x轴垂直。() 二、选择题 1.同一个力在两个互相平行的同向坐标轴上的投影()。

A.大小相等,符号不同 B.大小不等,符号不同 C.大小相等,符号相同 D.大小不等,符号相同 2.图11所示圆轮由O点支承,在重力P和力偶矩m作用下处于平衡。这说明()。 图11 A.支反力R0与P平衡 B.m与P平衡 C.m简化为力与P平衡 D.R0与P组成力偶,其m(R0,P)=-P·r与m平衡 3. 图12所示三铰刚架,在D角处受一力偶矩为m的力偶作用, 如将该力力偶移到E角出,支座A、B的支反力()。 图12

平面任意力系平衡方程的应用教案

平面任意力系平衡方程的应用教案 目的要求:掌握利用平面任意力系平衡方程基本形式求解平衡问题。教学重点:平衡方程的正确运用。 教学难点:对平衡方程的理解。 教学内容: 平面任意力系的简化 一、平面任意力系向任一点(简化中心)平移。 1、力系的简化依据-力的平移定理 2、力系的简化过程:如图(a)所示平面任意力系 根据力的平移定理,力平移后要附加一个力偶,其力偶的大小等于该力对简化中心之矩。这样,平移到简化中心的力组成一个平面汇交力系,所有附加的力偶组成一个平面力偶系。

3、平面汇交力系组成一个合力——主矢。根据平面汇交力系求合力的公式可得主矢的大小和方向为 二、平面任意力系平衡方程的应用 1、平面任意力系的平衡方程: 当平面任意力系作用于物体上,并处于平衡时,平面任意力系向任一点简化所得的主矢和主矩都应该等于零,于是得到下列平衡方程的基本形式: 2、解题步骤和方法: (1)确定研究对象,画受力图。 (2)选择座标轴和矩心,列平衡方程。 (3)解平衡方程,求出未知约束反力。 三、例题:

例1:如图所示悬臂梁,已知L=2m,F=100N,求固定端A处的约束反力。 解(1)、取梁AB为研 究对象。 (2)、画出AB梁的受 力图。 (3)、建立直角坐标系 Axy。 (4)、列出平衡方程: ∑F x=0 F AX-Fcos30?=0 ∑M A(F)=0 M A-FLsin30? =0 (5)、解平衡方程,求出 未知量。 联立求解平衡方程得 F Ax=86.6 N F Ay=50 N M A=100 N.m 说明:计算结果为正, 说明各未知力的实际方 向均与假设方向相同。

第三章 平面一般力系

第三章平面一般力系 教学目的及要求 1.掌握平面任意力系向一点简化的方法,会应用解析法求主矢和主矩,熟知平面任意力系简化的结果。 2.深入理解平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式。 3.能熟练地计算在平面任意力系作用下物体和物体系统的平衡问题。 4.正确理解静定与静不定的概念,会判断物体系统是否静定。 5.理解简单桁架的简化假设,掌握计算其杆件内力的节点法和截面法及其综合作用。 §3-1 平面一般力系向作用面内一点简化 教学重点:1.平面一般力系如何向作用面内一点简化 2. 主矢与主矩的概念 教学难点:对力的平移定理的理解和应用 教学内容: 首先对什么是平面一般力系进行分析。对于平面一般力系如何向其作用面内一点简化,从而引出力的平移定理。 1.力的平移定理 作用在刚体上的力可以向任意点平移,但必须附加一力偶,附加力偶的力偶矩等于原来的力对平移点(新作用点)的矩,它是一般力系向上点简化的依据。2.基本概念 1) 合力矢:汇交力系一般地合成为一合力,合力的作用线通过汇交点,合力矢等于力系的主矢。 2)主矢:平面力系各力的矢量和,即 3.应用力的的平移定理将平面一般力系向作用面内一点简化 用图形来进行讲解力系向一点简化的方法和结果。最终平面一般力系向一点简化可以得到两个简单的力系:平面汇交力系和平面力偶系。应用前两章学过的内容,这两个简单的力系还可以进一步简化成一个主矢和对简化中心的主矩。 结论:平面一般力系向作用面内任选一点O简化,可得到一个力和一个力偶,这个力等于该力系的主矢,作用线通过简化中心O,这个力偶的矩等于该力

