由式(2)知,M(x)是x的二次函数,说明弯矩图是一条二次抛物线,应至少计算三个截面的弯矩值,才可描绘出曲线的大致形状。
当 x?0 时, MA?0
ql2lMC?x?8 2 时, x?l 时, MB?0
根据以上计算结果,画出弯矩图,如图7-13c所示。
从剪力图和弯矩图中可知,受均布荷载作用的简支梁,其剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线;最大剪力发生在两端支座处,绝对值为
QMmax??1ql2;而最大弯矩发生在剪力为零的跨中截面上,其绝对值为
max12ql8。
结论:在均布荷载作用的梁段,剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线。在剪力等于零的截面上弯矩有极值。
【例7-5】 简支梁受集中力作用如图7-14a所示,试画出梁的剪力图和弯矩图。
【解】(1)求支座反力 由梁的整体平衡条件
?MB?0, RA?Fbl(↑) Fal(↑)
?Y?RA?RB?F?FbFa??F?0ll
?MA?0,
RB?校核:
计算无误。
(2)列剪力方程和弯矩方程
梁在C处有集中力作用,故AC段和CB段的剪力方程和弯矩方程不相同,要
分段列出。
(a)
(b)
(c)
图7-14 例7-5图
AC段:距A端为x1的任意截面处将梁假想截开,并考虑左段梁平衡,列出剪力方程和弯矩方程为
Q(x1)?RA?Fb (0?x1?a)l (1) Fbx1 (0?x1?a)l (2)
M(x1)?RAx1?CB段:距A端为x2 的任意截面外假想截开,并考虑左段的平衡,列出剪力方程和弯矩方程为
Q(x2)?RA?F?FbFa?F?? (a?x2?l)ll (3)
Fa(l?x2) (a?x2?l)l (4)
M(x2)?RAx2?F(x2?a)? (3)画剪力图和弯矩图
根据剪力方程和弯矩方程画剪力图和弯矩图。
FbQ图:AC段剪力方程Q(x1)为常数,其剪力值为l,剪力图是一条
平行于x轴的直线,且在x轴上方。CB段剪力方程Q(x2)也为常数,其剪力值为
?Fal,剪力图也是一条平行于x轴的直线,但在x轴下方。画出
全梁的剪力图,如图7-14b所示。
M图:AC段弯矩M(x1)是x1的一次函数,弯矩图是一条斜直线,只
要计算两个截面的弯矩值,就可以画出弯矩图。
当 x1?0 时 MA?0
x1?a 时
MC?Fabl
根据计算结果,可画出AC段弯矩图。
CB段弯矩M(x2)也是x2的一次函数,弯矩图仍是一条斜直线。 当 x2?a 时
MC?Fabl
x2?l 时 MB?0
由上面两个弯矩值,画出CB段弯矩图。整梁的弯矩图如图7-14c所示。
从剪力图和弯矩图中可见,简支梁受集中荷载作用,当 a>b时,
Qmax?FaMl,发生在BC段的任意截面上;
max?Fabl,发生在集中
力作用处的截面上。若集中力作用在梁的跨中,则最大弯矩发生在梁的
跨中截面上,其值为:
Mmax?Fl4。
结论:在无荷载梁段剪力图为平行线,弯矩图为斜直线。在集中力作用处,左右截面上的剪力图发生突变,其突变值等于该集中力的大小,突变方向与该集中力的方向一致;而弯矩图出现转折,即出现尖点,尖点方向与该集中力方向一致。
【例7-6】 如图7-15a 所示简支梁受集中力偶作用,试画出梁的剪力图和弯矩图。
【解】(1)求支座反力 由整梁平衡得
?MB?0, ?MA?0,
RA?ml(↑)
ml(↓) (a)
RB??
校核:
?Y?RA?RB?mm??0ll
计算无误。 (2)列剪力方程和弯矩方程
在梁的C截面的集中力偶m 作用, (b) 分两段列出剪力方程和弯矩方程。
AC 段:在 A 端为x1的截面处 假想将梁截开,考虑左段梁平衡, (c) 列出剪力方程和弯矩方程为
Q(x1)?RA?m (0?x1?a)l (1) mx1 (0?x1?a)l (2)
M(x1)?RAx1?图7-15 例7-6图
CB段:在 A 端为x2的截面处假想将梁截开,考虑左段梁平衡,列出剪力方程和弯矩方程为
Q(x2)?RA?m (a?x2?l)l (3)
m(l?x2) (a?x2?l)l (4)
M(x2)?RAx2?m??(3)画剪力图和弯矩图
Q图:由式(1)、(3)可知,梁在AC段和CB段剪力都是常数,其
m值为l,故剪力是一条在x轴上方且平行于x轴的直线。画出剪力图如
图7-15 b所示。
M图:由式(2)、(4)可知,梁在AC段和CB段内弯矩都是x的一次函数,故弯矩图是两段斜直线。
AC 段:
当x1?0时, MA?0
x1?a时,
CB段:
MC左?mal
当x2?a时,
M2右??mbl
当x2?l时, MB?0
画出弯矩图如图7-15c所示。
由内力图可见,简支梁只受一个力偶作用时,剪力图为同一条平行线,而弯矩图是两段平行的斜直线,在集中力偶处左右截面上的弯矩发生了突变。
结论:梁在集中力偶作用处,左右截面上的剪力无变化,而弯矩出现突变,其突变值等于该集中力偶矩。
【小 结】
本节讲述了利用内力方程作梁的内力图的方法,理解做内力图的意义。
【课后作业】
教材:P135.习题2.
7.4 用微分关系画剪力图和弯矩图
【教学要求】
用微分关系绘制剪力图和弯矩图。
【重 点】
举例讲解用微分关系法绘制剪力图和弯矩图;
【难 点】
根据q和剪力与弯矩的关系,正确判定各梁段内力图的形状。
【授课方式】 课堂讲解 【教学时数】 共计2学时 【教学过程】
7.4.1 M(x)、FQ (x)、q(x)之间的微分关系
上一节从直观上总结出剪力图、弯矩图的一些规律和特点。现进一