工程力学-刚体的受力分析

工程力学——刚体的受力分析1. 引言工程力学是工程学科的基础课程之一，对于工程师来说，掌握刚体的受力分析是非常重要的。

刚体是一个非常基础的物体模型，广泛应用于机械、土木、航空等各个工程领域中。

本文将介绍刚体的受力分析方法，并通过实例进行说明。

2. 刚体的基本概念刚体是指具有保持形状和大小不变的特性的物体。

在受力作用下，刚体可以执行平动运动和转动运动。

在刚体力学中，主要研究刚体在平面内的运动。

3. 刚体的力学模型为了方便研究刚体的受力分析，我们将刚体简化为力学模型。

常用的力学模型有绳、杆、轮等。

对于简化的刚体模型，需要考虑以下几个方面：3.1 质点与刚体的区别刚体模型中质点与刚体是两个不同的概念。

质点指的是一个不含有结构的物体，可以看作是粒子的模型。

而刚体是由多个质点组成的，具有一定的形状和结构。

3.2 对刚体的受力分析在刚体的受力分析中，我们需要考虑刚体所受的外力和内力。

外力包括作用在刚体上的重力、支撑力、摩擦力等。

内力包括刚体内部各个部分之间的相互作用力。

3.3 绳的作用和特点绳是常用的刚体模型之一，它可以用来连接物体、传递力量。

在绳的受力分析中，需要考虑绳的拉力以及绳与物体之间的接触力。

4. 刚体的受力分析方法刚体的受力分析有多种方法，下面将介绍一些常用的方法。

4.1 分解法分解法是一种常用的受力分析方法。

通过将受力分解为水平方向和竖直方向上的分力，可以简化问题的分析过程。

4.2 力矩法力矩法是一种基于力矩平衡的分析方法。

通过分析刚体受力的力矩作用，可以确定刚体的平衡条件。

4.3 自由体法自由体法是一种将刚体与其周围环境分离开来进行受力分析的方法。

通过将刚体从整体中分离出来，可以更清晰地分析受力情况。

5. 实例分析下面通过一个实例对刚体的受力分析方法进行说明。

假设一个位于水平面上的刚体上有一个绳子和一个悬挂的重物。

我们可以采用分解法进行受力分析，将刚体的受力分解为水平方向和竖直方向的分力，再进行力的平衡和力矩的平衡条件的分析，最终得出刚体的受力分布情况。

一、单选题1、（）不是力的三要素之一。

A.力的大小B.力的方向C.力的数量D.力的作用点正确答案：C2、作用在刚体上的力是（）。

A.滑动矢量B.定位矢量C.旋转矢量D.双向矢量正确答案：A3、刚体受两个力作用而平衡的充分与必要条件是此二力等值、反向、共线。

这是（）。

A.二力平衡原理B.加减平衡力系原理C.力的可传递性原理D.作用与反作用定律正确答案：A4、约束反力的方向与该约束所能限制的运动方向（）。

A.相反B.视具体情况而定C.相同D.无关正确答案：A5、（）属于铰链约束。

①柔性约束②固定铰链约束③活动铰链约束④中间铰链约束A.②③B.②③④C.③④D.①②正确答案：B6、一般情况下，光滑面约束的约束反力可用（）来表示。

A.一沿光滑面切线方向的力B.一沿光滑面切线方向的力和一沿光滑面法线方向的力C.一沿光滑面法线方向的力D.一个力偶正确答案：C7、在作用于刚体上的任一力系上，加上或减去任一平衡力系所得到的新力系与原力系等效，这是（）。

A.力的可传递性原理B.二力平衡原理C.作用与反作用定律D.加减平衡力系原理正确答案：D8、两物体间的作用力与反作用力总是等值、反向、平行，分别作用在这两个物体上。