系对于点O的主矩。 注意:主矢与简化中心无关;而主矩与简化中心有关,必须指明对于哪一点的主矩。 4.固定端约束 它是平面一般力系向作用面内一点简化的一个典型应用。可以将固定端支座的约束反力向作用平面内点A简化得到一个力和一力偶,这个力用两个未知分力来代替。 它限制了物体在平面内的转动,所以比铰支座多了一个给反力偶。 §3-2 平面一般力系简化结果与分析 教学重点:平面一般力系向作用面内一点简化的结果 教学难点:将一个力系向指定点简化的具体应用。 教学内容: 1.平面力系的简化步骤如下: 1)选取简化中心O:题目指定点或自选点(一般选在多个力交点上) 2) 建立直角坐标系Oxy 3) 求主矢 4) 求主矩:逆正顺负,画在图中 5) 简化结果讨论 2.平面力系的简化结果 一个力系的主矢与简化中心的选取无关;一般情况下,主矩与简化中心的选取有关。 平面一般力系向作用面内一点简化结果,有四种情况: 1) 简化为一个力偶的情形: 力系的主矢等于零,而力系对于简化中心的主矩不等于零。即: F R′=0,M o≠0 2) 简化为一合力的情形 力系向点O简化的结果为主矩等于零,主矢不等于零。即: F R′≠0,M o=0 3)若F R′≠0,M o≠0 平面力系与一力偶等效,此力偶为平面力系的合力偶,其力偶矩用主矩M o 度量,这时主矩与简化中心的选择无关。 原力系合成为作用点为O′的力F R,合力作用线在点O的哪一侧,由主矢和

九、平面一般力系平衡方程的其他形式

第九讲内容 一、平面一般力系平衡方程的其他形式 前面我们通过平面一般力系的平衡条件导出了平面一般力系平衡方程的基本形式,除了这种形式外,还可将平衡方程表示为二力矩形式及三力矩形式。 1.二力矩形式的平衡方程 在力系作用面内任取两点A 、B 及X 轴,如图4-13所示,可以证明平面一般力系的平衡方程可改写成两个力矩方程和一个投影方程的形式,即 ?? ? ?? =∑=∑=∑000B A M M X (4-6) 式中X 轴不与A 、B 两点的连线垂直。 证明:首先将平面一般力系向A 点简化,一般可得到过A 点的一个力和一个力偶。若0A =M 成立,则力系只能简化为通过A 点的合力R 或成平衡状态。如果0B =∑M 又成立,说明R 必通过B 。可见合力R 的作用线必为AB 连线。又因0=∑X 成立,则0X =∑=X R ,即合力R 在X 轴上的投影为零,因AB 连线不垂直X 轴,合力R 亦不垂直于X 轴,由0X =R 可推得 0=R 。可见满足方程(4-6)的平面一般力系,若将其向A 点简化,其主 矩和主矢都等于零,从而力系必为平衡力系。 2.三力矩形式的平衡方程 在力系作用面内任意取三个不在一直线上的点A 、B 、C ,如图4-14所示,则力系的平衡方程可写为三个力矩方程形式,即

?? ? ?? =∑=∑=∑000C B A M M M (4-7) 式中,A 、B 、C 三点不在同一直线上。 同上面讨论一样,若0A =∑M 和0B =∑M 成立,则力系合成结果只能是通过A 、B 两点的一个力(图4-14)或者平衡。如果0C =∑M 也成立,则合力必然通过C 点,而一个力不可能同时通过不在一直线上的三点,除非合力为零,0C =∑M 才能成立。因此,力系必然是平衡力系。 综上所述,平面一般力系共有三种不同形式的平衡方程,即式(4-5)、 式(4-6)、式(4-7),在解题时可以根据具体情况选取某一种形式。无论采用哪种形式,都只能写出三个独立的平衡方程,求解三个未知数。任何第四个方程都不是独立的,但可以利用这个方程来校核计算的结果。 【例4-7】 某屋架如图4-15(a )所示,设左屋架及盖瓦共重 kN 31=P ,右屋架受到风力及荷载作用,其合力kN 72=P ,2P 与BC 夹角 为?80,试求A 、B 支座的反力。 【解】 取整个屋架为研究对象,画其受力图,并选取坐标轴X 轴和Y 轴,如图4-15(b )所示,列出三个平衡方程 kN 39.2342.0770cos 0 70cos 02A 2A =?=?==?-=∑P X P X X 30tan 470cos 1270sin 416 0221B A =????+??-?-?=∑P P P Y M

