工程力学02静力学基本概念与物体受力分析.ppt

力 系作用于同一物体或物体系 上的一群力。 等效力系若两个力系分别作用于同一刚体，其运动效应 相同，则这两个力系称为等效力系。 合 力在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力 。 运动等效 合成 分解 A 、 、 称为分力， 称为合力 A 静力学基本概念与物体受力分析 江苏工业学院机械系力学教研室Date 平衡力系能使物体维持平衡的力系。 平衡平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对地 球处于静止或匀速直线运动状态。 平衡条件 要使物体保持平衡，作用于物体上的力系必须满足一定 的条件，该条件称为力系的平衡条件。 应用 静力学在工程技术中有广泛的应用，如房屋结构、桥 梁、水坝以及机械零件的设计计算，一般须先对它们进行受 力分析，并应用力系的平衡条件求出未知力，然后再进行有 关的强度、刚度和稳定性的分析。 静力学也是学习动力学和后续课程的基础。 静力学基本概念与物体受力分析 江苏工业学院机械系力学教研室Date 如图所示，重物重G = 20 kN, 用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢 丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB 与BC铰接，并以铰链A，C与墙连 接。如两杆与滑轮的自重不计并忽 略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB 和BC以及滑轮B的受力图。 A B D C 补充例题1 Date 1.杆AB的受力图。解： 2.杆BC 的受力图。 A B B C AB为二力杆（ 不带销钉B）。 BC也为二力杆 （不带销钉B） 。 A B D C Date B 3. 滑轮B ( 不带销钉) 和销钉的受力图。 4. 滑轮B ( 带销 钉)的受力图。 A B D C BA B B C BB 错误画法 江苏工业学院机械系力学教研室Date 如图所示平面构架，由杆AB ， DE及DB铰接而成。钢绳一端拴在K 处，另一端绕过定滑轮和动滑轮 后拴在销钉B上。重物的重量为G， 各杆和滑轮的自重不计。(1)试分别 画出各杆,各滑轮，销钉B以及整个系 统的受力图；(2)画出销钉B与滑轮 一起的受力图；(3)画出杆AB ,滑轮 ,钢绳和重物作为一个系统时的 受力图。 D K C A B E 补充例题2 Date 1. 杆BD（B处不带销钉 ）的受力图。 D B 解： 杆BD为二力杆。 D K C A B E Date A C B 2. 杆AB（B处仍不带销钉） 的受力图。 D K C A B E Date E C K D 3. 杆DE的受力图。 D B A C B D K C A B E Date B 5. 轮的受力图。 D K C A B E Date 6. 销钉B的受力图。 B D B A C B B D K C A B E Date 7. 整体的受力图。 D K C A B E D K C A B E Date 8. 销钉B与滑轮 一起的受力图。 B D K C A B E Date C A B 9. 杆AB，滑轮， 以及重物、钢绳 （包括销钉B）一起的受力图。D K C A B E 江苏工业学院机械系力学教研室Date 重为G = 980 N的重物悬 挂在滑轮支架系统上，如图 所示。设滑轮的中心B与支架 ABC相连接，AB为直杆， BC为曲杆，B为销钉。若不 计滑轮与支架的自重，画出 各构件的受力图。 A B C DE F I H 0.6 m 0.8 m M 补充例题3 Date AB 解 ： 1. 杆 AB（二力杆） 的受力图 。 2. 杆 BC （也为二力杆）的受力图 。 B C A B C DE F I H 0.6 m 0.8 m M J J 3.杆J（二力杆）的受力图 Date B 3. 