平面力系
若作用于物体上所有的力(包括力偶)都在同一平面内,则力系称为平面力系。
平面平行力系
若平面力系中各力的作用线相互平行,则称为平面平行力系,如图2.23(b)所示。平面平行力系中可以包含力偶。因为对于刚体,力偶在平面内可任意移转,故总可将组成力偶的二力转动至与其它力相互平行的位置。
平面汇点力系
若平面力系中各力的作用线汇交于同一点,则称为平面汇交力系或平面共点力系,如图2.23(c)所示。平面汇交力系中不能包含力偶,因为组成力偶的二个力不可能共点。

平面一般力系
若平面力系中的各力作用线既不相互平行,又不汇交于一点,则为平面一般力系。如图2.23(a)所示。
简化中心
对于图2.24(a)所示的平面一般力系,选取任一点o作为简化中心,将力系中各力平移至o点并附加相应的力偶;由力的平移定理可知,所附加的相应的力偶为各力对简化中心o点之矩。于是,得到一个汇交于O点的共点力系和一个平面力偶系,如图2.24(b)。

表2-2分四种情况讨论了平面一般力系简化的最终结果。

由表可见,平面一般力系简化的最终结果,只有三种可能:1)合成为一个力;2)合成为一个力偶;或 3)为平衡力系。

利用力系简化的方法,可以求得平面任意力系的合力。
图2.27所示为作用在梁上的同向分布平行力系。载荷(力)的分布集度(单位长度上作用的力)为q(x),
量纲为[力/长度],如N/m或kN/m。
为求同向分布平行力系的合力,在距o点x处取微段dx,作用在该微段上的力为 q(x)dx。以o点为简化中心,将各微段上的力均平移至o点,得到:
主矢:FR′=∑q(x)dx=
主矩为:Mo=∑xq(x)dx=
因为主矢FR′≠0,且主矩Mo≠0;故同向分布平行力系可合成为一个合力FR,且合力FR的大小为:
FR= FR′ = ----(2-12)
(2-12)式表示合力FR的大小等于分布载荷图形的面积。
合力FR的作用线到o点的距离为:
h=Mo/FR′ = ----(2-13)
(2-13)式是分布载荷图形的形心公式,故合力FR的作用线通过分布载荷图形的形心。
因此,同向分布平行力系可合成为一个合力,合力的大小等于分布载荷图形的面积,作用线通过图形的形心,指向与原力系相同。
图2.28 给出了几种常见同向分布平行力系的合成结果。图2.28(a)是均匀分布载荷,其合力在数值上等于载荷图形(矩形)的面积(q×L),作用线通过载荷图形的形心,距二端为L/2。图2.28(b)是线性分布载荷,其合力在数值上等于载荷图形(三角形)的面积 [(q×L)/2],作用线通过载荷图形的形心,即距右端为L/3。分布力系图形复杂时,可以先分成若干部分,各部分分别合成,如图2.28(c)和2.28(d),再求其最终的合力。


