物体受力分析及受力图
- 格式:pptx
- 大小:1.02 MB
- 文档页数:18
理论力学Mechanics of Theory 长沙理工大学土建学院文海霞2022年2月22日星期二理论力学:研究物体机械运动的一般规律。
由静力学、运动学和动力学三大篇章构成。
其研究对象是刚体,是刚体力学。
静力学:研究物体受力的分析方法、力系的简化、以及力系的平衡问题。
第1章物体的受力分析第2章力系的简化第4章摩擦的平衡问题第3章力系的平衡★★1-1 静力学基本概念及公理1-2 约束与约束力1-3 物体的受力分析图第一章物体的受力分析★1-1 静力学基本概念及公理1-1-1静力学基本概念1-1-2静力学公理1.平衡若物体相对于地面保持静止或匀速直线运动,称物体处于平衡(惯性状态)。
平衡是机械运动的一种特殊状态。
2.刚体在力的作用下其内部任意两点之间的距离保持不变的物体,称为刚体。
刚体是静力学理想化的力学模型。
3.力1)力的定义:物体与物体之间的相互作用,这种作用使物体的机械运动状态发生变化。
4)力的单位:N 或kN ; kgf.3)力是矢量。
2)力的三要素:力的大小、方向和作用点。
1 kgf=9.8N 。
5)力的分类:⎩⎨⎧约束力主动力)a )⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧)()(力的作用面积较大分布力力的作用面积很小集中力 C ⎩⎨⎧外力内力)b F (黑体)或)(F F v6)力的效应:内效应和外效应;即变形效应和运动效应。
4.力系力系是指作用在物体上的一群力。
5.等效力系若两力系对同一物体的作用效果相同,称这两力系互为等效力系。
6.平衡力系若物体在某力系作用下保持平衡,称此力系为平衡力系。
7.合力若某力系与一个力等效,称此力为该力系的合力。
8.力偶由两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系,称为力偶。
101-1-2 静力学公理经长期实践与反复验证的真理。
通向公理,无逻辑之路,全靠人的直觉与经验。
公理一(力的法则)力的多边形法则: R i =∑F F 效应:汇交力系、任何物体(刚体、变形体)力系简化规则适应:1F 2F 1n -F nF R F O O 1F 2F 1n -F n F 21F F F +=R R F 1F 2F O效应:适应:不计重力,确定B ,C 两点受力方位。
一重、二弹、三摩擦、再其它。
初学者对物体进行受力分析时,往往不是“少力”就是“多力”,因此在进行受力分析时应注意以下几点:(1)只分析研究对象所受的力,不分析(2)每分析一个力,都应找到施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在.这是防止“多力”的有效措施之一。
检查一下画出的每个力能否找出它的施力物体,特别是检查一下分析的结果,能否使对象与题目所给的运动状态(静止或加速)相一致,否则,必然发生了多力或漏力现象.(3)合力和分力不能同时作为物体受到的力。
(4)只分析根据力的性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力),不分析根据效果命名的力(如下滑力、上升力等)。
实例巩固:1.分析满足下列条件的各个物体所受的力,并指出各个力的施力物体.V(1)沿水平草地滚动的足球(2)在力F 作用下静止水平面上的物体(3)在光滑水平面上向右运动的物体VVF(4)在力F 作用下行使在路面上小车(5)沿传送带匀速运动的物体(6)沿粗糙的天花板向右运动的物体F>G2.对下列各种情况下的物体A 进行受力分析(1)沿斜面下滚的小球,接触面不光滑.A(接触面光滑)(3)静止在斜面上的物体(4)在力F 作用下静止在斜面上的物体A.(5)各接触面均光滑(6)沿传送带匀速上滑的物块AAFAAFF vVAV AA A研究对象对其他物体AA vFA[课堂检测]1.对下列各种情况下的物体A 进行受力分析,在下列情况下接触面均不光滑.vA(1)A 静止在竖直墙面上(3)向上爬杆的运动员(2)A 沿竖直墙面下滑F(4)静止在竖直墙面轻(5)静止在竖直墙面轻上的物体A(6)在拉力F 作用下静止在斜面上的物体A2.对下列各种情况下的A、B 进行受力分析(各接触面均不光滑)(1)A、B 同时同速向右匀速行使(2)A、B 同时同速向右匀速行使(3)沿电梯匀速上升A(4)静止的杆,竖直墙面光滑(5)小球静止时的结点(6)小球静止时的结点3.如图所示,水平传送带上的物体。
5、球铰链
约束结构: 由一物体的球部嵌入另一物体的球窝构成。
约束特性: 允许物体绕球心转动,不能沿半径移动。
约束反力: 通过球心,方向不能预先确定,通常用三个正交分力F x,F y,F z来表示。
人造髋关节
二力杆工程实例
固定端约束除了加约束力,还要加上约束力偶。
运动学角度:固定端既限制线位移,又限制角位移,如果只有约束力,则构件将转动。
必须有约束力偶才行。
力系简化角度:固定端所受的力是一个复杂的平面任意力系,力系向端部某点简化的结果是一力和一力偶。
CD是不是二力
杆?
