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文档简介
惯性力与质点的达朗伯原理
刚体惯性力系的简化
动静法应用于刚体的动约束力分析
质点系的达朗伯原理达朗伯原理FNFRFaxzyOmA非自由质点AsS——运动轨迹。FN——约束力;F——主动力;一、惯性力物体在外力作用下发生运动状态改变时,所给予施力物体的反作用力。根据牛顿第二定律∵FR
为外界对物体的作用力,∴惯性力为
惯性力的方向与物体加速度的方向相反,作用在使物体运动状态发生改变的施力物体上§14-1惯性力与质点的达朗伯原理xzyOm根据牛顿第二定律——此即非自由质点的达朗伯原理引入:
作用在质点上的主动力和约束力与假想施加在质点上的惯性力,形式上组成平衡力系。二、质点的达朗伯原理应用达朗伯原理求解非自由质点动约束力的方法1、分析质点所受的主动力和约束力;2、分析质点的运动,确定加速度;3、在质点上加上与加速度方向相反的惯性力。4、用静平衡方程求解动静法的解题过程:三、动静法
质点的惯性力与动静法非自由质点达朗伯原理的投影形式平衡位置Oyyy=asint
求:颗粒脱离台面的最小振动频率振动筛例题
质点的惯性力与动静法平衡位置OyymamgmamgFNFNFI
解:通过分析颗粒的受力、运动并施加惯性力,确定颗粒脱离台面的位置和条件。yFIO平衡位置y平衡位置OyymamgFNFI
解:通过分析受力、分析运动并施加惯性力,确定颗粒脱离台面的位置和条件。应用动静法
颗粒脱离台面的条件FN=0,
引入惯性力,由得到:sint=1时,
最小。平衡位置OyymamgFNFI
解:颗粒在平衡位置以下的情况应用动静法
颗粒在平衡位置以下时不会脱离台面。引入惯性力,由解得:
质点的惯性力与动静法a2a1aiF1F2FiFN1FN2FNiFI1FI2FIim1mim2质点系的主动力系质点系的约束力系质点系的惯性力系§14-2质点系的达朗伯原理对整个质点系应用达朗伯原理,得到对质点系上的第i个质点,利用达朗伯原理有:
式中,将原来作用在第i个质点上的力分为:外力内力注意到:
质点系的达朗贝尔原理得到质点系的达朗贝尔原理
作用在质点系上的外力系与假想施加在质点系上的惯性力系,形式上组成平衡力系。ωCDθmgmgahllAB例题杆CD长2l,质量不计,小球C、D质量均为m,绕y轴以ω匀速转动,结构的几何尺寸如图。求:轴承A、B处的约束反力。ωCDθmgmgahllAB解:以整个系统为研究对象小球C、D的加速度如图在系统上加上惯性力由动静法,得代入:得到:解得:ωCDθmgmgahllAB一、概述:§14-3刚体惯性力系的简化
质点惯性力取决于各点的绝对加速度。
对于平面问题,刚体的惯性力组成平面力系。
对于一般问题,刚体的惯性力组成空间力系。
刚体惯性力系简化结果一个主矢
一个主矩二、刚体作平移刚体作平移时,各点的加速度与质心的加速度相同质点的惯性力构成一个均匀分布、同向的平行力系。∴合成结果为:通过质心的一个力结论:
刚体作平移时,惯性力系简化为一个通过刚体质心的合力。C三、刚体作定轴转动
具有对称平面的刚体绕垂直于对称平面的固定轴转动时,惯性力系向固定轴简化的结果,得到一个合力和一个合力偶。合力通过转轴O,方向与相反。合力偶方向与角加速度α方向相反。COαω刚体作定轴转动COαω证明:由于得:刚体作定轴转动主矢可进一步分解为:刚体作定轴转动,惯性力系的最终简化结果可写为:OαωC刚体作定轴转动(1)转轴通过质心简化结果仅为一个合力偶
(2)刚体作匀速转动简化结果仅为(3)转轴通过质心,且为匀速转动特例:OαωC四、刚体作平面运动刚体平面运动=随质心的平移+绕质心的转动将惯性力系向质心简化:平移部分的惯性力系合力绕质心转动的惯性力系合力偶结论:刚体作平面运动时,惯性力系简化为一个通过质心的合力,以及一个合力偶:Cαω结论:刚体作平面运动时,惯性力系简化为:一个通过质心的合力以及一个合力偶:应用达朗伯原理的解题过程2、分析研究对象的主动力和约束反力;画受力图3、根据研究对象的运动情况,画上惯性力的主矢和主矩,4、列出静平衡方程求解动静法的解题过程:五、动静法1、选取研究对象主矢和主矩和加速度、角加速度的方向相反在静平衡方程中,惯性力不加负号,直接代入例题利用达朗伯原理推导刚体平面运动微分方程Cαω解:根据刚体平面运动时惯性力系的简化结果,有:对刚体可列出如下方程得到:
半径为R、重量为W1的大圆轮,由绳索牵引,在重量为W2的重物A的作用下,在水平地面上作纯滚动,系统中的小圆轮重量忽略不计。
求:大圆轮与地面之间的滑动摩擦力例题OCW1AW2R
解:1、受力分析
考察整个系统,有4个未知约束。OCW1AW2RFFNFOxFOy
采用动静法,需将系统拆开。考虑先应用动能定理,求出加速度,再对大圆轮应用动静法。求出约束反力F
根据动能定理:OCW1AW2RFFNFOxFOy得到:对上式求导,注意到对轮子,加上惯性力后,用动静法,得到:代入:解得:注意到:CFFNW1例题绞车和梁共重为P,绞盘半径为R,转动惯量为J,绞车以加速度a提升质量为m的重物。求:支座A、B处的约束力和附加约束力解:以整个系统为研究对象作受力图(包括惯性力)ABOl3l2l1αPmgABOl3l2l1αPmg对系统应用动静法解得支座A、B处的约束力为:ABOl3l2l1αPmg支座A、B处的附加约束力为:
OA
均质杆件OA,A端铰接,在铅垂位置时受微小扰动运动到倾斜位置。求:1、惯性力的简化结果;
2、O处的约束力。例题解:1、运动分析
杆件OA绕O轴作定轴转动,转动角速度和角加速度分别为
和
。2、受力分析
转轴O处有沿着杆件轴线和垂直于杆件轴线方向约束力;
杆件作定轴转动的惯性力系向转轴O简化的结果为:W-杆件重力解:
2、受力分析3、应用动静法先求未知运动量
和
由:解:
4、应用动静法计算动约束力:§14-4定轴转动刚体上轴承的动约束力mmABABmm
FRAFRB理想状态偏心状态
ABmmABmmFRBFRAFRAFRB偏角状态既偏心又偏角状态
结论:刚体绕定轴转动时,轴承不产生动反力的条件为:(1)转轴通过刚体的质心
(2)刚体对转轴的惯性积等于0
静平衡和动平衡静平衡:转轴通过刚体的质心,刚体可在任意位置静止不动。静平衡的条件:转轴通过刚体的
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