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1、第一章 構(gòu)件靜力學(xué)基礎(chǔ)一、力的概念1.力的定義 力是物體間相互的機(jī)械作用。2.力的三要素 大小、方向、作用點(diǎn)二、靜力學(xué)公理1.二力平衡公理與二力構(gòu)件 二力構(gòu)件在二個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件一般稱(chēng)為二力構(gòu)件2.加減平衡力系公理與力的可傳性原理力的可傳性原理 作用于剛體上某點(diǎn)的力,沿其作用線移動(dòng),不改變?cè)?duì)剛體的作用效應(yīng)。適用對(duì)象剛體 3.平行四邊形公理和三力構(gòu)件 三力平衡匯交原理 構(gòu)件在三個(gè)互不平行的力作用下處于平衡,這三個(gè)力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。 4.作用與反作用公理三、三類(lèi)常見(jiàn)的約束和約束模型 1.柔體約束 約束力沿柔體的中線,背離受力物體。2.光滑面約束 約束力沿接觸面的公法線,指向

2、受力物體。 3.鉸鏈約束 鉸鏈分為中間鉸、固定鉸和活動(dòng)鉸。中間鉸和固定鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈的中心,方向不確定。通常用正交的分力FNx, FNy表示。 活動(dòng)鉸支座的約束力過(guò)鉸鏈中心,垂直于支承面,一般按指向構(gòu)件畫(huà)出。用符號(hào)FN表示。四、構(gòu)件的受力圖 畫(huà)受力圖的步驟:1)確定研究對(duì)象。2)解除約束取分離體。3)在分離體上畫(huà)出全部的主動(dòng)力和約束力。 第二章 力的投影和平面力偶一.力的投影和分解 1.投影的定義 過(guò)力的兩端點(diǎn)向軸作垂線,垂足a、b在軸上截下的線段ab就稱(chēng)為力F在x軸上的投影,記作Fx 。 投影是代數(shù)量,有正負(fù)之分。 2.力沿坐標(biāo)軸方向正交分解 正交分力的大小等于力沿其正交軸投影的絕對(duì)值

3、,即 |F|=Fcosa=|Fx| ,|Fy|=Fsina=|Fy| 必須指出:分力是力矢量,而投影是代數(shù)量。若分力的指向與坐標(biāo)軸同向,則投影為正,反之為負(fù)。分力的作用點(diǎn)在原力作用點(diǎn)上,而投影與力的作用點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。 二.平面匯交力系方的合成與分解 1.合成 平面匯交力系總可以合成為一個(gè)合力FR 。2.平衡 平面匯交力系平衡的必充條件是合力FR為零 。平衡方程平面匯交力系只能列出兩個(gè)獨(dú)立平衡方程,解出兩個(gè)未知數(shù)。 三.力矩和力偶 1.力矩的定義:力使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的量度稱(chēng)為力矩。2.合力矩定理:合力對(duì)某點(diǎn)的力矩等于力系中各分力對(duì)同點(diǎn)力矩的代數(shù)和。 3.力偶及其性質(zhì)(見(jiàn)課本P23)一對(duì)大小相等、

4、方向相反、作用線平行的兩個(gè)力稱(chēng)為力偶。 4.力線平移定理 作用于剛體上的力,可以平移到剛體上的任一點(diǎn),得到一平移力和一附加力偶,其附加力偶矩等于原力對(duì)平移點(diǎn)的力矩。 四.平面力偶系的合成與平衡1.合成:平面力偶系總可以合成為一個(gè)合力偶,其合力偶等于各分力偶的代數(shù)和。 2.平衡:平面力偶系平衡的必要與充分條件是:力偶系種各分力偶矩的代數(shù)和等于零。 第三章 平面任意力系一、平面任意力系的簡(jiǎn)化 1、主矢 2、主矩 主矢作用在簡(jiǎn)化中心上,其大小和方向與簡(jiǎn)化中心的選取無(wú)關(guān)。主矩的大小和方向與簡(jiǎn)化中心的選取有關(guān)。3.簡(jiǎn)化結(jié)果的討論 1)FR¢0 00 主矢FR¢和主矩O也可以合成為一個(gè)