九、 平面一般力系平衡方程的其他形式

第九讲内容 一、平面一般力系平衡方程的其他形式 前面我们通过平面一般力系的平衡条件导出了平面一般力系平衡方程的基本形式,除了这种形式外,还可将平衡方程表示为二力矩形式及三力矩形式。 1.二力矩形式的平衡方程 在力系作用面内任取两点A 、B 及X 轴,如图4-13所示,可以证明平面一般力系的平衡方程可改写成两个力矩方程和一个投影方程的形式,即 ?? ? ?? =∑=∑=∑000B A M M X (4-6) 式中X 轴不与A 、B 两点的连线垂直。 证明:首先将平面一般力系向A 点简化,一般可得到过A 点的一个力和一个力偶。若0A =M 成立,则力系只能简化为通过A 点的合力R 或成平衡状态。如果0B =∑M 又成立,说明R 必通过B 。可见合力R 的作用线必为AB 连线。又因0=∑X 成立,则0X =∑=X R ,即合力R 在X 轴上的投影为零,因AB 连线不垂直X 轴,合力R 亦不垂直于X 轴,由0X =R 可推得0=R 。可见满足方程(4-6)的平面一般力系,若将其向A 点简化,其主矩和主矢都等于零,从而力系必为平衡力系。 2.三力矩形式的平衡方程 在力系作用面内任意取三个不在一直线上的点A 、B 、C ,如图4-14所示,则力系的平衡方程可写为三个力矩方程形式,即

?? ? ?? =∑=∑=∑000C B A M M M (4-7) 式中,A 、B 、C 三点不在同一直线上。 同上面讨论一样,若0A =∑M 和0B =∑M 成立,则力系合成结果只能是通过A 、B 两点的一个力(图4-14)或者平衡。如果0C =∑M 也成立,则合力必然通过C 点,而一个力不可能同时通过不在一直线上的三点,除非合力为零,0C =∑M 才能成立。因此,力系必然是平衡力系。 综上所述,平面一般力系共有三种不同形式的平衡方程,即式(4-5)、 式(4-6)、式(4-7),在解题时可以根据具体情况选取某一种形式。无论采用哪种形式,都只能写出三个独立的平衡方程,求解三个未知数。任何第四个方程都不是独立的,但可以利用这个方程来校核计算的结果。 【例4-7】 某屋架如图4-15(a )所示,设左屋架及盖瓦共重 kN 31=P ,右屋架受到风力及荷载作用,其合力kN 72=P ,2P 与BC 夹角 为?80,试求A 、B 支座的反力。 【解】 取整个屋架为研究对象,画其受力图,并选取坐标轴X 轴和Y 轴,如图4-15(b )所示,列出三个平衡方程 kN 39.2342.0770cos 0 70cos 02A 2A =?=?==?-=∑P X P X X 30tan 470cos 1270sin 416 0221B A =????+??-?-?=∑P P P Y M

平面一般力系的平衡方程

....................... 装.............订.......... 线 ..................... .

分配记 20 ∑Fy=0 ∑MO(F)=0 不难看出,平面平行力系的二矩式平衡方程为 ∑MA(F) =0 ∑MB(F) =0 其中A、B两点的连线不能与各力平行。 平面平行力系只有两个独立的方程,因而最多能解出两个未知量。 三.应用平面一般力系平衡方程的解题步骤如下: (1) 根据题意,选取适当的研究对象。 (2) 受力分析并画受力图。 (3) 选取坐标轴。坐标轴应与较多的未知反力平行或垂直。 (4) 列平衡方程,求解未知量。列力矩方程时,通常选未知力较多的交点为矩心。 (5) 校核结果。 应当注意:若由平衡方程解出的未知量为负,说明受力图上原假定的该未知量的方向与其实际方向相反。而不要去改动受力图中原假设的方向。 例4-2 已知F=15kN,M=3kN.m,求A、B处支座反力。 解(1) 画受力图,并建坐标系 (2) 列方程求解 图4-8

分配记 20例4-3 如图3-9所示外伸梁上作用有集中力FC=20kN,力偶矩M=10kN.m ,载荷集度为q=10kN/m的均布载荷。求支座A、B处的反力。 图4-9 解取水平梁AB为研究对象, 画受力图如图4-9(b)所示。 列平衡方程并求解

