工业产品静力学设计 01 绪论及受力分析

工业产品静力学设计教师：邓武：办公室：工程北楼334参考书：?理论力学?(高等教育出版社哈尔滨工业大学理论力学教研室主编) ?精通MATLAB?电子工业出版社葛哲学编著?ADAMS实例教程?北京理工大学出版社李军编学习方式：课内+课外上课方式：每次课布置作业下一次课先请每个组派代表上来介绍作业情况，老师再讲新课考核：作业〔个人〕，作业讲述〔小组〕，闭卷考查〔个人〕力学总体介绍通常理解的力学，是指一切研究对象的受力和受力效应的规律及其应用的学科的总称。人类早期的生产实践活动是力学最初的起源。什么是力学？物理学的建立是从力学开始的，当物理学摆脱了这种机械(力学)的自然观而获得健康开展时，力学那么在工程技术的推动下按自身逻辑进一步演化。最终，力学和物理学各自开展成为自然学科中两个相互独立的、自成体系的学科分类。在力学与物理学之间不存在隶属关系。按研究对象的物态进行区分，力学可以分为固体力学和流体力学。根据研究对象具体的形态、研究方法、研究目的的不同，固体力学可以分为理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、塑性力学、断裂力学、机械振动、声学、计算力学、有限元分析等等，流体力学包含流体力学、流体动力学等等。根据针对对象所建立的模型不同，力学也可以分为质点力学、刚体力学和连续介质力学。连续介质通常分为固体和流体，固体包括弹性体和塑性体，而流体那么包括液体和气体。力学学科是如何划分的？许多带“力学〞名称的学科，如热力学、统计力学、相对论力学、电动力学、量子力学等，在习惯上被认为是物理学的其它分支，不属于力学的范围。研究宏观物体运动规律的科学

物体的空间位形随时间的变化，包括静止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。力学Mechanics

力学研究对工业产品的意义

渤海一钻井平台倾斜静力学：研究物体的受力分析、力系的等效替换〔或简化〕、建立各种力系的平衡条件的科学。1、物体的受力分析：分析物体〔包括物体系〕受哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物体的受力图。2、力系的等效替换〔或简化〕：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问题。刚体静力学的基础动力学的基础工程设计的基础研究刚体静力学的意义1．深入理解平衡、约束等重要概念。2．掌握从物理模型中提取力学模型并建立数学模型的方法。3．学习平衡问题的力学特征和数学表达。4．正确运用计算工具Matlab，掌握多体系统平衡问题的解法。5.正确运用工具软件ADAMS，掌握机械系统的建模方法。静力学学习内容及目标

课程要求准确理解根本概念熟练掌握根本定理并能灵活应用物理理解与数学描述结合静力学研究所用到的工具软件

MATLAB是矩阵实验室〔MatrixLaboratory〕的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大局部。用于静力学研究时，主要利用其矩阵运算功能求解平衡方程组ADAMS，即机械系统动力学自动分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，该软件是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件，现已经并入美国MSC公司。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创立完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。力：物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变。力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量。力系：一群力。平衡：物体相对惯性参考系〔如地面〕静止或作匀速直线运动。静力学重要概念力的效应：内效应、外效应力学模型质点、质点系、刚体、弹塑性体和流体等刚体：绝对不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不改变的物体。

力学模型的图示表达数学模型

矢量代数方程，常微分方程、偏微分方程求解方法

解析法、试验、数值法变形体变形体对于塔吊和组成塔吊的每一根杆件刚体研究塔吊不致倾倒，确定所需配重F怎样确定零件AB的受力？问题分类平面问题：结构＋载荷空间问题：结构＋载荷约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。约束力：约束对非自由体的作用力。约束力大小——待定方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反作用点——接触处约束和约束力物体受力分析主动力与约束力：因与果中文名称：自由度英文名称：degreeoffreedom;degreesoffreedom定义：在一个未约束的动力或其他系统中，为了完全确定该系统在给定时刻的状态所需要的独立变量的个数。质点自由度一个质点在空间任意运动，需用三个独立坐标〔x，y，z〕确定其位置。所以自由质点有三个平动自由度i=3。刚体自由度一个刚体在空间任意运动时，可分解为质心O’的平动和绕通过质心轴的转动，它既有平动自由度还有转动自由度。确定刚体质心O’的位置，需三个独立坐标〔x，y，z〕—自由刚体有三个平动自由度t=3；