这是（）。

A.力的可传递性原理B.作用与反作用定律C.二力平衡原理D.加减平衡力系原理正确答案：B9、一般情况下，中间铰链约束的约束反力可用（）来表示。

A.都不对B.一对相互垂直的力C.一对相互垂直的力、一个力偶D.一个力偶正确答案：B10、力的可传递性原理适用于（）。

A.刚体B.变形体C.任意物体D.刚体和变形体正确答案：A二、判断题1、力对物体作用效果有两种，即使物体运动状态发生改变和使物体形状发生改变。

（）正确答案：√2、作用于刚体上的平衡力系，如果作用到变形体上，这变形体也一定平衡。

（）正确答案：×3、作用于刚体上的力可在该刚体上移动而不改变其对刚体的运动效应。

（）正确答案：×4、两端用光滑铰链连接的构件都是二力构件。

工程力学中的杆件受力分析和应力分布工程力学是研究物体在受力作用下的力学行为及其工程应用的学科。

在工程力学中，对于杆件的受力分析和应力分布是非常重要的内容。

杆件是指在力的作用下只能沿着轴向伸缩的直细长构件，通常用来承受拉力或压力。

在本文中，我们将探讨杆件受力分析的方法以及应力分布的计算方式。

一、杆件受力分析在杆件受力分析中，主要考虑的是杆件所受的外力作用以及杆件内部所存在的支反力。

首先，我们需要明确杆件所受的外力有哪些类型。

常见的外力包括拉力、压力、剪力和扭矩等。

在分析杆件受力时，我们通常采用自由体图的方法，即将杆件与其它部分分开，将作用在该部分上的所有外力和内力用矢量图表示出来。

对于杆件受力分析，我们需要应用平衡条件，即受力平衡和力矩平衡条件。

受力平衡条件要求受力杆件在平衡状态下，合力为零，合力矩为零。

力矩平衡条件要求受力杆件在平衡状态下，合力矩为零。

通过应用这些平衡条件，我们可以得到杆件内部的支反力以及所受外力的大小和方向。

二、应力分布计算一旦我们确定了杆件所受的外力以及杆件内部的支反力，接下来我们需要计算杆件上的应力分布情况。

应力是指杆件某一截面上内部单位面积上所承受的力的大小。

常见的应力类型有拉应力、压应力和剪应力等。

在杆件内部，由于受力的存在，会导致杆件内部存在正应力和剪应力。

正应力是指作用在截面上的力沿截面法线方向的分量，而剪应力是指作用在截面上的力沿截面切线方向的分量。

根据杆件破坏的准则，我们通过计算截面上的应力分布来评估杆件的强度是否满足要求。

在计算杆件的应力分布时，一种常用的方法是应用梁弯曲理论。

根据梁弯曲理论，我们可以通过计算杆件的弯矩和截面形状来确定截面各点上的应力分布。

杆件的弯矩可以通过受力分析和力矩平衡条件来计算，而截面形状可以通过测量或者根据设计参数确定。

另外，我们还可以利用有限元分析方法来计算杆件的应力分布。

有限元分析是一种数值计算方法，通过将复杂的结构分解为许多小的单元，然后通过数值模拟的方式来计算每个单元上的应力分布。

P2 刚体：在力的作用下不会发生形变的物体。

力的三要素：大小、方向、作用点平衡：物体相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动。

二、静力学公理1力的平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力，可以合成为仍作用于改点的一个合力，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线矢量确定。

2二力平衡条件：作用在同一刚体上的两个力使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反，并且作用在同一直线上。

3加减平衡力系原理：作用于刚体的任何一个力系中，加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原来力系对刚体的作用。

（1）力的可传性原理：作用在刚体上某点的力可沿其作用线移动到该刚体内的任意一点，而不改变该力对刚体的作用。

（2）三力平衡汇交定理：作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇于一点，则此三个力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。

4作用与反作用定律：两个物体间相互作用的力，即作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，作用线重合，并分别作用在两个物体上。