分配记 结果均为正,说明图示方向与实际方向一致。 例3-4 塔式起重机如图4-10所示。设机架自重为G,重心在C点,与右轨 距离为e,载重W,吊臂最远端距右轨为l,平衡锤重Q,离左轨的距离为a, 轨距为b。试求塔式起重机在满载和空载时都不致翻倒的平衡锤重量的范围。 图4-10 解取塔式起重机为研究对象,作用在起重机上的力有重物W、机架重G、 平衡锤的重力Q及钢轨的约束反力NA和NB,这些力构成了平面平行力系,起 重机在该平面平行力系作用下平衡。 (1)满载时W=Wmax,Q=Qmin,机架可能绕B点右翻,在临界平衡状 态,A处悬空,NA=0,受力图如图3-10b所示。则

平面任意力系习题

第三章 习题3-1.求图示平面力系的合成结果,长度单位为m。 解:(1) 取O点为简化中心,求平面力系的主矢: 求平面力系对O点的主矩: (2) 合成结果:平面力系的主矢为零,主矩不为零,力系的合成结果是一个合力偶,大小是260Nm,转向是逆时针。 习题3-2.求下列各图中平行分布力的合力和对于A点之矩。 解:(1) 平行力系对A点的矩是:

取B点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对B点的主矩是: 向B点简化的结果是一个力R B和一个力偶M B,且: 如图所示; 将R B向下平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R B。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的矩形面积,作用点通过矩形的形心。 (2) 取A点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对A点的主矩是:

向A点简化的结果是一个力R A和一个力偶M A,且: 如图所示; 将R A向右平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R A。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的三角形面积,作用点通过三角形的形心。 习题3-3.求下列各梁和刚架的支座反力,长度单位为m。

解:(1) 研究AB杆,受力分析,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核:

结果正确。 (2) 研究AB杆,受力分析,将线性分布的载荷简化成一个集中力,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 (3) 研究ABC,受力分析,将均布的载荷简化成一个集中力,画受力图:

列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 习题3-4.重物悬挂如图,已知G=1.8kN,其他重量不计;求铰链A的约束反力和杆BC所受的力。

平面一般力系的平衡 作业及答案

平面一般力系得平衡 一、判断题:?1、下图就是由平面汇交力系作出得力四边形,这四个力构成力多边形封闭,该力系一定平衡。( ) 图1 2、图示三个不为零得力交于一点,则力系一定平衡。( ) ?图 2 3、如图3所示圆轮在力F与矩为m得力偶作用下保持平衡,说明力可与一个力偶平衡。( ) 4、图4所示力偶在x轴上得投影ΣX=0,如将x轴任转一角度轴,那么Σ =0。( ) ?图 3 图4 5、如图5所示力偶对a得力矩Ma(F,F')=F·d,如将a任意移到b,则力矩Mb(F,F')将发生变化。( )

图 5 图 6 6、图6所示物体得A、B、C、D四点各有一力作用,四个力作出得力多 7、如果两个力偶得力偶矩大边形闭合,则此物体处于平衡状态。( )? 小相等,则此两个力偶等效.( )? 8、图示构件A点受一点力作用,若将此力平移到B点,试判断其作用效果就是否相同() ?图 7 图 8 9、图8所示梁,若求支反力时,用平面一般力系得平衡方程不能全部 10、图9所示物体接触面间静摩擦系数就是f,要使物体求出. ()? 向右滑动。试判断哪种施力方法省力。( ) 图 9 图10 11、力在坐标轴上得投影与该力在该轴上分力就是相同得。( ) ?12、如果将图10所示力F由A点等效地平移到B点,其附加力矩M=

13、平面任意力系,其独立得二力矩式平衡方程为∑Fx=0,Fa ( )。? ∑MA=0, ∑MB=0,但要求矩心A、B得连线不能与x轴垂直。()?二、选择题? 1、同一个力在两个互相平行得同向坐标轴上得投影()。?A、大小相等,符号不同 B、大小不等,符号不同 C、大小相等,符号相同D、大小不等,符号相同 2、图11所示圆轮由O点支承,在重力P与力偶矩m作用下处于平衡. 这说明( )。 图 11 A. 支反力R0与P平衡 B。m与P平衡 C. m简化为力与P平衡?D.R0与P组成力偶,其m(R0,P)=-P·r与m平衡 3、图12所示三铰刚架,在D角处受一力偶矩为m得力偶作用, 如将该力力偶移到E角出,支座A、B得支反力(). 图12 A.A、B处都变化?B。A、B处都不变? C.A处变,B处不变?E.B处变,A处不变 4、图13所示一平面上A、B、C、D四点分别有力作用,这四个力?画出得力多边形自行闭合,若向平面内任一点O简化可得( ). 图13 A.M0=0, R′=0?B、M0≠0,R′=0 C。M0≠0,R′≠0 D、 M0=0,R′≠0 5、图14所示物体放在平面上,设AB间与BC间得最大静摩擦力分别为FAB与FBC,外力P在什么情况下,使A、B一起运动?( ) 图14 A.P>F AB〉F BC B、FAB〈 P 〈 F BC? C、 F BC<P 〈F AB