5、合力FR。2)FR¢0 0=0 主矢FR¢就是力系的合力FR。3)FR¢=0 00 力系為一平面力偶系。在這種情況下,主矩的大小與簡(jiǎn)化中心的選擇無(wú)關(guān)。 4)FR¢=0 0=0 力系處于平衡狀態(tài)。 二、平衡方程 一 矩 式二 矩 式三 矩 式三、物系的平衡問(wèn)題 1.靜定與靜不定問(wèn)題的判斷2.物系平衡問(wèn)題的解法 研究對(duì)象的選?。ú糠?、整體)四.考慮摩擦?xí)r構(gòu)件的平衡問(wèn)題 1.靜滑動(dòng)摩擦力 平衡狀態(tài)時(shí) 由平衡方程確定。 臨界狀態(tài)時(shí)2.動(dòng)滑動(dòng)摩擦力3.摩擦角與自鎖摩擦角jm 最大全反力FRm與法線之間的夾角稱(chēng)為摩擦角。自鎖的條件 :全反力與法線的夾角小于或等于摩擦

6、角第四章 空間力系和重心一.力的投影和力對(duì)軸之矩 1.力在空間直角坐標(biāo)軸上的投影 一次投影法 二次投影法2.力對(duì)軸之矩 3.合力矩定理 力系合力對(duì)某軸之矩,等于各分力對(duì)同軸力矩的代數(shù)和。二、物體的重心和平面圖形的形心重心坐標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)形心坐標(biāo)第五章 軸向拉壓一、材料力學(xué)的基本概念 1. 構(gòu)件承載能力的三個(gè)要求:剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性 剛度是指構(gòu)件抵抗變形的能力;強(qiáng)度是指構(gòu)件抵抗破壞的能力。2. 三個(gè)基本假設(shè):均勻連續(xù)性假設(shè)、各向同性假設(shè)、彈性小變形3. 桿件變形的基本形式:軸向拉伸和壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲二、軸向拉(壓)的應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算 1. 軸向拉(壓)的受力和變形特點(diǎn):外力(或合外力)沿桿件軸線

7、 作用;桿件縱向伸長(zhǎng)(或縮短),橫向縮短(或伸長(zhǎng)) 會(huì)判斷桿件發(fā)生的是否為軸向拉壓(見(jiàn)練習(xí)冊(cè)26頁(yè)練習(xí)十五選擇題第1小題)2、求截面軸力的簡(jiǎn)便方法:桿件任意截面的軸力FN(x),等于截面一側(cè)(左段或右段)桿上所有外力的代數(shù)和。左段向左(或右段向右)的外力產(chǎn)生正值軸力,反之產(chǎn)生負(fù)值軸力。 3. 拉(壓)桿的正應(yīng)力:在截面上均勻分布,而且垂直于截面 應(yīng)力的單位:Pa,kPa,MPa,GPa,其中: 1N/mm2=1MPa4. 強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: 強(qiáng)度計(jì)算的三類(lèi)問(wèn)題:a.校核強(qiáng)度;b.設(shè)計(jì)截面尺寸;c.確定許可載荷例題 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( D )A.強(qiáng)度條件可以用于校核強(qiáng)度; B. 強(qiáng)度條件可以設(shè)計(jì)構(gòu)件

8、截面尺寸; C.強(qiáng)度條件可以確定許可載荷; D. 強(qiáng)度條件可以確定材料密度;三、軸向拉(壓)的變形計(jì)算 胡克定律:在應(yīng)力不超過(guò)材料的比例極限時(shí),應(yīng)力和應(yīng)變成正比其中,E為衡量材料剛度的指標(biāo);EA是衡量拉(壓)桿抵抗變形能力的指標(biāo),叫做桿件的抗拉(壓)剛度例題:拉壓桿的胡克定律使用的前提條件是:應(yīng)力不超過(guò)某一極限值,這里的極限值指的是材料的( C )A.彈性極限 B.強(qiáng)度極限 C.比例極限 D.屈服點(diǎn)畫(huà)軸力圖例題 強(qiáng)度及變形計(jì)算 例題例1:鋼制階梯桿如圖所示;已知軸向力F1=50kN,F(xiàn)2=20kN,桿各段長(zhǎng)度L1=120mm,L2=L3=100mm,桿AD、DB段的面積A1、A2分別是500m