轮 B (B处不带销钉）的受力图 。 4. 销钉 B 的受力图 。 B F H B C AB A B C DE F I H 0.6 m 0.8 m M Date 5. 轮 D 的受力图 。 6. 轮 I 的受力图 。 I D E M A B C DE F I H 0.6 m 0.8 m M J 江苏工业学院机械系力学教研室Date M A B CD E F H 杆AB有一滑槽，杆CD 中部有一固定于杆CD 上的销钉F，销钉可在 滑槽中滑动，A，C为 铰链，HB为柔绳，E端 为固支端，D处作用了 主动力偶M，试分析系 统受力，画出受力图。 补充例题4 Date 解： 1.杆AB（带销钉A ）的 受力图。 A B F M A B CD E F H Date 2.杆CD（带销钉C，F ） 的受力图 M F C D M A B CD E F H Date 3.杆CE的受力图 E C A ME M A B CD E F H 江苏工业学院机械系力学教研室Date O A B CD 圆盘与顶杆，顶杆 CD可在水平滑槽 中滑动，试分析各 部分的受力，并画 出受力图。 补充例题5 Date 解 ： 1.圆盘的受力图 A O B C O A B CD Date CD 2.杆CD的受力图 O A B CD 江苏工业学院机械系力学教研室Date A P FNF FTE C G B E P A F D 解： (1) 物体B 受两个力作用： (2) 球A 受三个力作用： (3) 作用于滑轮C 的力： C FNG FTG FTG FTD Q B 例题 在图示的平面系统中，匀质球A重为P，借本身重量和摩擦 不计的理想滑轮C 和柔绳维持在仰角是 的光滑斜面上，绳的一 端挂着重为Q 的物体B。试分析物体B、球A 和滑轮C 的受力情况 ，并分别画出平衡时各物体的受力图。 补充例题6 江苏工业学院机械系力学教研室Date E CA B F D B C FB FC 解： 1、杆BC 所受的力： 2、杆AB 所受的力： 表示法一： 表示法二： B D A F FAx FAy FB B A F D FA H FB 例题 等腰三角形构架ABC 的顶点A、B、C 都用铰链连接， 底边AC 固定，而AB 边的中点D 作用有平行于固定边AC 的力 F，如图113(a)所示。不计各杆自重，试画出AB 和BC 的受 力图。 补充例题7 江苏工业学院机械系力学教研室Date 例题1-3 如图所示压榨机中，杆AB 和BC 的长度相等，自重忽略不计。 A ，B，C ，E 处为铰链连接。已知 活塞D上受到油缸内的总压力为F = 3kN，h = 200 mm，l =1500 mm。试 画出杆AB ，活塞和连杆以及压块C 的受力图。 D D E A B C ll h 补充例题8 Date FA B A 解： 1.杆AB 的受力图。 2. 活塞和连杆的受力图。 3. 压块 C 的受力图。 C B x y FCx FCy FCB y x F FBC FAB D E A B C ll h 江苏工业学院机械系力学教研室Date 方法方法1 1 A A处为固定铰链支座，解除约处为固定铰链支座，解除约 束后，有一个方向未知的约束力束后，有一个方向未知的约束力 ，这一约束力可以分解为水平和，这一约束力可以分解为水平和 铅垂方向的两个分力铅垂方向的两个分力F FAx Ax F F AyAy ； ； B B处为辊轴支座，其约束力处为辊轴支座，其约束力F F B B 的作用线垂直于支承面。的作用线垂直于支承面。 Date 方法方法2 2 应用三力汇交的平衡原理：应用三力汇交的平衡原理： 刚体刚体ADCBADCB在在A A处的一个方向未处的一个方向未 知的约束力知的约束力F F A A 、 B B处的一个方向处的一个方向 已知的约束力已知的约束力F F B B 、主动力主动力F F作用作用 下处于平衡，因而三个力的作用下处于平衡，因而三个力的作用 线必然汇交于一点线必然汇交于一点C C。 