平面任意力系的平衡 教学设计

《平面任意力系的平衡》教学设计 【课题】平面任意力系的平衡(中国劳动社会保障出版社《工程力学》第三版第四章第一节) 【课时】第1课时(45分钟) 【课型】新课 【教材分析】静力学研究内容---物体受力分析方法和物体在力系作用下处于平衡条件在工程中应用很广。工程中最常见的力系是平面任意力系,前述的平面汇交力系和平面力偶系以及后述的平面平行力系可看成是平面任意力系的特殊形式,许多实际问题都可以简化为平面任意力系问题来处理,分析和解决平面任意力系平衡问题在静力学中占有重要地位。 【学情分析】职高学生对工程结构缺乏感性认识,对于作用在工程结构上力的分析难以正确理解,尤其对如何应用平衡方程解决工程上的平衡问题感觉困惑,对所学知识点内容缺乏整合应用的能力。但他们具有初步的分析和解决问题的能力,这就需要教师能合理设疑,引导学生进行自主探究,充分发挥学生学习主体的作用。 【教学目标分析】 1.识记目标:理解平面任意力系的概念;掌握平面任意力系的平衡条件和平衡方程。 2.能力目标:能应用平面任意力系平衡方程解决工程上的平衡问题;培养学生严谨的逻辑思维能力和自主探索问题的能力;提高学生分析和解决问题的能力。 3.情感目标:培养学生勤于思考的好习惯和严谨、务实、细致的工作态度;通过小组讨论,培养学生的协作精神。 【重点、难点】 重点:平面任意力系的平衡条件和平衡方程以及物体在平面任意力系作用下平衡问题的解法。 难点:应用平面任意力系平衡方程求解物体平衡问题的方法和步骤以及解题方法的优化。 【教学方法及策略】 本节课运用创设问题情境---引导学生自主探究---小组合作讨论---练习总结 ---知识拓展的教学模式;采用启发式教学法,引导学生进行自主探究学习,通过对展示案例的合作讨论,进行解题方法的优化,以达到预期的教学目标。

第四章平面一般力系

第4章平面一般力系 1、图示平面机构,正方形平板与直角弯杆ABC 在C 处铰接。平板在 板面内受矩为M=8N ·m 的力偶作用,若不计平板与弯杆的重量,则当系统平衡时,直角弯杆对板的约束反力大小为( C )。 A.2N B.4N C.2N D.4N 2、悬臂梁承受均匀分布载荷,支座A 处的反力有四种结果,正确的是( B )。 A.R A =ql, M A =0 B.R A =ql, M A =q l 2 C.R A =ql, M A =q l 2 D.R A =ql, M A =q l 2 3、图示平面结构,由两根自重不计的直角弯杆组成,C 为铰链。不计各接触处摩擦,若在D 处作用有水平向左的主动力,则支座 A 对系统的约束反力为( C )。 A.F ,方向水平向右 B.,方向铅垂向上 C.F ,方向由A 点指向C 点 D.F ,方向由A 点背离C 点 4、图示平面直角弯杆ABC ,AB=3m ,BC=4m ,受两个力偶作用,其力偶矩分别为M 1=300N ·m 、M 2=600N ·m ,转向如图所示。若不计杆重及各接触处摩擦,则A 、C 支座的约束反力的大小为( D )。 A.F A =300N ,F C =100N B.F A =300N ,F C =300N C.F A =100N ,F C =300N D.F A =100N ,F C =100N 2221 31 F 2F 22 22

