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理论力学 |
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下面是期末考试的第一道大题,静力学的平衡问题。
解:
(1)问题分析:
这是一道典型的静力学问题,由两根杆件连接而成的结构,受到集中力,集中力偶,分布力系的作用,要求约束处的约束力是多少。
拿到这种问题,首先考虑通用解法,然后考虑技巧。
通用解法。未知数,A点3个,C点2个,B点1个,一共6个未知约束力。两根杆件,每根3个独立方程,一共是6个独立的方程,所以6个方程可以求解6个未知数。如果找不到技巧的话,就可以直接用通用解法了。
技巧。下面我们考虑解题技巧。首先看看有没有特殊的构件,显然,BC很特殊,它是力偶系的平衡,而且B点是滚动支座,知道力的方向,从而立即可以确定C点力的方向也是竖直方向。而ADC杆则没有特殊性,整体也没有。
这里要求解A,B处的力。一共是4个未知数,所以需要4个方程。
首先以BC为对象,根据力偶系的平衡,可以求出B点约束力,也同时得到了C点约束力,接着以ADC为对象,上面还有3个未知数,正好列出3个方程,从而可以求解。
因此,本题用技巧也很容易想到,下面使用技巧来解题。
(2)问题求解:
首先绘制出AB的受力图如下
根据力偶系的平衡,有
即
然后分析ADC,其受力图如下
下面一个方程解决一个未知数
由水平方向的平衡,有:
由竖直方向的平衡,有:
以A点为矩心,列力矩方程,有:
至此,需要求的未知数都解出来了。
(3)讨论
在期末考试中,对于力系平衡的问题,基本上都是3个左右的构件,一般都会有一点解题技巧。在使用解题技巧时,最重要的是会判断二力杆,力偶系平衡的构件,然后做出正确的受力图。一般从未知数最少的物体出发,然后往周围的物体推进,就可以较快地解决问题了。