9、m2和250mm2,鋼的彈性模量E=200GPa,已知材材料的許用應(yīng)力120MPa。試校核桿的強(qiáng)度,并求階梯桿的軸向總變形。解:(1)、作軸力圖:FN1= - 30KN,F(xiàn)N2=FN3=20KN。 分段計(jì)算變形量。 本題按軸力、截面不同分為 AC、BD、CD段計(jì)算。 FN lAC=FNAClAC/EA1= =(-30)×120/200×103×500 20KN =-0.036×103m=-0.036mm + lCD=FNBC lBC/EA1= x =20×100/200×103×500 - =0.02×103m=0

10、.02mm 30KN lDB=FNCD lCD/EA2= 圖1-1階梯桿=20×100/200×103×250=0.04×103m=0.04mm計(jì)算總變形量。 l = lAB + lBD + lCD =(-0.036+0.040.02)mm =0.024mm校核桿的強(qiáng)度1FN1/ A130×103/50060 MPa2FN2/ A220×103/25080 MPa120MPa強(qiáng)度足夠例2、桁架如圖所示。已知桿為圓截面鋼桿,許用應(yīng)力;桿是正方形截面木桿,邊長(zhǎng),許用應(yīng)力。試校核桿的強(qiáng)度,并確定桿的直徑。解:1)、取鉸鏈A為研究對(duì)象,受力圖

11、如圖所示,列平衡方程: FNBA=60KN,F(xiàn)NCA= (2)根據(jù)強(qiáng)度條件校核AC桿,并設(shè)計(jì)AB桿的直徑:AC桿強(qiáng)度合格。 復(fù)習(xí)時(shí),請(qǐng)參考練習(xí)冊(cè)27、28頁(yè) 練習(xí)十六的選擇題和第四題計(jì)算題的1,2小題四、材料的力學(xué)性能(參考練習(xí)冊(cè) 練習(xí)十八和十九的選擇題)1.低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能四個(gè)階段:彈性階段,屈服階段,強(qiáng)化階段,頸縮斷裂階段。 三個(gè)指標(biāo):比例極限sP;屈服點(diǎn)ss;強(qiáng)度極限sb塑性指標(biāo):伸長(zhǎng)率 , 斷面收縮率 2.低碳鋼壓縮時(shí)的力學(xué)性能:低碳鋼的抗拉性能與抗壓性能相同。3.其它塑性材料的力學(xué)性能 屈服強(qiáng)度0.2 用0.2%塑性應(yīng)變的應(yīng)力值作為名義屈服點(diǎn)。4.鑄鐵的抗拉性能遠(yuǎn)大于其 抗拉性

12、能,這是脆性材料的共有屬性,所以鑄鐵等脆性材料常用作承壓構(gòu)件,而不用作承拉構(gòu)件例題 低碳鋼的拉伸過(guò)程中,( B )階段時(shí),試驗(yàn)件表面會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)滑移線。A.彈性 B.屈服 C.強(qiáng)化 D.縮頸斷裂五.許用應(yīng)力和強(qiáng)度準(zhǔn)則1.強(qiáng)度失效的形式脆性斷裂和塑性屈服2.極限應(yīng)力: 塑性材料屈服點(diǎn) 脆性材料強(qiáng)度極限(抗拉或抗壓強(qiáng)度)例題 脆性材料的極限應(yīng)力是( C ) A.比例極限 B.彈性極限 C.抗拉(壓)強(qiáng)度 D.屈服點(diǎn)第六章 剪切和擠壓一、剪切和擠壓的概念1.剪切的受力與變形特點(diǎn):沿構(gòu)件橫向作用等值、反向、作用線相距很近的一對(duì)外力。剪切面之間發(fā)生了相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。 2.擠壓:構(gòu)件發(fā)生剪切變形的同時(shí),其接觸面相