5、力系向某点平移的结果,可以得到( D )。 A.一个主矢量 B.一个主矩 C.一个合力 D.一个主矢量和一个主矩 6、平面一般力系向一点O简化结果,得到一个主矢量R′和一个主矩m0,下列四种情况,属于平衡的应是( B )。 A.R′≠0 m0=0 B.R′=0 m0=0 C.R′≠0 m0≠0 D.R′=0 m0≠0 7、以下有关刚体的四种说法,正确的是( D )。 A.处于平衡的物体都可视为刚体 B.变形小的物体都可视为刚体 C.自由飞行的物体都可视为刚体 D.在外力作用下,大小和形状看作不变的物体是刚体 8、力的作用线都相互平行的平面力系称(D )力系。 A.空间平行 B:空间一般 C:平面一般 D:平面平行 9、力的作用线既不汇交于一点,又不相互平行的力系称(B )力系。A:空间汇交 B:空间一般 C:平面汇交 D:平面一般 10、平面力偶系合成的结果是一个(B )。 A:合力 B:合力偶 C:主矩 D:主矢和主矩11、平面汇交力系合成的结果是一个(A )。 A:合力 B:合力偶 C:主矩 D:主矢和主矩12、平面平行力系合成的结果是(D )。 A:合力 B:合力偶 C:主矩 D:主矢和主矩 13、图示力F=2KN对A点之矩为(A )kN·m。 A:2 B:4 C:-2 D:-4

平面力系合成与平衡习题0

平面力系合成与平衡习题 1、判断题: (1)无论平面汇交力系所含汇交力的数目是多小,都可用力多边形法则求其合力。()(2)应用力多边形法则求合力时,所得合矢量与几何相加时所取分矢量的次序有关。()(3)若两个力在同一轴上的投影相等,则这两个力的大小必定相等。() (4)两个大小相等式、作用线不重合的反向平行力之间的距离称为力臂。() (5)平面力偶系合成的结果为一合力偶,此合力与各分力偶的代数和相等。() (6)平面任意力系向作用内任一点简化的主矢,与原力系中所有各力的矢量和相等。()(7)一平面任意力系向作用面内任一点简化后,得到一个力和一个力偶,但这一结果还不是简化的最终结果。() (8)平面任意力系向作用面内任一点简化,得到的主矩大小都与简化中心位置的选择有关。() (9)只要平面任意力系简化的结果主矩不为零,一定可以再化为一个合力()。 (10)在求解平面任意力系的平衡问题时,写出的力矩方程的矩心一定要取在两投影轴的交点处。() (11)平面任意力系平衡方程的基本形式,是基本直角坐标系而导出来的,但是在解题写投影方程时,可以任意取两个不相平行的轴作为投影轴,也就是不一定要使所取的两个投影轴互相垂直。() 2、填空题: (1)在平面力系中,若各力的作用线全部,则称为平面汇交力系。 (2)平面汇交力系平衡的几何条件为:力系中各力组成的力多边形。 (3)若平面汇交力系的力矢所构成的力多边形自行封闭,则表示该力系的等于零。(4)合力在任一轴上的投影,等于各分力在轴上投影的代数和,这就是合力投影定理。 (5)平面任意力系向作用面内任一点简化结果,是主矢不为零,而主矩为零,说明力系与通过简化中心的一个______等效。 (6)平面任意力系向作用面内的一点简化后,得到一个力和一个力偶,若将其再进一步合成,则可得到一个_____。 (7)平面任意力系向作用面内任一点简化后,若主矢_____,主矩_____,则原力系必然是平衡力系。 (8)平面任意力系只要不平衡,则它就可以简化为一个______或者简化为一个合力。(9)建立平面任意力系的二力矩式平衡方程应是:任取两点A、B为矩心列两个力矩方程,取一轴X轴为投影列一个投影方程,但A、B两点的连线应_____于X轴。 (10)平面任意力系的平衡方程可以表示成不同的形式,但不论哪种形式的独立方程应为______个。 (11)平面平行力系的平衡方程,也可以是任取A、B两点为矩心而建成两个力矩方程,但