5 刚化原理：变形体在某一力系作用下处于平衡状态时，如假想将其刚化为刚体，则其平衡状态保持不变。

三、约束和约束反力P7 约束：1柔索约束：柔索只能承受拉力，只能阻碍物体沿着柔索伸长的方向运动，故约束反力通过柔索与物体的连接点，方位沿柔索本身，指向背离物体；2光滑面约束：约束反力通过接触点，沿接触面在接触点的公法线，并指向物体，即约束反力为压力；3光滑圆柱铰链约束：①圆柱、②固定铰链、③向心轴承：通过圆孔中心或轴心，方向不定的力，可正交分解为两个方向、大小不定的力；④辊轴支座：垂直于支撑面，通过圆孔中心，方向不定；4链杆约束（二力杆）：工程中将仅在两端通过光滑铰链与其他物体连接，中间又不受力作用的直杆或曲杆称为连杆或二力杆，当连杆仅受两铰链的约束力作用而处于平衡时，这两个约束反力必定大小相等、方向相反、沿着两端铰链中心的连线作用，具体指向待定。

工程力学客观题及答案(复习题)第一章质点、刚体的基本概念和受力分析一、填空题1、在力的作用下大小和形状都保持不变的物体,称之为刚体。

2、力使物体的机械运动状态发生改变,这一作用称为力的外效应。

3、力对物体的效应决定于力的大小，方向和作用点三个因素。

4、力对物体的效应不仅决定于它的大小，而且还决定于它的方向，所以力是矢。

5、作用于物体上同一点的两个力可以合成一个合力，这一个合力作用于该点，其大小和方向应以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。

