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(3) 力偶系平衡问题
【例3-10】 图(a)所示结构中,杆DE的D端为铰,E端光滑搁置,且DE∥AC, ,力偶矩为M,求A,C铰支座约束力。
解 先研究杆DE,其受力如图(b)所示。,与AB杆平行, 与组成一力偶。再研究杆AB,其受力如图(c)所示。由得。最后研究整体,其受力如图(a)所示。因铰A对AB杆约束力为,方向沿AB,它与铰C对BC杆约束力组成一力偶。由,得。
注意 力偶只能由力偶平衡,由此确定D,C处约束力方向;将杆端力沿杆向正交分解,常使求解简便。
思考 如图3-22图示光滑导槽机构,CE杆上的销钉E可沿导槽滑动。不计杆重,试分析平衡时两力偶矩和大小相等的条件。
(4) 平面多跨结构
【例3-11】 图3-23(a)所示平面刚架中,E,F,G为中间铰,A,D为固定铰支座,B,C为可动铰支座,不计自重,在水平力F作用下,求支座A,B,C,D处的约束力。
解 依次研究构件CFG,BEF和AE,其受力如图(b)所示(GD为二力构件)。先由AE半拱的力三角形,得
再由BEF构件的力三角形,得
最后,由CFG构件的力三角形,得
注意 解此题时需先确定二力构件GD受力方位,其指向可事先假设,再从右向左依次确定各构件所受力的方向。计算时从受已知力的AE构件开始,依次求出各约束力大小。
由此可见,几何法用于求解三力平衡问题时,一般可归结为解三角形,运算简便;对于三力以上的汇交力系平衡问题,相应的力多边形几何求解复杂,大多采用平衡方程求解。
思考① 例3-11结构中,若在铰G处增加铅垂向下力 ,结果如何?② 若在EG段受均布荷载q,如何求解?③ 若由图所示三跨结构扩大为n跨后,支座约束力有何规律?