一单元力和受力图.ppt

土木工程力学基础 多学时 一单元力和受力图 单元一 力和受力图 单元学习目标1 能解释力 力的两种效应等概念2 能叙述静力学的基本公理3 会根据约束的类型确定约束反力4 能画出单个物体的受力图5 能完成小组学习项目中的1个任务 一 力的基本知识 1 力 力是物体间相互的机械作用 力的外效应 使物体的运动状态发生变化力的内效应 使物体产生变形力的三要素 力的大小 方向 方位与指向 作用点 力的图示 力是矢量 通常用一个带箭头的线段表示力的三要素 力的大小 线段的长度 按选定的比例 表示力的方向 线段的方位和箭头表示力的作用点 带箭头线段的起点或终点表示力的作用线 通过力的作用点并沿着力的方位的直线 力的单位 牛顿 N 或千牛顿 kN 一 力的基本知识 力的图示 2 力系力系 作用在同一物体上的一组力 等效力系 对物体作用效果相同的力系 合力 如果一个力与一个力系等效 则此力称为该力系的合力 而力系中的各个力都是其合力的分力 平衡力系 使物体保持平衡的力系 一 力的基本知识 3 荷载类型荷载 使结构或构件产生运动或有运动趋势的主动力集中力或集中荷载 作用于一点的力分布力 力的作用面积较大的力线分布力或线荷载 当物体所受的力 是沿着某条线连续分布且相互平行的力系 一 力的基本知识 例1 梁的自重 可以简化为沿梁的轴线分布的线荷载如图示 单位长度上所受的力 称为分布力在该处的荷载集度 通常用q表示 其单位是N m或kN m线分布荷载的大小用合力表示合力的大小Q ql合力的作用点为分布长度的中点 二 静力学公理 1 二力平衡公理刚体在两个力作用下保持平衡的必要和充分条件是 此两力大小相等 方向相反 作用在一条直线上 二力平衡公理的应用 二力构件 对于只受两个力作用而处于平衡的刚体 二力构件不论其形状如何 所受两个力的作用线必沿二力作用点的连线 2 作用与反作用公理 两个物体间的相互作用的一对力总是大小相等 方向相反 沿同一直线且分别作用在两个相互作用的物体上 二 静力学公理 3 平行四边形公理 作用于物体上同一点的两个力 可以合成为作用于该点一个合力 合力的大小和方向可用这两个已知力为邻边所构成的平行四边形的对角线表示 二 静力学公理 4 加减平衡力系公理 在作用于刚体的力系中 加上或去掉一个任何平衡力系 并不会改变原力系对刚体的作用效应 二 静力学公理 力的可传性 作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点 而不改变该力对刚体的作用效果 三 常见约束类型及其反力 1 约束与约束反力主动力 使物体产生运动或运动趋势的力 约束 限制物体运动的其他物体 约束反力 约束对于被约束物体的运动起限制作用的力 2 几种常见的约束类型及其反力柔索约束 由绳索 链条 胶带等柔体构成的约束 都称为柔索约束 约束特征 只能限制物体沿着柔索的中心线离开柔索的运动 反力特征 柔索对物体的约束反力T通过接触点 其方向沿着柔索的中心线而背离物体 是拉力 三 常见约束类型及其反力 光滑面约束 当物体在接触处的摩擦力很小 即可以忽略不计时 两物体彼此形成的约束就是光滑面约束 约束特征 只能限制物体沿着接触面的公法线指向接触面的运动 而不能限制物体沿着接触面的公切线或离开接触面的运动 反力特征 通过接触点 沿公法线方向指向被约束物体 是一个压力 常用字母N表示 三 常见约束类型及其反力 三 常见约束类型及其反力 圆柱形铰链约束 两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔 用一圆柱形销钉连接起来 在不计摩擦时 即构成光滑圆柱形铰链约束 简称铰链约束 约束特点 约束的本质为光滑接触面约束 因其接触点位置未定 无法预先确定的未知力 通常用两个大小未知的正交分力来表示 铰链约束分类 连接铰链 链杆支座 固定铰链支座 活动铰链支座 铰链约束的分类 链杆约束 两端用销钉与物体相连且中间不受力 自重忽略不计 的直杆 反力特征 只能限制物体沿着链杆中心线 指向未定 固定铰支座 用圆柱铰链连接的两个构件中 如果有一个固定不动 就构成固定铰支座 这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动 而不能限制其转动 其约束反力与圆柱铰链相同 铰链约束的分类 可动铰支座 将铰链支座用几个辊轴在水平面上即构成可动铰支座 约束特征 不能限制被支承构件绕销钉的转动和沿支承面方向的运动 而只能阻止构件在垂直于支承面方向向下运动 反力特征 可动铰支座的约束反力垂直于支承面且通过销钉中心 其大小和方向待定 铰链约束的分类 固定端支座 既限制被约束物体沿任何方向移动 又限制它的转动 这样的约束称为固定端支座 反力特征 由两个未知的约束反力和一个约束反力偶组成 三 常见约束类型及其反力 YA MA XA P q 四 受力图 受力图的画法 1 确定研究对象2 单独画出物体的轮廓图形3 先画主动力4 再画约束反力5 检查 TA NB G 受力图 在研究对象上标出其所受的全部主动力 约束反力的图形 例2 画出AB杆的受力图 杆重为G G TC NB NA 例3 三角支架各杆自重不计 已知受力如图所示 试画出销B AB杆 BC杆的受力图 A B P B NAB C B NBA NCB NBC NBC NBA 例3 简支梁自重不计 已知受力如图所示 试画出AB梁的受力图 受力图的画法及步骤 1 根据题意选取研究对象 用尽可能简明的轮廓单独画出 即取分离体 2 画出该研究对象所受的全部主动力 3 在研究对象上所有原来存在约束的地方 根据约束的性质画出约束反力 对于方向不能预先独立确定的约束反力 例如圆柱铰链的约束反力 可用互相垂直的两个分力表示 指向可以假设 4 有时可根据作用在分离体上的力系特点 如利用二力平衡时共线等理论 确定某些约束反力的方向 简化受力图 受力分析的方法口诀 受力分析并不难 掌握方法是关键 确定对象先分离 已知外力画上面 接触点 面要找全 二力杆件定正确 柔体约束是拉力 光滑面约束压力显 铰链约束正交力 特殊情形要记住 铰链支座有两种 链杆反力沿杆线 固定端反力有三 反力偶加正交力 分离体上力画全 踏过门槛笑开颜 自我检测一 1 力对物体的作用效果取决于力的 和三个因素 2 荷载按作用的范围大小分为和 3 在两个力作用下处于平衡的构件称为 此两力的作用线必过这两力作用点的 4 工程中常见的约束有柔体约束 约束 光滑圆柱铰链约束 约束 固定铰链约束 约束和约束 5 画受力图的一般步骤是 先确定 然后画主动力和约束反力 1 由绳索 链条 胶带等柔体构成的约束称为 约束 A 光滑面约束 B 柔索约束 C 链杆约束 D 固定端约束2 光滑面对物体的约束反力 作用在接触点处 其方向沿接触面的公法线 A 指向受力物体 为压力 B 指向受力物体 为拉力 C 背离受力物体 为拉力 D 背离受力物体 为压力3 在两个力作用下处于平衡的构件称为 此两力的作用线必过这两力作用点的 A 平衡杆件 直线 B 刚体 中点 C 二力构件 连线 D 直杆 连线4 固定端支座不仅可以限制物体的 还能限制物体的 A 运动 移动 B 移动 活动 C 转动 活动 D