2第二章 力系的简化和平衡方程习题+答案

第二章力系的简化和平衡方程 一、填空题 1、在平面力系中,若各力的作用线全部,则称为平面汇交力系。 2、求多个汇交力的合力的几何法通常要采取连续运用力法则来求得。 3、求合力的力多边形法则是:将各分力矢首尾相接,形成一折线,连接其封闭边,这一从最先画的分力矢的始端指向最后面画的分力矢的的矢量,即为所求的合力矢。 4、平面汇交力系的合力作用线过力系的。 5、平面汇交力系平衡的几何条件为:力系中各力组成的力多边形。 6、平面汇交力系合成的结果是一个合力,这一个合力的作用线通过力系的汇交点,而合力的大小和方向等于力系各力的。 7、若平面汇交力系的力矢所构成的力多边形自行封闭,则表示该力系的等于零。 8、如果共面而不平行的三个力成平衡,则这三力必然要。 9、在平面直角坐标系内,将一个力可分解成为同一平面内的两个力,可见力的分力是量,而力在坐标轴上的投影是量。 10、合力在任一轴上的投影,等于各分力在轴上投影的代数和,这就是合力投影定理。 11、已知平面汇交力系合力R在直角坐标X、Y轴上的投影,利用合力R与轴所夹锐角a的正切来确定合力的方向,比用方向余弦更为简便,也即tg a= | Ry / Rx | 。 12、用解析法求解平衡问题时,只有当采用坐标系时,力沿某一坐标的分力的大小加上适当的正负号,才会等于该力在该轴上的投影。 13、当力与坐标轴垂直时,力在该坐标轴上的投影会值为;当力与坐标轴平行时,力在该坐标轴上的投影的值等于力的大小。 14、平面汇交力系的平衡方程是两个的方程,因此可以求解两个未知量。 15、一对等值、反向、不共线的平行力所组成的力系称为_____。 16、力偶中二力所在的平面称为______。 17、在力偶的作用面内,力偶对物体的作用效果应取决于组成力偶的反向平行力的大小、力偶臂的大小及力偶的______。 18、力偶无合力,力偶不能与一个_____等效,也不能用一个______来平衡. 19、多轴钻床在水平工件上钻孔时,工件水平面上受到的是_____系的作用。 20、作用于物体上并在同一平面内的许多力偶平衡的必要和充分条件是,各力偶的_____代数和为零。 21、作用于刚体上的力,可以平移到刚体上的任意点,但必须同时附加一力偶,此时力偶的_____等于_____对新的作用点的矩。 22、一个力不能与一个力偶等效,但是一个力却可能与另一个跟它_____的力加一个力偶等效。 23、平面任意力系向作用面内的任意一点(简化中心)简化,可得到一个力和一个力偶,这个力的力矢等于原力系中所有各力对简化中心的矩的_____和,称为原力系主矢;这个力偶的力偶矩等于原力系中各力对简化中心的矩的和,称为原力对简化中心的主矩。 24、平面任意力系向作用面内任一点(简化中心)简化后,所得的主矢与简化中心的位置____,而所得的主矩一般与简化中心的位置______。 25、平面任意力系向作用面内任一点和简化结果,是主矢不为零,而主矩不为零,说明力系无论向哪一点简化,力系均与一个_____等效。 26、平面任意力系向作用面内任一点简化结果,是主矢不为零,而主矩为零,说明力系与通过简化中心的一个______等效。 27、平面任意力系向作用面内任一点简化后,若主矢_____,主矩_____,则原力系必然是平衡力系。 28、平面任意力系向作用面内的一点简化后,得到一个力和一个力偶,若将其再进一步合成,则可得到一个_____。 29、平面任意力系只要不平衡,则它就可以简化为一个______或者简化为一个合力。 30、对物体的移动和转动都起限制作用的约束称为______约束,其约束反力可用一对正交分力和一个力偶来表示。 31、建立平面任意力系的二力矩式平衡方程应是:任取两点A、B为矩心列两个力矩方程,取一轴X轴为投影列一个投影方程,但A、B两点的连线应_____于X轴。

平面一般力系的平衡作业及答案

平面一般力系的平衡作业 及答案 -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

平面一般力系的平衡 一、判断题: 1.下图是由平面汇交力系作出的力四边形,这四个力构成力多边形封闭,该力系一定平衡。() 图 1 2.图示三个不为零的力交于一点,则力系一定平衡。() 图 2 3.如图3所示圆轮在力F和矩为m的力偶作用下保持平衡,说明力可与一个力偶平衡。() 4.图4所示力偶在x轴上的投影ΣX=0,如将x轴任转一角度轴,那么Σ=0。()

图 3 图 4 5.如图5所示力偶对a的力矩Ma(F,F')=F·d,如将a任意移到b,则力矩Mb(F,F')将发生变化。() 图 5 图 6 6.图6所示物体的A、B、C、D四点各有一力作用,四个力作出的力多边形闭合,则此物体处于平衡状态。() 7.如果两个力偶的力偶矩大小相等,则此两个力偶等效。() 8.图示构件A点受一点力作用,若将此力平移到B点,试判断其作用效果是否相同() 图 7 图 8