6、一个力可以公解为两个力，力的分解也按平行平行四边形法则进行。

7、受二力作用的刚体处于平衡的必要充分条件是：这二力等值、反向和共线。

8、在两个力作用下处于平衡的刚体称为二力构件。

9、在任一力系中加上或减去一个平衡力系，不会影响原力系对刚体的作用效果。

10、作用在刚体上的力，可沿力作用线在其上移动到任何位置，而不会改变此力对刚体的作用效应。

二、判断题1、质点是这样一种物体:它具有一定的质量,但它的大小和形状在所讨论的问题中可忽略不计。

（对）2、所谓刚体，就是在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体。

（对）3、在研究飞机的平衡、飞行规律以及机翼等零部件的变形时，都是把飞机看作刚体。

（错）4、力对物体的作用，是不会在产生外效应的同时产生内效应的。

（错）5、力学上完全可以在某一点上用一个带箭头的有向线段显示出力的三要素。

（对）6、若两个力大小相等，则这两个力就等效。

（错）7、凡是受二力作用的直杆就是二力杆。

（错）8、若刚体受到不平行的三力作用而平衡，则此三力的作用线必汇交于一点。

（对）9、在任意一个已知力系中加上或减去一个平衡力系，会改变原力系对变形体的作用效果（对）10、绳索在受到等值、反向、沿绳索的二力作用时，并非一定是平衡的。

（对）三、选择题1、由于工程构件的（D），所以在研究它的平衡或运动时，将其看成是受力后形状、大小保持不变的刚体。

国开电大工程力学(本) 形考任务1-4题解任务1题解任务1要求解释什么是力学，以及力学在工程中的应用。

力学是研究物体的运动和相互作用的学科。

在工程中，力学的应用非常广泛。

首先，力学用于分析和计算工程结构的强度和稳定性。

通过力学的原理和方法，工程师可以确定建筑物、桥梁和其他结构的安全性，以确保它们能够承受预期的荷载和外力。

其次，力学也用于设计和优化机械系统。

通过研究物体的运动和力的作用，工程师可以设计出更有效率和可靠的机械系统，如发动机、传动装置和车辆悬挂系统。

此外，力学还应用于流体力学领域，用于研究流体的运动和力学性质，如水流、气流等，以解决与水力工程和空气动力学相关的问题。

任务2题解任务2要求解释什么是质点和刚体，并比较它们的区别。

质点是指一个物体在力学分析中被简化为一个具有质量但没有大小和形状的点。

质点假设没有内部结构，只有质量和位置的概念。

刚体则是指一个具有一定形状和大小的物体，其内部各部分的相对位置在运动或受力作用下保持不变。

刚体的运动和受力分析可以通过考虑整体刚体的运动和力的作用来进行简化。

质点和刚体的主要区别在于内部结构和运动方式的不同。

质点假设没有内部结构，只有质量和位置的概念，可以看作是一个没有大小和形状的点。

而刚体则是一个具有一定形状和大小的物体，其内部各部分的相对位置在运动或受力作用下保持不变。

质点的运动可以用一个点的位置来表示，而刚体的运动需要考虑整个物体的位置和姿态的变化。

任务3题解任务3要求解释什么是力矩，并说明力矩的计算公式及其应用。

力矩是指力对物体产生旋转效果的能力。

在力学中，力矩可以用于描述力的偏转效果和物体的平衡状态。

力矩的计算公式为力矩= 力的大小×力臂，其中力臂是力作用点到物体旋转轴的垂直距离。

力矩在工程中有广泛的应用。

首先，力矩可以用于分析和计算物体的平衡状态。

通过平衡条件的力矩方程，可以确定物体在平衡时力的条件和位置。

其次，力矩也可以用于计算机械系统的转动效果。

第一篇理论力学篇模块一刚体任务一刚体的受力分析（P11）一、简答题1．力的三要素是什么?两个力使刚体平衡的条件是什么？答：力的三要素，即力的大小、力的方向和力的作用点。

两个力使刚体处于平衡状态的必要和充分条件：两个力的大小相等，方向相反，作用在同一直线上。

2．二力平衡公理和作用与反作用公理都涉及二力等值、反向、共线，二者有什么区别？答：平衡力是作用在同一物体上，而作用力与反作用力是分别作用在两个不同的物体上。

3．为什么说二力平衡公理、加减平衡力系公理和力的可传性都只适用于刚体？答：因为非刚体在力的作用下会产生变形，改变力的传递方向。

例如，软绳受两个等值反向的拉力作用可以平衡，而受两个等值反向的压力作用就不能平衡。

4．什么是二力构件？分析二力构件受力时与构件的形状有无关系。

答：工程上将只受到两个力作用处于平衡状态的构件称为二力构件。

二力构件受力时与构件的形状没有关系，只与两力作用点有关，且必定沿两力作用点连线，等值，反向。

5．确定约束力方向的原则是什么?活动铰链支座约束有什么特点？答：约束力的方向与该约束阻碍的运动方向相反。

在不计摩擦的情况下，活动铰链支座只能限制构件沿支承面垂直方向的移动。

因此活动铰链支座的约束力方向必垂直于支承面，且通过铰链中心。

6．说明下列式子与文字的意义和区别：（1）12=F F ，（2）12F F =， （3）力1F 等效于力2F 。

答：若12=F F ，则一般只说明两个力大小相等，方向相反。

若12F F =，则一般只说明两个力大小相等，方向是否相同，难以判断。

若力1F 等效于力2F ，则两个力大小相等，方向和作用效果均相同。

7．如图1-20所示，已知作用于物体上的两个力F1与F2，满足大小相等、方向相反、作用线相同的条件，物体是否平衡？答：不平衡，平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态，而图中AC 杆与CB 杆会运动，两杆夹角会在力的作用下变大。