13、互作用而壓緊的現(xiàn)象。二、實(shí)用計(jì)算1.剪切的強(qiáng)度準(zhǔn)則:2.擠壓的強(qiáng)度準(zhǔn)則:3.確定構(gòu)件的剪切面和擠壓面是進(jìn)行剪切和擠壓強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵 請(qǐng)參考練習(xí)冊(cè) 練習(xí)二十一 選擇題 a.剪切面與外力平行且?jiàn)A在兩外力之間。b.當(dāng)擠壓面為平面時(shí),其計(jì)算面積就是實(shí)際面積,當(dāng)擠壓面是半圓柱形側(cè)面時(shí),其擠壓計(jì)算面積為半圓柱側(cè)面的正投影面積,即 Ajy=dt三、剪切胡克定律1.當(dāng) £ P時(shí),切應(yīng)力與該點(diǎn)處的切應(yīng)變g成正比關(guān)系,即 =Gg 2.切應(yīng)力互等定理:構(gòu)件內(nèi)部任意兩個(gè)相互垂直的截面上,切應(yīng)力必成對(duì)存在,且大小相等,方向同時(shí)指向或背離這兩個(gè)截面交線。第七章 圓軸扭轉(zhuǎn) 一、求扭矩的簡(jiǎn)便方法:圓軸任意截面的扭矩

14、T(x),等于截面一側(cè)(左段或右段)軸段上所有外力偶矩的代數(shù)和。左側(cè)軸段上箭頭向上(或右側(cè)軸段上箭頭向下)的外力偶矩產(chǎn)生正值扭矩,反之為負(fù)。重要結(jié)論:兩外力偶矩作用截面之間各個(gè)截面的扭矩值相等。畫(huà)扭矩圖例題 二、應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算1.扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 切應(yīng)力在截面的分布 參考課本109頁(yè) 圖7-7(b) 練習(xí)冊(cè)42頁(yè)第四題 第1小題例題 下圖中表示扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分布規(guī)律正確的是:( B )A B C D2.極慣性矩和抗扭截系數(shù)1)實(shí)心圓截面 2)空心圓截面 3.圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 三類(lèi)計(jì)算:a.校核強(qiáng)度; b.設(shè)計(jì)截面;c.確定許可載荷 參考題:練習(xí)冊(cè)42頁(yè) 練習(xí)二十三 第四題 第2小題三、扭轉(zhuǎn)變形和剛

15、度計(jì)算 1. 圓軸扭轉(zhuǎn)的變形計(jì)算公式 2. 圓軸扭轉(zhuǎn)的剛度準(zhǔn)則 例題1: 直徑和長(zhǎng)度相同而材料不同的圓軸,在相同扭矩作用下,它們的( A )A.最大切應(yīng)力相同,而扭轉(zhuǎn)角不同;B.最大切應(yīng)力相同,扭轉(zhuǎn)角也相同;C.最大切應(yīng)力不同,而扭轉(zhuǎn)角相同;D.最大切應(yīng)力不同,扭轉(zhuǎn)角也不同;例題2: 兩根材料和長(zhǎng)度均相同的實(shí)心圓軸,第一根的直徑是第二 根的兩倍,若受相同扭矩的作用,則兩根軸的扭轉(zhuǎn)角之比為( C ) A.1:4 B.1:8 C.1:16 D.1:32例題3: 用同一材料制成的實(shí)心圓軸和空心圓軸,若長(zhǎng)度和橫截面面積均相同,則抗扭剛度較大的是 ( A ) A. 空心圓軸 B. 實(shí)心圓軸 C. 兩者一

