南京航空航天大学--工程力学A教案:力系的简化与平衡
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第三章 力系的简化和平衡引言力系分为:空间一般力系(空间汇交系、空间平行力系)和平面一般力系(平面汇交力系、平面平行力系)。
研究物体受力情况→作用在物体上的一组复杂力系→简化及合成→平衡条件研究。
§3.1 力线平移定理力线的平移定理:作用在刚体上O 点的力F 可平移到任意O '点,但必须附加上一个相应的力偶(称附加力偶),这个附加力偶矩失等于原来的力F 对新作用点O '和矩。
且()d F F M M O ⋅==' (d 是力偶臂)力线平移定理不仅是力系简化的依据,也是分析力所物体效应的一个重要方法。
注:力线平移定理只能适应于静定刚体 证明:如F 图所示a. 力F 作用于刚体上O 点;b. 在刚上'O 处加上一对平衡力(F F ''',),且F F F ''-='=。
根据加减平衡力系原理:(F F F ''',,)中(F F '',)等值反向不共线,是一对力偶, 这个力偶称为附加力偶。
附加力偶距失()F M d F M O '=⋅=ba§3.2 力系的简化、主矢与主矩一、力系的简化在工程中,最常见的力系是不同一平面内,不完全相交,也不完全平行的空间的一般力系。
在对作用于物体的力系的研究过程当中,首先将力系向任意一点进行简化。
如图所示:空间力系(1F ,2F ,…n F ),O 点为任取的简化中心1) 根据力线平移定理,将力系中各力1F ,2F ,…m F 平移到O 点→作用于O 点的空间汇力系(1'F ,2'F ,…n F ')及附加力偶系(1M ,2M ,…n M )11'F F =,22'F F =,… n n F F '=()11F M M O = ()22F M M O =…()n O n F M M =2) 将以上两个力系分别合成F F F F F F F R n n ∑=+++=+++=' 2121 n O M M M M +++= 21()()()()i O n O O O F M F M F M F M ∑=+++= 21R ':原力系主矢,是空间一般力系中各力的矢量和,与简化中心无关。
工程力学国家工科基础课程力学教学基地Engineering Mechanics国家工科基础课程力学教学基地工程力学第一部分静力学第1章静力学的基本概念第2章力系的简化与平衡第3章静力学专题大型工程分析软件ADAMS 简介国家工科基础课程力学教学基地工程力学第一部分静力学第1章静力学的基本概念国家工科基础课程力学教学基地❒静力学模型❒力的基本概念工程力学第1章静力学的基本概念❒力偶与力偶系❒力对点之矩与力对轴之矩❒工程常见约束与约束力❒受力分析与受力图❒结论与讨论国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念❒静力学模型国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念物体的抽象与简化-刚体 集中力和分布力 约束国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念物体的抽象与简化-刚体国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念实际物体受力时,其内部各点间的相对距离都要发生改变,其结果是使物体的形状和尺寸改变,这种改变称为变形(deformation )。
物体变形很小时,变形对物体的运动和平衡的影响甚微,因而在研究力的作用效应时,可以忽略不计,这时的物体便可抽象为刚体(rigid body)。
如果变形体或者变形体的一部分在某一力系作用下已处于平衡,则将变形体或者变形体的一部分简化为刚体时,其平衡不变,这一论断称为刚化原理(rigidity principle)。
国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念集中力和分布力国家工科基础课程力学教学基地工程力学第1章静力学的基本概念物体受力一般是通过物体间直接或间接接触进行的。
接触处多数情况下不是一个点,而是具有一定尺寸的面积。
因此无论是施力体还是受力体,其接触处所受的力都是作用在接触面积上的分布力(distributed force )。
在很多情形下,这种分布力比较复杂。
例如,人之脚掌对地面的作用力以及脚掌上各点处受到的地面支撑力都是不均匀的。