大学物理 力学-受力分析.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,工程力学,主讲：龚良贵,1,工程力学是一门理论性较强的技术基础课，它是诸多力学课程的基础，并在工程技术领域中有着广泛的应用。,工程力学主要研究物体的机械运动和杆件弹性变形的一般规律。它是高等工科院校的一门理论性较强的技术基础课程，为后续课程的学习和解决工程实际问题提供力学的基本理论和方法。,机械设备或工程结构都是由若干构件组成的。当它们传递运动或承受载荷时，各个构件都要受到力的作用。因此，首先必须确定有哪些力在作用各个构件上，以及它们的大小和方向；其次还必须为构件选用合适的材料，确定合理的截面形状和尺寸，以保证构件既能安全可靠的工作又符合经济要求。这些都是工程力学所要解决的问题。,绪论,绪 论,2,第1篇 静力学,3,第,1,章 静力学公理和物体的受力分析,第,2,章 平面力系,第,3,章 空间力系,目 录,静力学,4,一、静力学,是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。在静力学中所指的物体都是刚体。所谓,刚体,，,是指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。这是一个理想化的力学模型。,二、力,1,定义,：,力是物体间相互的机械作用，这种作用物体的机械运动状态发生变化。,2.,力的效应：,运动效应,(,外效应,),变形效应,(,内效应,),。,引 言,静力学,5,静力学,3.,力的三要素：,大小，方向，作用点。,4.,力的单位：,国际单位制：,牛顿,(,N,),，,千牛顿,(,kN,),三、力系,力系是指作用在物体上的一群力。,平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。,四、平衡,平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。,A,F,6,静力学,在静力学中，我们将研究以下三个问题：,1.,物体的受力分析,2.,力系的等效替换（或简化）,3.,建立各种力系的平衡条件,7,第1章 静力学公理和物体的受力分析,8,目 录,静力学,1.1,静力学公理,1.2,约束和约束反力,1.3,物体的受力分析与受力图,9,静力学,1.1,静,力学公理,公理：,是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,公理,1,二力平衡公理,作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力,大小相等，,|,F,1,|=|,F,2,|,；,方向相反,，,F,1,=F,2,；,作用线共线；,作用于同一个物体上。,10,静力学,说明：,对刚体来说，上面的条件是充分必要的；,对变形体来说，上面的条件只是必要条件；,二力体,：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,二力杆,11,静力学,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,推论,1,：力的可传性,作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。,因此，对刚体来说，力作用三要素为：,大小，方向，作用线。,公理,2,加减平衡力系原理,12,静力学,刚体受三力作用而平衡，若其中两力,作用线汇交于一点，则另一力的作用线必,汇交于同一点，且三力的作用线共面。,（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交,平行力系。）,公理,3,力的平行四边形法则,作用在物体上同一点的两个力，可合成为一个合力。此合力也作用于该点，合力的大小和方向，由这两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。,推论,2,：三力平衡汇交定理,13,静力学,公理,4,作用力和反作用力定律,作用力与反作用力总是同时存在。两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线，分别,作用在两个相互作用的物体上。,证,为平衡力系，,也为平衡力系。,又 二力平衡必等值、反向、共线，,三力 必汇交，且共面。,例,吊灯受力,14,静力学,公理,5,刚化原理,变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），其平衡状态保持不变。,公理,5,告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论；刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。,15,静力学,1.2,约束和约束反力,一、概念,1.,自由体：,位移不受限制的物体叫自由体。,2.,非自由体：,位移受限制的物体叫非自由体。,3.,约束：,对非自由体的某些位移预先施加的限制条件，称为约束。,(,这里，约束是名词，而不是动词的约束。,),4.,约束反力：,约束对物体的作用，实际上就是力，这种力叫约束反力，简称反力。约束反力方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。,16,静力学,大小常常是未知的；,方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；,作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,G,N,1,N,2,5.,主动力：,主动使物体产生运动，或运动趋势的力，称为主动力。如重力、风力、气体压力、已知施加在物体上的外力等。