约束和约束反力素材.ppt

第1章静力学基本概念和物体受力分析 工程力学 静力学部分 1 静力学基本概念 2 约束力与反约束力 3 物体的受力分析和受力图 4 结论与讨论 刚体的概念力的概念静力学基本公理二力平衡公理加减平衡力公理 力的可传性原理 二力合成公理 平行四边形法则 力的三角形法则 三力平衡汇交定理作用力和反作用力公理 1 静力学基本概念 静力学基本公理二力平衡公理 F1 F2 作用有二力的刚体又称为二力构件 memberssubjectedtotheactionoftwoforces 或二力杆 1 静力学基本概念 加减平衡力公理 力的可传性原理 推论 力的可传性原理 principleoftransmissibilityofaforce 作用于刚体上的力可沿其作用线滑移至刚体内任意点而不改变力对刚体的作用效应 F F 1 静力学基本概念 推论 三力平衡汇交定理作用于刚体上的三个力 若构成平衡力系 且其中两个力的作用线汇交于一点 则三个力必在同一平面内 而且第三个力的作用线一定通过汇交点 二力合成公理 平行四边形法则 力的三角形法则 三力平衡汇交定理 1 静力学基本概念 自由体 在空间自由运动的物体非自由体 约束和约束力约束力与物体的运动趋势反向 未知 由平衡条件和变形条件等确定 约束类型柔性约束绳索 链条 胶带等柔索 约束力 拉力 方向 背离物体 2 约束力与反约束力 链条约束与约束力 1柔性约束 2 约束力与反约束力 2 约束力与反约束力 皮带约束与约束力 1柔性约束 2 约束力与反约束力 光滑面约束接触点公法线 指向被约束物体 光滑面约束的约束力是通过接触点 沿该点公法线并指向被物体 齿轮啮合力 2 约束力与反约束力 光滑面约束 FR 滑槽与销钉 光滑面约束的约束力是通过接触点 沿该点公法线并指向被物体 2 约束力与反约束力 固定铰链约束 中间铰轴承约束 2 约束力与反约束力 固定铰支座 构件的端部与支座有相同直径的圆孔 用一圆柱形销钉连接起来 支座固定在地基或者其他结构上 这种连接方式称为固定铰链支座 简称为固定铰支 smoothcylindricalpinsupport 桥梁上的固定支座就是固定铰链支座 固定铰链约束 中间铰轴承约束 2 约束力与反约束力 2 约束力与反约束力 固定铰支座 固定铰链约束 中间铰轴承约束 销钉 固定铰链 2 约束力与反约束力 固定铰链约束 中间铰轴承约束 4活动铰链约束 辊轴 2 约束力与反约束力 辊轴在固定铰链支座的底部安装一排辊轮或辊轴 可使支座沿固定支承面自由滚动 这种约束称为滚动铰链支座 又称辊轴支座 rollersupport 当构件的长度由于温度变化而改变时 这种支座允许构件的一端沿支承面自由移动 实际约束中FR方向也可以向下 2 约束力与反约束力 4活动铰链约束 辊轴 2 约束力与反约束力 辊轴 4活动铰链约束 辊轴 5光滑球铰链 球铰 2 约束力与反约束力 6滚珠 柱 轴承 机器中常见各类轴承 如滑动轴承或径向轴承等 这些轴承允许轴承转动 但限制与轴线垂直方向的运动和位移 轴承约束力的特点与光滑圆柱铰链相同 因此 这类约束可归入固定铰支座 2 约束力与反约束力 2 约束力与反约束力 6滚珠 柱 轴承 7止推轴承 机器中常见的轴承约束除了各类滑动轴承或径向轴承 还有限制滑动的轴承约束 为止推轴承 这种轴承约束除了限制与轴线垂直方向的运动和位移 还限制沿轴线方向运动 2 约束力与反约束力 二力构件物体在两个力作用下平衡的必要充分条件是此二力等值 反向 共线 2 约束力与反约束力 选定研究对象 画出分离体图 在分离体图上画出主动力在约束处 根据约束性质 画出约束反力 例 3 物体的受力分析和受力图 例题1 3 物体的受力分析和受力图 画受力图 3 物体的受力分析和受力图 例题1 确定A B二处的约束力 例题2 3 物体的受力分析和受力图 画受力图 3 物体的受力分析和受力图 例题2 重力为FP的AB杆放置在刚性槽内 所有接触处均为光滑接触 试画出AB杆的受力图 由各光滑面接触处约束力沿其公法线方向画出三处的约束力 例题3 3 物体的受力分析和受力图 图示结构中各杆重力均不计 所有接触处均为光滑接触 试画出 AO AB和CD构件的受力图 例题4 3 物体的受力分析和受力图 解 1 整体受力 O B二处为固定铰链约束 可以画出其约束力 D处作用有主动力F 3 物体的受力分析和受力图 例题4 解 2 AO杆受力 O处受力与整体受力图一致 C A两处为中间活动铰链 约束力可以分解为两个分力 3 物体的受力分析和受力图 例题4 解 3 CD杆受力 C处受力与AO在C处的受力 互为作用力和反作用力 CD上所带销钉E处受到AB杆中斜槽光滑面约束力力FR D处作用有主动力F 3 物体的受力分析和受力图 例题4 解 4 AB杆受力 A处受力与与AO在A处的受力互为作用力和反作用力 E处受力与CD在E处的受力互为作用力和反作用力 3 物体的受力分析和受力图 例题4 图示结构中各杆重力均不计 所有接触处均为光滑接触 试画出 各构件的受力图 例题5 3 物体的受力分析和受力图 解 1 整体受力 A处为固定铰链 约束力方向未知 可用两个分力FAx FAy表示 K处为辊轴支承 只有铅垂方向约束力FK H处为柔索 约束力FT 拉力 D C I B处未解除约束 约束力无需画出 3 物体的受力分析和受力图 例题5 解 2 CID杆受力 CB为二力杆 所以C处FCB方向沿CB I处为中间活动铰链 故I处约束力可用两个分力FIx FIy表示 D处中间活动铰链处的约束力也可用两个分力FDx FDy表示 3 物体的受力分析和受力图 例题5 解 3 CB杆受力 CB杆为二力杆 其C端约束力与CD杆C端的约束力互为作用与反作用力 3 物体的受力分析和受力图 例题5 解 4 AB杆受力 I处的约束力与CD杆上I处的约束力互为作用力和反作用力 B处的约束力与CB杆上B处的约束力互为作用力和反作用力 3 物体的受力分析和受力图 例题5 力 物体间的相互作用 力是矢量 对一般物体而言 力是定位矢量 对刚体而言 力是滑移矢量 刚体 受力不变形的物体 约束力 约束对被约束物体的作用力 平衡 物体相对惯性系静止或作匀速直线平移 4 结论与讨论 最重要的方法受力分析方法 其要领是选择合适的研究对象 正确分析约束和约束力 画出受力图 受力分析过程中要区分内力和外力 正确应用作用与反作用定律 平衡概念由若干物体所组成的系统 如果整体是平衡的 则组成系统的每一个局部也必然是平衡的 所谓整体是指系统 所谓局部是指组成系统的每一个物体 或者由系统中的几个物体所组成的子系统 4 结论与讨论 由若干物体所组成的系统 如果整体是平衡的 则组成系统的每一个局部也必然是平衡的 4 结论与讨论 由若干物体所组成的系统 如果整体是平衡的 则组成系统的每一个局部也必然是平衡的 4 结论与讨论 人有了知识 就会具备各种分