确定刚体通过质心轴的空间方位──三个方位角〔α，β，γ〕中只有其中两个是独立的──需两个转动自由度；另外还要确定刚体绕通过质心轴转过的角度θ──还需一个转动自由度。这样，确定刚体绕通过质心轴的转动，共有三个转动自由度r=3。所以，一个任意运动的刚体，总共有6个自由度，即3个平动自由度和3个转动自由度，即i=t+r=3+3=6平面机构自由度：一个刚体在平面可以由其上任一点A的坐标x和y，以及通过A点的直线AB与横坐标轴的夹角等3个参数来决定，因此杆件具有3个自由度。空间机构自由度：一个杆件刚体，在空间上完全没有约束，那么它可以在3个正交方向上平动，还可以有三个正交方向的转动，那么就有6个自由度。中文名称：运动副英文名称：kinematicpair定义：两构件直接接触组成的可动连接。两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副元素。运动副有多种分类方法：按照运动副的接触形式分类:面和面接触的运动副在接触局部的压强较低，被称为低副，而点线接触的运动副称为高副，高副比低副容易磨损。

按照相对运动的形式分类。构成运动副的两个构件之间的相对运动假设是平面运动那么为平面运动副，假设为空间运动那么称为空间运动副，两个构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副，两个构件之间只做相对移动的运动副称为移动副。

按照运动副引入的约束分类。引入一个约束的运动副称为一级副、引入两个约束的运动副称为二级副，还有三级，四级，五级副。

按照接触局部的几何形状分类。可以分为圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副等。运动副的表达约束增加，自由度就减少，机构的自由度为组成杆件自由度之和减去运动副的约束。如果一个构件组合体的自由度F>0，他就可以成为一个机构，即说明各构件间可有相对运动；如果F=0，那么它将是一个结构〔structure〕，即已退化为一个构件。约束与运动副工程常见的约束1、具有光滑接触面〔线、点〕的约束〔光滑接触约束〕光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用表示。滑槽与销钉FR2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束柔索只能受拉力，又称张力。用表示。FR柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。3、光滑铰链约束〔径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等〕〔1〕、径向轴承〔向心轴承〕约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约束——法向约束力。约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。当外界载荷不同时，接触点会变，那么约束力的大小与方向均有改变。可用二个通过轴心的正交分力表示。光滑圆柱铰链，轴承

光滑圆柱铰链约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。铰其中有作用反作用关系一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出。滚动支座球铰链球股骨盆骨球窝盆骨与股骨之间的球铰连接止推轴承滚珠(柱)轴承FRyFRx弹性约束机械式螺纹千斤顶

F怎样确定A处的受力？怎样确定D、E二处的受力？A怎样确定A、B、G三处的受力？

分析比较两种约束（1）光滑面约束——法向约束力（2）柔索约束——张力（3）光滑铰链——球铰链——空间三正交分力止推轴承——空间三正交分力（4）滚动支座——⊥光滑面〔5〕螺纹约束〔6〕复合约束被约束的自由度约束类型约束反力分析约束举例1个移动(单向/双向)2个移动(单向/双向)3个移动(单向/双向)1个转动(单向/双向)2个转动(单向/双向)3个转动(单向/双向)1个移动+1个转动(单向/双向)1个移动+2个转动(单向/双向)2个移动+1个转动(单向/双向)1个移动+3个转动(单向/双向)3个移动+1个转动(单向/双向)2个移动+2个转动(单向