9.图8所示梁,若求支反力时,用平面一般力系的平衡方程不能全部求出。() 10.图9所示物体接触面间静摩擦系数是f,要使物体向右滑动。试判断哪种施力方法省力。() 图 9 图 10 11.力在坐标轴上的投影和该力在该轴上分力是相同的。() 12.如果将图10所示力F由A点等效地平移到B点,其附加力矩M =Fa ()。 13.平面任意力系,其独立的二力矩式平衡方程为∑Fx=0,∑M A=0,∑M B=0,但要求矩心A、B的连线不能与x轴垂直。() 二、选择题 1.同一个力在两个互相平行的同向坐标轴上的投影()。 A.大小相等,符号不同 B.大小不等,符号不同 C.大小相等,符号相同 D.大小不等,符号相同

平面任意力系习题99507

第3章 平面任意力系习题 一.是非题(对画√,错画×) 1.平面任意力系的主矢0∑='=n 1i i R F F =时,则力系一定简化一个力偶。 ( ) 2.平面任意力系中只要主矢0∑≠'=n 1 i i R F F =,力系总可以简化为一个力。 ( ) 3.平面任意力系中主矢的大小与简化中心的位置有关。( ) 4.平面任意力系中主矩的大小与简化中心的位置无关。( ) 5.作用在刚体上的力可以任意移动,不需要附加任何条件。( ) 6.作用在刚体上任意力系若力的多边形自行封闭,则该力系一定平衡。( ) 7.平面任意力系向任意点简化的结果相同,则该力系一定平衡。( ) 8.求平面任意力系的平衡时,每选一次研究对象,平衡方程的数目不受限制。( ) 9.桁架中的杆是二力杆。( ) 10.静滑动摩擦力F 应是一个范围值。( ) 二.填空题(把正确的答案写在横线上) 11.平面平行力系的平衡方程0)(0 )(i i ==∑∑==F F n 1 i B n 1i A M M , 其限制条件 。 12.题3-12图平面力系,已知:F 1=F 2=F 3=F 4=F ,M=Fa ,a 为三角形边长,如以A 为简化中心,则最后的结果其大小 ,方向 。 13.平面任意力系向任意点简化除了简化中心以外,力系向 简化其主矩不变。 14.平面任意力系三种形式的平衡方程: 、 、 。 15.判断桁架的零力杆。题3-13a 图 、题3-13b 图 。 3 F 4 题3-12图

题3-13图 (a) (b) 三.简答题 16.平面汇交力系向汇交点以外一点简化,其结果如何?(可能是一个力?可能是一个力偶?或者是一个力和一个力偶?) 17.平面力系向任意点简化的结果相同,则此力系的最终结果是什么? 题3-21图 ' 题3-22图 (2) (1) C 5KN

平面一般力系的平衡作业及答案

平面一般力系的平衡作业及答案 平面一般力系的平衡 一、判断题: 1.下图是由平面汇交力系作出的力四边形,这四个力构成力多边形封闭,该力系一定平衡。() 图1 2.图示三个不为零的力交于一点,则力系一定平衡。() 图2 3.如图3所示圆轮在力F和矩为m的力偶作用下保持平衡,说明力可与一个力偶平衡。() 4.图4所示力偶在x轴上的投影ΣX=0,如将x轴任转一角度轴,那么 Σ=0。()

图3图4 5.如图5所示力偶对a的力矩Ma(F,F')=F·d,如将a任意移到b,则力矩Mb(F,F')将发生变化。() 图5图6 6.图6所示物体的A、B、C、D四点各有一力作用,四个力作出的力多边形闭合,则此物体处于平衡状态。() 7.如果两个力偶的力偶矩大小相等,则此两个力偶等效。() 8.图示构件A点受一点力作用,若将此力平移到B点,试判断其作用效果是否相同() 图7图8 9.图8所示梁,若求支反力时,用平面一般力系的平衡方程不能

全部求出。() 10.图9所示物体接触面间静摩擦系数是f,要使物体向右滑动。试判断哪种施力方法省力。() 图9图10 11.力在坐标轴上的投影和该力在该轴上分力是相同的。() 12.如果将图10所示力F由A点等效地平移到B点,其附加力矩M=Fa()。 13.平面任意力系,其独立的二力矩式平衡方程为∑Fx=0,∑M A =0,∑M B=0,但要求矩心A、B的连线不能与x轴垂直。() 二、选择题 1.同一个力在两个互相平行的同向坐标轴上的投影()。 A.大小相等,符号不同 B.大小不等,符号不同 C.大小相等,符号相同 D.大小不等,符号相同 2.图11所示圆轮由O点支承,在重力P和力偶矩m作用下处于平衡。 这说明()。

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