二、分析计算题1.试画出图1-21各图中物体A 或构件AB 的受力图（未画重力的物体重量不计，所有接触均为光滑接触）。

工程力学中的物体平衡与受力分析工程力学是工程学科中的重要基础课程，其中物体平衡与受力分析是其核心内容之一。

本文将从力的基本概念入手，介绍物体平衡的条件以及受力分析的方法，旨在帮助读者更好地理解和应用工程力学中的物体平衡与受力分析。

一、力的基本概念力是物体之间相互作用的结果，可以引起物体的位移或变形。

根据力的性质，可以将力分为接触力和非接触力。

接触力是指两个物体之间直接接触而产生的力，如物体的支持力、摩擦力等；非接触力是指两个物体之间不直接接触而产生的力，如重力、电磁力等。

二、物体平衡的条件在工程力学中，物体平衡是指物体处于静止状态或匀速运动状态的条件。

为了使物体处于平衡状态，需要满足以下两个条件：1. 合力为零：当物体处于平衡状态时，所有作用在物体上的力的合力应等于零。

即∑F=0，其中∑F表示所有作用在物体上的力的矢量和。

2. 扭矩为零：除了合力为零外，物体在平衡状态下还需要满足扭矩为零的条件。

扭矩是力对物体产生转动效果的量度，可以通过力的矩来计算。

对于物体的平衡，∑M=0，其中∑M表示所有作用在物体上的力的扭矩之和。

三、受力分析的方法在进行物体受力分析时，可以采用以下步骤：1. 画出受力图：根据问题描述，画出物体受到的所有外力的作用线，长度表示力的大小，并标明力的方向。

2. 选取合适的参考系：为了方便计算，选择一个合适的参考系，确定坐标轴的正方向。

3. 分解力：将所有外力按照坐标轴的方向进行分解，分解为平行于坐标轴的分力。

4. 受力平衡方程：根据物体平衡的条件，编写受力平衡方程，将所有分力的代数和等于零。

5. 解方程求解：根据受力平衡方程，解方程组，计算未知力的大小或其他需要的力学量。

四、实例分析为了更好地理解物体平衡与受力分析的应用，我们来看一个实际例子：假设有一个悬挂在天花板上的吊扇，如图所示。

假设吊扇的质量为m，重力为G，绳子的张力为T，风对吊扇叶片的阻力为F。

（插入图片：吊扇示意图）根据题目要求，我们需要计算吊扇所受到的张力T和风的阻力F。

工程中的力学模型引言在工程领域中，力学模型是研究和分析物体运动和变形的基础。

通过建立合适的力学模型，可以帮助工程师更好地理解和预测结构的行为，为工程设计和优化提供指导。

本文将介绍几种常见的力学模型及其应用。

一、刚体模型刚体模型是最简单的力学模型之一。

在刚体模型中，物体被假设为不可变形且没有内部应力的理想化物体。

刚体模型常用于分析和设计静力学系统，如桥梁、机械零件等。

通过对刚体模型的力学分析，可以确定结构的受力情况，从而确保结构的稳定性和安全性。

二、弹性模型弹性模型是一种用于描述物体弹性变形的力学模型。

在弹性模型中，物体被假设为能够恢复其原始形状和尺寸的理想化物体。

弹性模型常用于研究和设计需要考虑物体变形的系统，如弹簧、悬挂系统等。

通过对弹性模型的力学分析，可以确定物体的变形程度、应力分布及其对结构性能的影响，为结构设计提供依据。

三、塑性模型塑性模型用于描述物体在受力作用下发生塑性变形的力学模型。

在塑性模型中，物体被假设为能够永久性变形的理想化物体。

塑性模型常用于研究和设计需要考虑物体塑性变形的系统，如金属材料、塑料构件等。

通过对塑性模型的力学分析，可以确定物体在超过其弹性极限时的行为，为结构的强度和可靠性评估提供依据。

四、流体力学模型流体力学模型是研究和分析流体运动和变形的力学模型。

在流体力学模型中，流体被假设为连续可变形的理想化介质。

流体力学模型常用于研究和设计与液体和气体流动相关的系统，如管道、泵站、风力发电机组等。

通过对流体力学模型的力学分析，可以确定流体的速度、压力分布及其对系统性能的影响，为流体系统的设计和优化提供依据。

五、有限元模型有限元模型是一种近似解决复杂力学问题的数值方法。

在有限元模型中，物体被划分为有限个小区域，每个小区域被称为有限元。

通过对每个有限元的力学行为进行分析和计算，可以得到整个结构的力学行为。

