2-3 在图示结构中,二曲杆重不计,曲杆ab上作用有主动力偶m。试求a和c点处的约束力。
解:bc为二力杆(受力如图所示),故曲杆ab在b点处受到约束力的方向沿bc两点连线的方向。曲杆ab受到主动力偶m的作用,a点和b点处的约束力必须构成一个力偶才能使曲杆ab保持平衡。
ab受力如图所示,由力偶系作用下刚体的平衡方程有(设力偶逆时针为正):
其中:。对bc杆有:
a,c两点约束力的方向如图所示。
解:机构中ab杆为二力杆,点a,b出的约束力方向即可确定。由力偶系作用下刚体的平衡条件,点o,c处的约束力方向也可确定,各杆的受力如图所示。对bc杆有。
对ab杆有:
对oa杆有。
求解以上三式可得:,,方向如图所示。 /
2-6求最后简化结果。
解:2-6a
坐标如图所示,各力可表示为:
先将力系向a点简化得(红色的):
方向如左图所示。由于,可进一步简化为一个不过a点的力(绿色的),主矢不变,其作用线距a点的距离,位置如左图所示。
2-6b同理如右图所示,可将该力系简化为一个不过a点的力(绿色的),主矢为:
其作用线距a点的距离,位置如右图所示。
简化中心的选取不同,是否影响最后的简化结果? 是。
解:整个结构处于平衡状态。选择滑轮为研究对象,受力如图,列平衡方程(坐标一般以水平向右为x轴正向,竖直向上为y轴正向,力偶以逆时针为正):
选梁ab为研究对象,受力如图,列平衡方程:
求解以上五个方程,可得五个未知量分别为:
与图示方向相反)
与图示方向相同)
逆时针方向)
解:选ab杆为研究对象,受力如图所示,列平衡方程:
求解以上两个方程即可求得两个未知量,其中:
未知量不一定是力。
解:选杆ab为研究对象,受力如下图所示。列平衡方程:(运用力对轴之矩!)
由和可求出。平衡方程可用来校核。
思考题:对该刚体独立的平衡方程数目是几个?
解:杆1,2,3,4,5,6均为二力杆,受力方向沿两端点连线方向,假设各杆均受压。选板abcd为研究对象,受力如图所示,该力系为空间任意力系。采用六矩式平衡方程:
(受拉)受压)
受压)受拉)
本题也可以采用空间任意力系标准式平衡方程,但求解代数方程组非常麻烦。类似本题的情况采用六矩式方程比较方便,适当的选择六根轴保证一个方程求解一个未知量,避免求解联立方程。
2-31 力偶矩。
解:取棒料为研究对象,受力如图所示。列平衡方程:
补充方程:
五个方程,五个未知量,可得方程:
解得。当时有:
即棒料左侧脱离v型槽,与提议不符,故摩擦系数。
解:当时,取杆ab为研究对象,受力如图所示。
列平衡方程:
附加方程:
四个方程,四个未知量,可求得。
解:选棱柱体为研究对象,受力如图所示。假设棱柱边长为a,重为p,列平衡方程:
如果棱柱不滑动,则满足补充方程时处于极限平衡状态。解以上五个方程,可求解五个未知量,其中:
当物体不翻倒时,则:
即斜面倾角必须同时满足(1)式和(2)式,棱柱才能保持平衡。
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