静力学的基本概念与物体受力分析.ppt

1,第一章 静力学公理和物体的受力分析,2,11 静力学的基本概念,12 静力学公理,13 约束和约束反力,14 受力分析和受力图,第 一 章 静 力 学 公 理 和 物 体 的 受 力 分 析,目 录,3,!刚体是一种理想化的力学模型。,1、刚体,静力学是研究物体在力系作用下平衡的科学,11 静力学基本概念,2、平衡,4,力的效应:,F,大小、方向、作用点,力的表示方法：,力的单位：,力是一矢量,牛顿(N) （kg m/s2）,力的三要素：,3.力和力系,力,5,力系 作用于物体上的若干个力。,等效力系,合 力,平衡力系,V型发动机原理图 发动机曲轴受力图为空间力系,力系简化,6,按力的作用线分布： 平面力系和空间力系；,力的分类：,按力的作用线关系： 汇交力系、平行力系和任意力系,7,力系分类,平面特殊力系,平面任意力系（平面一般力系）,平面汇交力系,平面力偶系,空间特殊力系,空间任意力系,平面平行力系,8,1）物体的受力分析 2）力系的等效替换（简化） 3）建立各种力系的平衡条件,三个问题：,9,公理一 力平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，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确定。,F1,F2,FR,矢量表达式：FR= F1+F2,即，合力为原两力的矢量和。,12 静力学公理,10,公理二 二力平衡公理,作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、沿同一条直线。,公理三 加减平衡力系公理,在作用于刚体上的已知力系上，加上或去掉任意个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。,11,推论一 力在刚体上的可传性,作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动，而不改变该力对刚体的作用。,=,=,12,推论二 三力汇交定理 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交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。,F1,F3,R1,F2,=,证明：,A3,F1,F2,F3,A3,A,A2,A1,13,公理四 作用和反作用公理 两物体间相互作用的作用力和反作用力总是同时存在，大小相等，方向相反，沿同一直线，分别作用在这两个物体上。 公理五 刚化公理 当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果把该物体变成刚体，则平衡状态保持不变。,14,13 约束和约束力, 基本概念：,1.自 由 体,2.非自由体,3.约束,4.约束力,5.主动力,15,1、理想光滑支承面约束,反约束力作用点在接触点处，方向沿接触表面的公法线，并且指向受力物体。,常见的几种类型的约束,16,光滑接触面约束实例,17,2、柔索约束：,绳索对物体的约束反力，作用点在接触点，方向沿着绳索背离物体。,18,2、柔索约束（续）：,作用点：切点；约束反力方向：沿着轮缘的切线方向,F,F,19,3、光滑铰链约束(圆柱铰链）,N,20,光滑圆柱铰链约束实例,21,光滑铰链约束,3、光滑铰链约束(固定铰链支座）,22,固定铰链支座,计算简图:,约束反力:,A,Fx,Fy,23,向心轴,24,活动铰链支座,计算简图:,约束反力:,A,A,RA,RA,25,球铰链,约束力作用线通过球心，主动力未知情况下大小方向不定，可用约束力的三个分量表示。,26,止推轴承,27,只有两个力作用下处于平衡的物体,二力构件,不是二力构件,刚体在二力作用下平衡的必要条件是：此二力等值、反向、共线。,28,14 物体的受力分析和受力图,概念,研究对象 分离体（取研究对象） 解除约束的原理：当受约束的物体在某些主动力作用下处于平 衡，若将其约束去掉，代之以相应的约束反力，则物体的受力不受影响。 受力分析 受力图,(画在分离体上）,29,画受力图的方法与步骤： 1、取分离体（研究对象） 2、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生运动或运 动趋势的力） 3、在解除约束的地方，按约束类型逐一画出约束 反力 (二力构件),3) 二力构件-力过两点,4) 光滑铰链-力分两边(正交分解),1) 柔索约束-力沿柔索(拉力),2) 理想光滑面约束-力沿公法线(压力),5) 活动铰链-力垂直于滚动方向,30,在画受力图时注意：,1. 明确研究对象 2画力要有依据，不要多画，不要漏画。 3正确画出约束力（严格按约束类型逐一画出） 4刚体系的整体、部分及单个刚体的受力图中， 作用力与反作用力的符号、方向要彼此协调。 5研究对象内部各部分间的作用力称为内力, 不必画出。 6受力图中只画研究对象的简图和所受的全部 作用力（约束不再画出）,31,例1。作图示轧路机轧轮的受力图。,B,A,P,F,FA,FB,32,例题2重为W的直杆AB搁在台阶上 , 与地面上A , D两点接触 ,在E点用绳索 E F 与墙壁相连.如图所示 , 略去摩擦。试作直杆AB的受力图。,33,解: 取杆AB为研究对象,EF为柔绳约束.约束反力为FE,A为光滑面约束,公法线垂直于地面,约束反力为FA,D为光滑面约束,公法线垂直于直杆表面,约束反力为FD,主动力：重力W,约束反力：,34,例3 水平梁两端用铰支座和辊轴支座支承，在C处作用一集中载荷P，梁重不计，画出梁AB的受力图。,A,B,C,A,C,B,A,C,B,P,P,P,D,FAx,FAy,B,B,FA,35,不计自重的平面直角折杆 ABC AB 竖直,要求：对折杆进行受力分析,36,解：取屋架,画出主动力,画出约束力,画出简图,屋架受均布风力 （N/m）， 屋架重为 ，画出屋架的受力图,37,例4 如图所示三铰拱桥，不计自重，分别画出拱AC和CB的 受力图。,P,A,B,C,B,C,FC,FB,A,C,P,FAy,FAX,FC,A,C,P,FC,D,FA,38,例 如图所示结构，杆重不计画杆BC 、AD 和系统的受力图。,P,FCB,P,FA,BC杆受力特点,FAy,39,F,F,FD,Fy,Fx,F,F,Fx,Fy,F,F,例5.放在光滑水平面上的梯子，如图所示，自重不计，画出DE 、AB、AC 和整个梯子的受力图,FD,40,F1,F2,FB,FB,FAy,FAx,FCy,FCx,O,FC,例6 如图所示结构，画AD、BC的受力图。,41,例7 画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图,1、研究滑轮,2、研究CD杆,42,3、研究AB杆,4、研究整体,研究整体时，不画物体间的内力,43,例8. 图示构架中C, D和E为铰链，A为铰链支座,B为链杆，绳索的一端固定在F点，另一端绕过滑轮E并与重物W 连接，不计各构件的重量。画出AB、CB、CE与滑轮E的受力图。,44,解:滑轮可视为三点受力。,FE,(滑轮E受力图),FB,O1,杆件系统可视为三点受力，即E点, B点和A点，画受力图。,FE,FA,(杆件系统受力图),45,FBC,FCB,(BC杆受力图),FE,FCB,O2,FD,(CE杆受力图),FB,FA,FBC,FD,(AB杆含销B受力图),46,例题9 画出组合梁ACD中AC和CD部分及整体的受力图。,解: 组合梁由AC和CD两部分组成； 两部分均为三点受力而平衡。 CD杆上力P的方向已知且D点的约束反力的 方位可以确定, 因而应先画CD杆的受力图。,P,A,D,B,C,47,例题 重为G = 980 N的重物悬挂在滑轮支架系统上，如图所示