有限元模型广泛应用于工程领域中的结构分析、热传导、流体流动等问题。

有限元模型的优点在于能够处理各种非线性和复杂边界条件，为工程设计和优化提供了强大的工具。

工程力学知识点总结工程力学是工程学的基础学科，涵盖了力学的基本原理和应用方法。

它在工程领域中起着重要的作用，为工程师提供解决各种问题的基础知识和技能。

在本文中，我们将对工程力学的一些重要知识点进行总结和讨论。

一、刚体力学刚体力学是工程力学的基础，它研究的是在受力作用下不产生形变的物体。

刚体受力分析的关键在于力的平衡和力的合成分解。

刚体平衡的条件是合力和合力矩都为零。

利用这些基本原理，我们可以解决各种静力学问题，如平衡杆、悬挂物体等。

二、力的作用原理力是工程力学中最基本的概念之一。

它描述了物体之间相互作用的效果。

力的作用原理包括牛顿第一、第二、第三定律。

牛顿第一定律指出物体会保持静止或匀速直线运动，除非有外力作用于其上。

第二定律描述了力和物体的加速度之间的关系，即F=ma。

第三定律说明了物体之间的作用力总是相互作用，大小相等、方向相反。

三、受力分析受力分析是工程力学解决问题的基础步骤。

通过确定作用在物体上的力的大小、方向和作用点，我们可以确定物体的运动状态和受力情况。

受力分析包括两种常见情况：平面力系统和空间力系统。

在平面力系统中，我们将力向量分解为水平和垂直分量，然后应用力的平衡条件进行计算。

在空间力系统中，我们需要考虑力的三个分量（x、y、z轴），并利用向量运算进行分析。

四、力的矩和力偶力的矩和力偶是描述力的作用效果的重要概念。

力的矩是力相对于某个点的偏转效果，它等于力的大小与力臂（力与参考点之间的垂直距离）的乘积。

力的矩可以产生力矩偶，力矩偶是相互作用的两个力的矩的代数和。

力的矩和力偶在结构力学分析和机械设计中有广泛的应用。

五、阻力和摩擦力阻力和摩擦力是物体与周围介质相互作用时存在的力。

阻力是物体与流体介质之间相互作用产生的力。

它的大小与物体的速度和介质的特性有关。

摩擦力是物体表面之间的相互作用力，它的大小与物体表面的粗糙程度有关。

阻力和摩擦力在流体力学和运动学中有重要的应用。

六、弹性力学弹性力学是工程力学中一个重要的分支，它研究的是物体在受力作用下的形变和应力。

第一篇　工程静力学　力系（forces system）是指作用于物体上的若干个力所形成的集合。

　本篇主要研究三方面问题：物体的受力分析；力系的等效简化；力系的平衡条件及其应用。

　 工程静力学（statics）的理论和方法不仅是工程构件静力设计的　基础，而且在解决许多工程技术问题中有着广泛应用。

　第1章　基本概念与物体受力分析方法　本章主要介绍静力学模型—物体的模型、连接与接触方式的模型、载荷与力的模型，同时介绍物体受力分析的基本方法。

　§1-1 静力学模型　１－１－１　物体的抽象与简化—刚体　１－１－２　集中力和分布力　１－１－３　约束　§1-2 力的基本概念　１－２－１　力与力系　１－２－２　静力学基本原理　§1-3 力对点之矩与力对轴之矩　１－３－１ 力对点之矩　１－３－２ 力对轴之矩　１－３－３ 合力矩定理　§1-4 工程常见约束与约束力　１－４－１ 单侧约束　１－４－２ 刚性约束（双侧约束）　§1-5 受力分析与受力图　§1-6 结论与讨论　１－６－１　本章最基本的概念　１－６－２　本章最重要的方法１－６－３　关于平衡原理　１－６－４　关于静力学原理的适用性　习 题　本章正文 返回总目录第一篇　工程静力学　第1章　基本概念与物体受力分析方法　§１－１ 静力学模型　所谓模型是指实际物体与实际问题的合理抽象与简化。

静力学模型包括三个方面：l物体的合理抽象与简化。

l受力的合理抽象与简化。

l接触与连接方式的合理抽象与简化。

１－１－１　物体的抽象与简化—刚体　实际物体受力时，其内部各点间的相对距离都要发生改变，这种改变称为位移（displacement）。

各点位移累加的结果，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)。