ch01静力学分析基础.ppt

第一篇 构件静力分析,研究对象： 平衡状态的刚体或刚体系统 研究内容： 物体的受力分析； 力系的简化； 物体在力系作用下处于平衡的条件及其在工程实践中的应用。,第一章 静力学分析基础,本章主要内容： 1、静力学基本概念 2、静力学公理 3、约束和约束反力 4、受力图 重点： 1、静力学公理 2、约束和约束反力 3、受力图,1-1 静力学分析的基本概念和公理,一： 力的概念,力的单位：,牛顿（N）以及千牛（KN）,1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以使物 体的运动状态或形状尺寸发生变化。,2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,3. 力的三要素：大小，方向，作用点,力矢量,1-1 静力学分析的基本概念和公理,4.相关的概念 平衡：是指物体相对于地球静止或匀速直线运动。 力系：是指作用在物体上的一群力。 平衡力系：一组使物体处于平衡状态的力 等效力系：一个力系与另一个力系对物体的作用效果 相同，两力系互为等效力系。 合力：一力与一力系等效，则该力为力系合力 分力：一力与一力系等效，则力系中各力为力的分力 力的合成与分解,1-1 静力学分析的基本概念和公理,是指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。,二.刚体,刚 体,变 形 体,1-1 静力学分析的基本概念和公理,1- 2 静力学公理,公理1 二力平衡条件,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 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线,1- 2 静力学公理,只有两个力作用下处于平衡的物体 力作用线为两接触点连线,二力构件,不是二力构件（忽略重力？）,1- 2 静力学公理,力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应,公理2 加减平衡公理,在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。,推论1：力的可传性,（作用在刚体上的）力的三要素可以叙述为： 大小、方向、作用线,1- 2 静力学公理,公理3 力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可合成为一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。,1- 2 静力学公理,作用在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，则第三个力的作用线通过汇交点。,推论2：三力平衡汇交原理,证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。,1- 2 静力学公理,1- 2 静力学公理,公理4 作用力和反作用力公理,两物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一条直线，分别作用在这两个物体上。 作用力与反作用力互相依存、同时出现、同时消失，分别作用在相互作用的两物体上。 作用力与反作用力与二力平衡公理中的两个力有着本质的区别。,1- 2 静力学公理,例 吊灯,在画物体受力图时要注意此公理的应用。,1- 3 约束和约束反力,一、概念 约束：能限制某些物体运动的其它物体。 约束反力(反力)：约束对非自由体的作用。,大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,1- 3 约束和约束反力,二、约束的基本类型 1、柔性约束 2、光滑面约束 3、光滑铰链约束 4、固定端约束,1- 3 约束和约束反力,1、柔性约束及其反力FT,绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。,1- 3 约束和约束反力,2、光滑面约束及其反力FN,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体,P,N,N,P,P,N,P,N,1- 3 约束和约束反力,3、光滑铰链约束及其反力FN,光滑铰链约束特点(摩擦忽略不计)： 只能限制两物体的相对移动，而不能限制两物体的相对转动的约束，包括中间铰链约束、固定铰链约束和活动铰支座三种类型。 约束反力：通过铰链中心，大小、方向均未确定。一般用一对通过铰链中心，大小未知的正交分力来表示。但其中二力构件、活动铰支座的反力方向是可以确定的。,1- 3 约束和约束反力,中间铰链约束,1- 3 约束和约束反力,固定铰链约束,1- 3 约束和约束反力,活动铰支座,1- 3 约束和约束反力,4、固定端约束及其反力 固定端约束特点：一杆插入固定面的力学模型，如车刀与工件分别夹持在刀架和卡盘上，都是固定不动的。 约束反力：固定端既限制了物体的垂直与水平移动，又限制了物体的转动，故此在平面问题中，可将固定端约束的约束反力简化为一组正交的约束反力与一个约束力偶。,1- 4 受力图,一、受力图 画物体受力图主要步骤为： 选研究对象；取分离体；画上主动力； 画出约束反力。,例 1-1 一重为G的球体A，用绳子BC系在光滑的铅垂墙壁上，试画出球体A的受力图。,G,A,D,B,C,G,A,D,B,FT,FN,1- 4 受力图,例1-2 如图所示三铰拱桥，由左、右两半拱铰接而成。设半拱自重不计，在半拱AB上作用有载荷F，试画出左半拱片AB的受力图。,1- 4 受力图,1- 4 受力图,例1-3 如图曲柄冲压机工作简图，皮带轮重为G，冲头C及连杆BC的重量忽略不计，冲头C所受工作阻力为Q。试画出带轮A、连杆BC、冲头C和整个系统的受力图。,1- 4 受力图,1- 4 受力图,二、画受力图应注意的问题,1、不要漏画、多画力 2、不要画错力的方向 3、受力图上不带约束 4、受力图只画外力，不画内力 5、同一系统各