Date 方法方法1 1 A A处为固定铰链支座，解除约处为固定铰链支座，解除约 束后，有一个方向未知的约束力束后，有一个方向未知的约束力 ，这一约束力可以分解为水平和，这一约束力可以分解为水平和 铅垂方向的两个分力铅垂方向的两个分力F FAx Ax F F AyAy ； ； B B处为辊轴支座，其约束力处为辊轴支座，其约束力F F B B 的作用线垂直于支承面。的作用线垂直于支承面。 Date 方法方法2 2 应用三力汇交的平衡原理：应用三力汇交的平衡原理： 刚体刚体ACBACB在在A A处的一个方向未知处的一个方向未知 的约束力的约束力F F A A 、 B B处的一个方向已处的一个方向已 知的约束力知的约束力F F B B 、主动力主动力F F作用下作用下 处于平衡，因而三个力的作用线处于平衡，因而三个力的作用线 必然汇交于一点必然汇交于一点B B。 Date 常见错误分析常见错误分析 FA 能能平衡吗？平衡吗？ 一定要根据约束的一定要根据约束的 性质分析约束力！性质分析约束力！ 一定要应用平衡的一定要应用平衡的 概念检验结果的正确概念检验结果的正确 性。性。 Date 本例要确定棘轮的受力。棘轮在本例要确定棘轮的受力。棘轮在 A A处的一个方向未知的约束力处的一个方向未知的约束力F F A A 、 O O处的一个方向已知的约束力处的一个方向已知的约束力F F O O 、 主动力主动力WW作用下处于平衡。由于作用下处于平衡。由于F F A A 、 F F O O 的作用线都不能确定，所以的作用线都不能确定，所以 不能应用三力汇交的平衡原理不能应用三力汇交的平衡原理。 但是，构件但是，构件O O 1 1 A A在在O O1 1、 、A A二处各有 二处各有一一 个方向未知的约束力，根据二力平衡个方向未知的约束力，根据二力平衡 原理，为了保持构件原理，为了保持构件O O 1 1 A A 平衡这两个平衡这两个 力的作用线必须沿着力的作用线必须沿着O O 1 1 、A A 的连线方的连线方 向向。 Date 但是，构件但是，构件O O 1 1 A A在在O O 1 1 A A二处各有二处各有一个一个 方向未知的约束力，根据二力平衡原方向未知的约束力，根据二力平衡原 理，为了保持构件理，为了保持构件O O 1 1 A A 平衡这两个力平衡这两个力 的作用线必须沿着的作用线必须沿着O O 1 1 、A A 的连线方向的连线方向 。 O1 A 分析了构件分析了构件O O 1 1 A A的受力后，根据作的受力后，根据作 用与反作用定律即确定棘轮上用与反作用定律即确定棘轮上A A 处的处的 约束力约束力 F F A A 的的方向方向。 FA FO1 Date 因为因为C C、 D D 、E E三处均为铰链约三处均为铰链约 束，所以这三处都有一个方向未束，所以这三处都有一个方向未 知的约束力。知的约束力。 对于对于DEDE杆，杆，D D、E E中间没有外中间没有外 力作用，所以是二力杆，于是可力作用，所以是二力杆，于是可 以画出其受力图以画出其受力图 。 对于对于CECE杆，杆，C C、E E二处虽然是铰二处虽然是铰 链约束，但链约束，但C C、E E之间有外力之间有外力F F作作 用，所以不是二力杆。用，所以不是二力杆。 作用在作用在CECE杆的杆的C C、E E二处约束力二处约束力 ，方向可以根据三力平衡汇交确，方向可以根据三力平衡汇交确 定。定。 Date 这里，要注意这里，要注意DEDE杆与杆与CECE杆在杆在E E处的受力处的受力F F E E 和和F F E E 互为互为作作 用与反作用。用与反作用。 Date 对于对于CDCD杆，杆，D D、C C二处的受力，可以，所以根据二处的受力，可以，所以根据CECE和和DEDE杆杆 在在C C、D D二处的受力以及作用与反作用原理确定。二处的受力以及作用与反作用原理确定。B B处为滑动轴处为滑动轴 承，其约束力承，其约束力F F B B 垂直于垂直于CDCD的轴线方向，即水平方向，的轴线方向，即水平方向，A A处为止处为止 推轴承，该处除了水平约束力推轴承，该处除了水平约束力F FAx Ax外，还有铅垂方向的约束力 外，还有