土木工程力学约束与约束反力上图文PPT课件

1、1 2021-10-29学习探究第1页/共59页2 2021-10-29第三节第三节 约束与约束反力（上）约束与约束反力（上）第2页/共59页3 2021-10-29一、知识回顾一、知识回顾1、“四公理”+“两推论”2、平行四边形法则计算方法第3页/共59页4 2021-10-293 3、用平行四边形法则，求下图的力的合力。、用平行四边形法则，求下图的力的合力。F F2 2=30KN=30KNF F1 130300 030300 0图图1 110KN30300 030300 0F F1 1=30KN=30KNF F2 2F F合合用尺子测量，根据比例尺可得合力为用尺子测量，根据比例尺可得合力为

2、52KN52KN。第4页/共59页5 2021-10-293 3、用平行四边形法则，求下图的力的合力。、用平行四边形法则，求下图的力的合力。F F1 1图图1 110KN30300 030300 0F F2 2F F合合常见错误常见错误：1 1、线段末端不画箭头、线段末端不画箭头2 2、箭头超过线段长度、箭头超过线段长度3 3、不给出合力的结果、不给出合力的结果用尺子测量，根据比例尺可得合力为用尺子测量，根据比例尺可得合力为52KN52KN。第5页/共59页6 2021-10-293 3、用平行四边形法则，求下图的力的合力。、用平行四边形法则，求下图的力的合力。F F1 1=40N=40NF

3、F2 2=40N=40N60600 0图图3 310NOOF F1 1F F2 2F F合合60600 0用尺子测量，根据比例尺可得合力为用尺子测量，根据比例尺可得合力为68N68N。合力与水平线的夹角用量角器测得为合力与水平线的夹角用量角器测得为3030度。度。300第6页/共59页7 2021-10-29力的正交分解步骤：建立直角坐标系建立直角坐标系从线段的箭头处向两个从线段的箭头处向两个坐标轴做垂线得到矩形坐标轴做垂线得到矩形。运用三角函数求解运用三角函数求解Fx,FyFx,FyxFxFy ysincosFFFFyxF合合O第7页/共59页8 2021-10-29 认知 技能认识七种约束

4、了解其特点会画七种约束的约束反力第8页/共59页9 2021-10-29第9页/共59页102021-10-29自由体 可以任意运动的物体。可以任意运动的物体。（空间位移不受限制）（空间位移不受限制）1. 1. 基本概念基本概念自由体第10页/共59页112021-10-29自由体第11页/共59页122021-10-29非自由体受到了其他物体的限制，而不能沿某些方向运动时，这种物受到了其他物体的限制，而不能沿某些方向运动时，这种物体称为非自由体。体称为非自由体。如轨道上的火车。如轨道上的火车。基本概念基本概念第12页/共59页132021-10-29非自由体：放在玻璃杯中的气球非自由体：放在

5、玻璃杯中的气球运动受限制的物体叫非自由体。运动受限制的物体叫非自由体。自由体：飘在空中的气球自由体：飘在空中的气球运动不受限制的物体叫自由体。运动不受限制的物体叫自由体。第13页/共59页142021-10-29课间休息了，你是吗？课间休息了，你是吗？现在正在学校上课你是自由体吗？现在正在学校上课你是自由体吗？第14页/共59页152021-10-29约束约束阻碍物体运动的限制条件阻碍物体运动的限制条件约束：由周围物体构成的、限制非自由体移动的条件。约束：由周围物体构成的、限制非自由体移动的条件。第15页/共59页162021-10-29约约 束束：阻碍物体运动的限制条件阻碍物体运动的限制条件

6、。约束体约束体：限制限制非自由体非自由体运动的周围物体。运动的周围物体。列车是非自由体铁轨是约束体被约束物体被约束物体约束约束G第16页/共59页172021-10-29约束力约束力：约束对被约束体物体的作用力：约束对被约束体物体的作用力约束限制物体的运动，靠的就是约束力，也叫约束限制物体的运动，靠的就是约束力，也叫约束反力约束反力。铁轨作用在车轮上铁轨作用在车轮上的力就是约束力的力就是约束力PTFP绳子作用在小球上的绳子作用在小球上的拉力力就是约束力拉力力就是约束力第17页/共59页182021-10-29约束反力约束反力：就是约束力，简称反力：就是约束力，简称反力讨论一下水杯和手机受到的约

7、束力是什么力？讨论一下水杯和手机受到的约束力是什么力？第18页/共59页192021-10-29大小方向作用点待定通过计通过计算获得算获得与该约与该约束所能束所能阻碍的阻碍的位移方位移方向相反向相反接触接触 部位部位约束反力的特点约束反力的特点第19页/共59页202021-10-29工程上力的分类工程上力的分类力力主动力主动力约束力约束力能主动引起物体运动或能主动引起物体运动或 使物体有运动趋势的力使物体有运动趋势的力 （重力、推力、风力）（重力、推力、风力）阻碍限制物体运动或产阻碍限制物体运动或产 生运动趋势的力生运动趋势的力 （轨道对车轮的力）（轨道对车轮的力） （地板对讲台的力）（地板

8、对讲台的力）荷载荷载第20页/共59页212021-10-29常见的四种约束及其约束反力常见的四种约束及其约束反力Title 柔索约束 光滑接触面约束链杆约束 圆柱铰链约束第21页/共59页222021-10-29第22页/共59页232021-10-29柔索：绝对柔软、无质量、无粗柔索：绝对柔软、无质量、无粗细、不可伸长或缩短（或者本身细、不可伸长或缩短（或者本身质量可以忽略不计）质量可以忽略不计）1.1.柔索约束柔索约束第23页/共59页242021-10-29柔索约束桁架：由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构 第24页/共59页252021-10-29柔索只能承受拉力，约束力为