,例,圆盘受力,17,静力学,绳索类,只能受拉,，所以它们的约束反力是,作用在接触点,，方向,沿绳索背离物体,。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法,1.,由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,例如,(a),(b),18,静力学,接触面束,只能受压，,约束反力是,作用在接触点处,，方向,沿公法线，指向受力物体。,2.,具有光滑接触表面的约束（光滑指摩擦力不计）,例如,(a),(b),19,静力学,3.,光滑铰链约束（圆柱铰链、径向轴承、固定铰链支座等）,圆柱铰链,约束反力：,光滑圆柱铰链为孔与轴的配合问题，可用两个正交分力,F,x,、,F,y,表示。,约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀,。,20,静力学,径向轴承（向心轴承）,约束特点：,轴在轴承孔内，轴为非自由体、,轴承孔为约束。,约束反力：,当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接触约束,-,法向约束反力。,约束反力作用在接触处，沿径向指向轴心。,21,静力学,固定铰链支座,约束特点：,由上面构件与地面或机架固定而成。,约束反力：,与圆柱铰链相同，,可用两个正交分力表示。,22,静力学,23,静力学,其它类型约束,（,1,）滚动支座,约束特点：,上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成。,约束反力：,构件受到垂直于光滑面的约束反力。,24,静力学,(2),球铰链,约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动。,约束反力,：,当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。,约束反力通过接触点，并指向球心，是一个不能预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。,25,（,3,）,止推轴承,约束特点：,止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。,约束反力：,比径向轴承多一个轴向的约束反力。亦有三个正交分力。,静力学,26,球铰链,空间三正交分力,止推轴承,空间三正交分力,（,2,）柔索约束,张力,（,4,）滚动支座,光滑面,（,3,）光滑铰链,（,1,）光滑面约束,法向约束力,总结,静力学,27,静力学,一、受力分析,在工程实际中，为了求出未知的约束反力，需要根据已知力，应用平衡条件求解。为此，首先要确定构件受了几个力，每个力的作用位置和作用方向，这种分析过程称为物体的,受力分析,。,作用在物体上的力有：一类是主动力，如重力、风力、气体压力等。二类是约束反力，为未知的被动力。,注意，凡图中未画出重力的就是不计重力，凡不提及摩擦时视为光滑。,1.3,物体的受力分,析与受力图,28,静力学,画物体受力图主要步骤为,：,选研究对象；取分离体；,画上主动力；画出约束反力。,二、受力图,解：,画出简图,画出主动力,画出约束反力,例,1,画出图示碾子的受力图。,29,静力学,例,2,画出图示各物体的受力图。,解：,分别选圆盘,O,、杆,AB,为研究对象；取分离体；画出其所受到的全部力。,30,静力学,例,3,画出图示各构件的受力图。,解：,分别选圆盘,O,、杆,AC,、,杆,BC,、,圆盘,C,为研究对象；取分离体；画出其所受到的全部力。,Q,A,O,B,C,D,E,31,静力学,Q,A,O,B,C,D,E,32,静力学,Q,A,O,B,C,D,E,33,静力学,例,4,画出图示各构件的受力图。,说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。,34,静力学,例,5,尖点问题。,应去掉约束,应去掉约束,35,静力学,例,6,画出图示各构件及整体的受力图。,36,静力学,三、画受力图应注意的问题,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力。分析时要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，只有接触处才会有约束反力，约束反力的方向由约束类型而定，不要漏画力。,2.,不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的，不要多画力。,1.,不要漏画力,37,静力学,约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,3.,不要画错力的方向,4.,受力图上不能再带约束,即受力图一定要画在分离体上。,38,静力学,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,5.,受力图上只画外力，不画内力,6.,同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相,互协调，不能相互矛盾,7.,正确判断二力构件,39,思 考 题,1.,图示中各物体的受力图是否有错误,?,如何改正,?,图,1.1,图,1.2,静力学,40,图,1.4,图,1.3,图,1.5,静力学,41,2.,二力平衡条件与作用和反作用定律都是说二力等值、反向、共线，两者有什么区别,?,3.,凡两端用铰链连接的杆都是二力杆吗,?,凡不计自重的刚杆都是二力杆吗,?,4.,哪几条公理或推论只适合于刚体？,5.,若作用于刚体上的三个力共面且汇交于一点，则刚体一定平衡，对吗？,6.,若作用于刚体上的三个力共面，但不汇交于一点，则刚体一定不平衡，对吗？,静力学,42,本章结束,43,