静力学基本概念受力.ppt

静力学 (Statics) 引言： 静力学是研究物体的平衡规律的科学。 1、物体的受力分析； 2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系 等效代替一个复杂力系； 3、建立各种力系的平衡条件。 平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或 作匀速直线运动的状态。 力： 物体间相互的机械作用，作用效果使物体的 机械运动状态发生改变。 力的三要素：大小、方向、作用点。 力是矢量。 力系：一群力。 平衡力系 ；等效力系；合力。 刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间 的距离永不改变的物体。 第一章 静力学的基本概念 受力图 1-1 力的概念 1-2 刚体的概念 F 公理1 二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件 *最简单力系的平衡条件 1-3 静力学公理(Axioms of Statics) 公理2 加减平衡力系原理 推理1 力的可传性 *作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为 大小、方向和作用线。 公理3 力的平行四边形法则 合力 *是复杂力系简化的基础。 力沿轴的分解 *汇交力系简化为一个合力。 *汇交力系平衡的几何条件是力多边形自行封闭。 推理 2 三力平衡汇交定理 平衡时 必与 共线则三力必汇交O 点，且共面。 公理4 作用和反作用定律 作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值 、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。 *在画物体受力图时要注意此公理的应用。 公理5 刚化原理 柔性体（受拉力平衡） 刚化为刚体（仍平衡） 反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必 要条件，对变形体是必要的但非充分的。 刚体（受压平衡） 柔性体（受压不能平衡） 约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。 约束力：约束对非自由体的作用力。 约束力 大小待定 方向与该约束所能阻碍的位移方向相反 作用点接触处 1-4 约束 (constraint）与约束反力 1 、柔性体约束。 柔索只能受拉力，又称张力。用 表示。 工程中常见约束的基本类型 (Typical Constraint Mode) 如由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束。 柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。 胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。 弹性基础 多种模型：如文克尔 FA=-kwA FB=-kwB 柔性关节 其它约束：根据约束对位移的限制特性及力系简化 原理，确定约束力。 2、光滑面约束 光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触 处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故 称为法向约束力，用 表示。 火车轮轴 特例： 方位： 公法线 指向： 压物体 ：尖点接触 ：双面约束 方位： 垂直于接触面 指向： 假设 (1) 光滑圆柱铰链 约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成 ，如剪刀。 3 、光滑铰链约束 反力未知时，可用二个通过轴心的正交分力 表示 （2) 固定铰链支座 约束力：与圆柱铰链相同。 （3）滚动支座（辊轴支座，可动铰支座） 约束特点： 在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑 辊轴而成。 约束力： 构件受到光滑面的约束力。 （4 4）. . 连杆（链杆）连杆（链杆） 一个单铰相当于一个单铰相当于2 2个链杆。个链杆。 固定铰支座 可动铰支座 （1） 径向轴承（向心轴承） 约束特点： 为孔与轴的配合问题，与光滑圆柱 铰链一 样，可用两个通过轴心的正交分力表示。 4、轴承 以上三种约束（经向轴承、光滑圆柱铰链、固定 铰链支座）其约束特性相同，均为轴与孔的配合 问题，都可称作光滑圆柱铰链。 齿轮传动轴 约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。 约束力：比径向轴承多一个 轴向的约束反力。 止推轴承 支座 螺栓连接 铆钉连接 销轴连接 起重机大梁 吊车大梁简化 均匀分布载荷 简称均布载荷 火车轮轴简化 F 可动较支座可动较支座 固定铰支座固定铰支座 固定端支座固定端支座 定向支座定向支座 ( (滑动支座滑动支座) ) 画受力图步骤： 3、按约束性质画出所有约束力 注意接触点； 注意系统内外力关系，图中不画出内力； 注意作用反作用关系； 铰链处作用的集中力与构件无关，作用在销钉上 1、取研究对象（隔离体）画出其简图 2、画出所有主动力 1-5 物体的受力分析 受力图 (Force Analysis of body and Free body Diagram) 例: 碾子重为 ，拉力为 ， 处光 滑接触，画出碾子的受力图。 解：画出简图画出主动力画出约束力 例: 屋架受均布风力 （N/m）， 屋架重为 ，画出屋架的受 力图。 解：取屋架 画出主动力 画出约束力 画出简图 例: 水平均质梁 重为 ，电动 机重为 ，不计杆 的自 重，画出杆 和梁 的受 力图。图(a) 解： 取 杆，其为二力构件，简 称二力杆，其受力图如图(b) 取 梁，其受力图如图 (c) 若这样画，梁 的受 力图又如何改动? 杆的受力图能否 画为图（d）所示 ？ 例: 不计三铰拱桥的自重与摩 擦，画出左、右拱 的受力图与系统整体受力 图。 解： 右拱 为二力构件，其受 力图如图（b）所示 取左拱AC ,其受力图 如图（c）所示 系统整体受力图如 图（d）所示 考虑到左拱 在三个力 作用下平衡，也可按三力 平衡汇交定理画出左拱 的受力图，如图（e）所 示 此时整体受力图如图 （f）所示 讨论：若左、右两拱都 考虑自重，如何画出各 受力图？ 如图（g） （h） （i） 例: 不计自重的梯子放在光滑 水平地面上，画出梯子、 梯子左右两部分与整个系 统受力图。图(a) 解： 绳子受力图如图（b）所示 梯子左边部分受力 图如图（c）所示 梯子右边部分受力 图如图（d）所示 整体受力图如图（e）所示 提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分 梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出 ？ 例 :已知：P=10kN ,a ,杆，轮重不计； 画出各构件受力图。 解：取整体，受力图能否这样画？ 取整体，画受力图。 取BDC 杆（不带轮） 取ABE（带着轮）取ABE 杆（不带轮） 取BDC 杆（带着轮） 例: 已知：P , a ,各杆重不计； 画出各构件的受力图。 解： 取整体，画受力