2.3 受力分析与受力图
刚化原理:若变形体在某一力系作用下处于平衡,则将此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。
只有刚化原理没有软化原理。
1. 右拱BC 的受力图。
C
B
解:
F C
F B
2. 左拱AC 的受力图。
A C
F
F Ax C F
F Ay。
第三章物体的受力分析及受力图§ 3.1 载荷荷载分类:(1)按作用时间的久暂恒载(dead load):固定载荷,长期作用于结构上的不变荷载,其大小、方向、作用位置是不变的。
例如结构的自重、安装在结构上的设备重量等;活载(live load):建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载。
例如吊车荷载、结构上的人群、风、雪等荷载。
(2)按荷载的作用范围集中荷载(concentrated load):荷载的作用面积相对于总面积是微小的。
分布荷载(distributed load):分布作用在一定面积或长度上的荷载,如风、雪、自重等荷载。
(3)按荷载作用的性质静荷载(static load):大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢,不使结构产生显著的加速度。
例如结构自重、楼面活载等;动荷载(dynamic load):随时间迅速变化或在短暂时间内突然作用或消失的荷载,使结构产生显著的加速度。
注意:车辆荷载、风荷载和地震荷载通常在设计中简化为静力荷载,但在特殊情况下要按动力荷载考虑。
(4)按荷载位置的变化固定荷载(fixed load ):作用位置固定不变的荷载,例如风、雪、结构自重等。
移动荷载(travelling load):可以在结构上自由移动的荷载,例如吊车梁上的吊车荷载、公路桥梁上的汽车荷载就是移动荷载。
常见分布载荷合力作用位置§3.2 工程常见约束与约束力自由物体——空间运动不受任何限制的物体,如飞机、导弹、航天器受约束物体——空间运动受到限制的物体,如汽轮机、车轮。
工程中大部分研究对象都是非自由体,约束(constraint )—— 物体运动过程中所受到的限制。
约束的作用一方面限制物体运动,另一方面表现为约束力。
约束力(reactions)——约束对物体的反作用力,又称约束反力。
是一种被动力,其大小不能预先确定,方向总是与约束力所能阻止的运动方向相反。
主动力-----主动地施加于物体,改变其运动状态的力称为主动力。
2光滑接触面约束定义:表面光滑两物体直接接触,所构成的约束。
特点:光滑接触面的约束力通过接触点,方向沿着接触面在该点的公法线并指向受力物体,常用N 表示。
3圆柱铰链约束(1)连接铰链(中间铰链)约束两构件用圆柱形销钉连接且均不固定,即构成连接铰链,其约束力用两个通过铰链中心的正交分力FCx和FCy表示,如图1-10b所示。
图1-10 连接铰链(中间铰链)约束(2)固定铰链支座约束如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连,便构成固定铰链支座,如图1-11所示,其简化画法如图1-12所示,其约束力仍用两个正交的分力FCx 和FCy表示(3)活动铰链支座约束活动铰链支座在桥梁、屋架等工程结构中经常采用。
在铰链支座的底部安装一排滚轮,可使支座沿固定支承面移动,如图1-14a所示,这种支座的约束性质与光滑面约束相同,其约束力必垂直于支承面,且通过铰链中心,如图1-14c所示。
4 固定约束定义:构件一端被固定。
特点:约束端不能做任何移动和转动,受到互相垂直的约束力以及一个力偶矩。
四、物体的受力分析与受力图在工程实际中,为了求未知的约束力,需要根据已知力,应用平衡条件求解。
为此需对构件的受力个数、受力方向和作用位置进行分析,这个分析过程称为物体的受力分析。
被解除了约束的物体称为分离体。
在分离体上画出全部主动力和约束反力的简明图形称为受力图。
画受力图需按一下步骤进行:(1)根据题意选取研究对象,用尽可能简明的轮廓把它单独画出,即取分离体;(2)在分离体上画出全部主动力;(3)在分离体上按其所受约束类型逐一画出约束反力。
1.受力图的画法举例例重为G 的球用绳索AB 固定,并靠在光滑的斜面上,如下图所示。
试分析其受力情况,并画出受力图。
解:1)确定研究对象2)进行受力分析。
3)画出分离体所承受的全部主动力和约束力。
画受力图时必须注意以下几点:1) 明确研究对象。
根据求解需要,可以取单个物体为研究对象,也可以取由几个物体组成的系统为研究对象。