16、樣 D. 無(wú)法判斷強(qiáng)度計(jì)算與剛度計(jì)算例題例:空心圓軸的外徑D=40mm,內(nèi)徑d=20mm,材料的切變模量G=80GPa,輪軸的轉(zhuǎn)速n=1200r/min,傳遞的功率P=20KW,單位長(zhǎng)度許用扭轉(zhuǎn)角=0.5°/m,材料的=50MPa,試校核輪軸的強(qiáng)度和剛度。解:1)計(jì)算截面上的扭矩2) 根據(jù)抗剪強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 3)根據(jù)剛度條件進(jìn)行剛度校核 該輪軸滿足強(qiáng)度及剛度要求第八章 梁的彎曲1、平面彎曲的特點(diǎn):若外力沿橫向作用在縱向?qū)ΨQ(chēng)平面內(nèi),梁的軸線將在其縱向?qū)ΨQ(chēng)平面內(nèi)彎成一條平面曲線。2、剪力和彎矩的正負(fù)規(guī)定:見(jiàn)課本122頁(yè)圖8-8例題 在下列4種情況中,截面上彎矩M為正、剪力FQ為負(fù)的是(

17、 B )3、求剪力和彎矩的簡(jiǎn)便方法 FQ(x)=x截面左(或右)段梁上外力的代數(shù)和,左上右下為正。(x)=x截面左(或右)段梁上外力矩的代數(shù)和,左順右逆為正。 4、畫(huà)剪力圖和彎矩圖a. 列剪力方程和彎矩方程畫(huà)剪力圖、彎矩圖 。 b. 用簡(jiǎn)便方法畫(huà)剪力圖、彎矩圖(見(jiàn)課本126頁(yè),4個(gè)要點(diǎn),例題8-6)參考題:練習(xí)冊(cè)49頁(yè) e) f) 51頁(yè) c)例題1:梁在集中力偶作用截面處( C ) (A)彎矩圖無(wú)變化,剪力圖有突變; (B)彎矩圖無(wú)變化,剪力圖有折點(diǎn); (C)彎矩圖有突變,剪力圖無(wú)變化; (D)彎矩圖有突變,剪力圖有折點(diǎn)。例題2:下列說(shuō)法正確的是( C )A.無(wú)載荷作用的梁段剪力圖為斜直線;

18、B.均布載荷作用的梁段剪力圖為拋物線;C.集中力偶作用處彎矩圖發(fā)生突變;D.剪力等于零處,彎矩圖一定有極值。5、彎曲應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算結(jié)論1:1)各橫截面繞中性軸轉(zhuǎn)動(dòng)了不同的角度,相鄰橫截面產(chǎn)生了相對(duì)轉(zhuǎn)角dq;2)截面間縱向纖維發(fā)生拉伸和壓縮變形,橫截面有正應(yīng)力;3)橫截面上、下邊緣有最大的正應(yīng)力。結(jié)論2:彎曲正應(yīng)力與截面彎矩M成正比,與該點(diǎn)到中性軸的距離y坐標(biāo)成正比,而與截面對(duì)中性軸z的慣性矩Iz成反比 。彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則:其中,抗彎截面系數(shù)公式見(jiàn)課本130頁(yè)6、提高梁抗彎強(qiáng)度的措施1)集中力遠(yuǎn)離簡(jiǎn)支梁中點(diǎn) 2)將載荷分散作用3)簡(jiǎn)支梁支座向梁內(nèi)移動(dòng) 4)選擇合理的截面形狀 5)根據(jù)材料性能選

19、擇截面 6)采用等強(qiáng)度梁例題1: 下列措施中不屬于提高梁的抗彎強(qiáng)度的是( D )A.將載荷分散作用; B.選擇合理的截面形狀;C.采用等強(qiáng)度梁; D.減小梁的抗彎截面系數(shù)例題2:梁在彎曲變形時(shí),位于其中性層的縱向纖維( C ) A.伸長(zhǎng); B.縮短; C.既不伸長(zhǎng)又不縮短; D.先伸長(zhǎng)后縮短基本概念練習(xí):一 判斷 1、作用在一個(gè)剛體上的兩個(gè)力平衡的充要條件是:等值、共線、反向。  ( )2、力偶可以與一個(gè)力平衡。 ( × )3、作用與反作用定律適用于所有物體。 ( )4、桿件的軸力僅與桿件所受的外力有關(guān),而與桿件的截面形狀、材料無(wú)關(guān)。 ( )5、對(duì)于塑性材料,極限應(yīng)力常取材