9、拉力，作用线柔索只能承受拉力，约束力为拉力，作用线沿柔索背离物体。沿柔索背离物体。属于这一类约束的有属于这一类约束的有:软绳、链条或胶带等。软绳、链条或胶带等。第25页/共59页262021-10-29大小作用点未知通过计通过计算获得算获得沿着柔沿着柔索背离索背离物体的物体的方向方向柔索与柔索与物体的物体的接触点接触点柔索约束反力的特点柔索约束反力的特点拉力FT第26页/共59页272021-10-29约束力约束力的的方向方向与限制物体运动的与限制物体运动的方向相反方向相反限制该方向的运动柔索约束第27页/共59页282021-10-29方向、作用点：方向、作用点：柔索的约束反力柔索的约束反力

10、F FT T通过接触点，沿柔索通过接触点，沿柔索而背离物体。而背离物体。约束体约束体约束反力约束反力TWA柔绳约束限制方向反力方向TFAGG第28页/共59页292021-10-29柔绳、链条、皮带构成的约束第29页/共59页302021-10-29柔绳、链条、皮带构成的约束第30页/共59页312021-10-29柔绳、链条、皮带构成的约束第31页/共59页322021-10-29FT1FT2FT1FT2皮带的约束反力第32页/共59页332021-10-29练习判断判断A A点、点、B B点处的链条对物体点处的链条对物体的约束反力的方向的约束反力的方向。第33页/共59页342021-10

11、-29第34页/共59页352021-10-29接触面绝对光滑接触面绝对光滑摩擦力可忽略不计摩擦力可忽略不计2.光滑接触面约束光滑接触面约束第35页/共59页362021-10-29第36页/共59页372021-10-29约束力沿接触面公法线方向并指向物体。约束力沿接触面公法线方向并指向物体。FN法线法线切线切线第37页/共59页382021-10-29大小作用点未知沿着接沿着接触面的触面的公法线公法线方向指方向指向物体向物体两个物两个物体接触体接触的那点的那点光滑接触面约束反力的特点光滑接触面约束反力的特点压力FN(N)第38页/共59页392021-10-29光滑接触面约束第39页/共5

12、9页402021-10-29AFBFCFBACNF公切面公法线第40页/共59页412021-10-29 光滑接触面的光滑接触面的约束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向，方向沿公法线沿公法线，指向受力物体。指向受力物体。FNAFNB判断绿色杆状物体在判断绿色杆状物体在A A点、点、B B点点处受到的的约束反力的方向处受到的的约束反力的方向。第41页/共59页422021-10-29 光滑接触面的光滑接触面的约束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向，方向沿公法线沿公法线，指向受力物体。指向受力物体。ABC判断半圆状物体在判断半圆状物体在A A点、点、B B点和点和C C点处

13、受到的的约束反点处受到的的约束反力的方向力的方向。ONCFNBFNAF第42页/共59页432021-10-29在不计摩擦的条件下，在不计摩擦的条件下，齿轮间的约束也属于光齿轮间的约束也属于光滑面约束。滑面约束。第43页/共59页442021-10-29 光滑接触面的光滑接触面的约束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向，方向沿公法线沿公法线，指向受力物体。指向受力物体。切线法线FN第44页/共59页452021-10-29判断黄色圆球在判断黄色圆球在A A点、点、B B点处点处受到的约束反力的方向受到的约束反力的方向。C练习ABABCAB判断蓝杆在判断蓝杆在B B点、点、C C点处受

14、到点处受到的约束反力的方向的约束反力的方向。第45页/共59页462021-10-29绳CDBAEO画出蓝色物体的受力图G G 第46页/共59页472021-10-29绳CDE画出蓝色物体的受力图G 脱离体G FTD FTE 第47页/共59页482021-10-29BAO画出蓝色物体的受力图G G FNB A 该力不存在，否则力就不平衡了第48页/共59页492021-10-29ABFABO画出绿球的受力图画出AB杆的受力图第49页/共59页502021-10-29CBDAAB画出AB杆的受力图第50页/共59页512021-10-29作业ABCDE求左图的杆件和右图的小球的约束反力，摩擦

15、不计，重力都为G.绳第51页/共59页522021-10-29图1-4 FGAB作业：习题集第一章作业：习题集第一章 1： 一、填空题（全部）；一、填空题（全部）； 2：五、作图题第：五、作图题第1题（两个图）题（两个图）绳ACBGD第52页/共59页532021-10-29图1-4 （a）FGAB作业讲评作业讲评FGABFNAFNBA:光滑接触面约束方向：圆心与接触点的连线，指向球体。B:光滑接触面约束方向：圆心与接触点的连线，指向球体。第53页/共59页542021-10-29图1-4 （b）作业讲评作业讲评绳ACBGD绳ACBGDFNAFNBA:光滑接触面约束方向：与杆垂直，指向直杆。B:光滑接触面约束方向：与地面垂直，指向直杆。第54页/共59页552021-10-29图1-10 （a）作业讲评作业讲评绳ABDECGABDFTBB:柔索约束方向：沿着柔索，背离物体。D:光滑接触面约束方向：与杆垂直，指向直杆。FNDA:固定绞约束方向：一对互相垂直的分力表示待定的状态。FAxFAy第55页/共59页562021-10-29图1-10 （a）作业讲评作业讲评绳ABDECGABDFTBFNDFAA:固定