20、料的強(qiáng)度極限sb。 ( × )6、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí),橫截面同一圓周上各點(diǎn)的切應(yīng)力大小不全相同。 ( × )7、梁在純彎曲時(shí),中性軸的正應(yīng)力為零。 ( )8、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí),橫截面上的切應(yīng)力是沿直徑均勻分布的。 ( × )9、低碳鋼在拉伸的過(guò)程中始終遵循胡克定律。 ( × )10、拉壓桿的橫截面上的正應(yīng)力是均勻分布的。 ( )11、各向同性假設(shè)認(rèn)為,材料內(nèi)部各點(diǎn)的力學(xué)性質(zhì)是相同的。 ( × )13、低碳鋼在拉斷時(shí)的應(yīng)力為強(qiáng)度極限。 ( × )二、填空1、桿件軸向拉伸或壓縮時(shí),其受力特點(diǎn)是:作用于桿件外力的合力的作用線與桿件軸線相_重合_。2、桿件

21、軸向拉伸或壓縮時(shí),其橫截面上的正應(yīng)力是_均勻_分布的。3、剪切的受力特點(diǎn),是作用于構(gòu)件某一截面兩側(cè)的外力大小相等_、方向_相反_、作用線相互平行且相距很近。4、剪切的變形特點(diǎn)是:位于兩力間的構(gòu)件截面沿外力方向發(fā)生_相對(duì)錯(cuò)動(dòng)_。5、在連接件上,剪切面的方向和外力方向 平行,擠壓面的方向和外力方向 垂直_。6、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)受力特點(diǎn)是:一對(duì)外力偶的作用面均_垂直_于軸的軸線,其轉(zhuǎn)向_相反_。7、圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí),橫截面上切應(yīng)力的大小沿半徑呈_線性_規(guī)律分布。最大切應(yīng)力在橫截面的_外邊緣處_處。8、梁發(fā)生平面彎曲時(shí),梁的軸線在其縱向?qū)ΨQ(chēng)面內(nèi)由直線變成_曲線_。9、平面彎曲時(shí)外力、外力偶均作用在梁的_縱向?qū)ΨQ(chēng)_

22、面內(nèi)。純彎曲時(shí)梁的橫截面上的內(nèi)力只有_正應(yīng)力_而無(wú)_切應(yīng)力_。10、等截面梁內(nèi)的最大正應(yīng)力總是出現(xiàn)在最大_彎矩_所在的橫截面上。11、直徑、長(zhǎng)度相同,而材料不同的兩根圓軸,在相同的扭矩作用下,它們的扭轉(zhuǎn)角 不同 。12、一給定平衡系統(tǒng),若所能列出的獨(dú)立的平衡方程的個(gè)數(shù)少于所求未知力的個(gè)數(shù),則該問(wèn)題屬于 (靜定,靜不定)問(wèn)題。13、冷作硬化可提高材料的 比例 極限,但 塑性 降低。14、作用在_剛體_上的力,可沿其作用線移動(dòng)到任意一點(diǎn),而不會(huì)改變?cè)?duì) 該剛體 的作用效應(yīng)。此謂之 力的可傳性原理 。15、二力桿所受的力沿著 作用點(diǎn)的連線 ,且方向 相反。16、合力投影定理是指合力在任一軸上的投影,等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。17、平面匯交力系的特點(diǎn)為各力的作用線相交于一點(diǎn)。 其平衡的充分必要條件為匯交力系的合力為零。18、力偶是指大小相等,方向相反,作用線平行的二個(gè)力。19、作用于剛體上的力,均可_平移_到剛體上任一點(diǎn),但必須同時(shí)_附加_ 一個(gè)_力偶_。20、梁在無(wú)分布載荷段,根據(jù)剪力、彎矩和分布載荷間的微分關(guān)系,可以確定該段剪力圖為 水平線 ,彎矩圖是 斜直線 。21、作用在剛體上的二力平衡條件是 等值、反向、共線。三、選擇 1、力偶對(duì)物體

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