静力学的基本概念-受力图.ppt

1、工程多媒体教材，第一章静力学的基本概念尝试，篇萧东北大学力学系侯祥林李永强，动画东北大学力学系李永强侯祥林，主审东北大学力学系郭星辉颜世英，1-5物体的受力分析，尝试，1-1力和刚体，1-2静力学公理理理论力学绪论，第一章静力学基础，1-6静力学修订机修订算法物体受力例题，理论力学内容为静力学：研究物体平衡问题的运动学：研究物体运动的几何性质的动力学：物体运动与物体受力关系，绪论，理论力学：研究物体机械运动的一般规律的科学。 理论力学任务：1)作为技术基础课，在后续课基础上；2 )研究质点系和刚体的机械运动的基本规律，机械运动：空间中物体位置随时间的变化。 理论力学研究方法：1)基于生产和生活

2、实践总结的力学最基本的规则；2 )实际抽象化力学模型，逻辑推论，构建理论体系；3 )需要实践检验、发展、知识：高等数学机械制图普通物理修订机语言；1 )静力学：研究物体在系统作用下平衡的科学。 2 )力系：指作用于物体上的一组力。 3 )平衡：相对于惯性参照系，物体处于静止或等速直线运动状态。 4 )平衡力系：如果一个物体由某个力系处于平衡状态，该力系就是平衡力系。 刚体静力学，基本概念，5 )静力学研究问题： (1)物体受力分析：物体受力有两种，主动力和约束反力。 (2)力系的简化：用单纯力系代替复杂力系的话，总效果不变。 (3)基于力系的物体平衡条件和力系的平衡方程式。 (4)物体平衡条件

3、下的未知力解析修正算法和修正算法修正算法解析。 因此，一、力1力的概念力是物体间的相互机械作用力对物体的作用效果：1)力的外效果：外力作用改变物体的运动状态。 这是理论力学研究的问题。 2 )力的内效应：内力作用使物体发生变形。 这是材料力学研究的问题。 两个力的两种作用方式直接作用：如人推车，两个物体碰撞。 场作用：重力场，万有重力场。 第一章静力学基础、1-1力和刚体、3力三要素： (1)力的大小(2)力的方向(3)力的作用点. 5力的单位国际单位制(SI )中，“n”作为力的基本单位符号称为牛顿。 也有用“kN”作为力的基本单位符号，被称为千牛顿。 四力的表现可以用向量表示力的三个要素，

4、该向量的长度以一定的比例尺表示力的大小向量的方向表示力的方向向量的起始端(点a )表示力的作用点沿着的直线(图中虚线)表示力的作用线。 我们用表示力的向量，用表示力的大小的向量。 二、刚体定义1 )刚体：指根据力，其内部任意2点间的距离不变的物体。 也就是说，是体积和形状都不会随力而改变的物体。 这是理想化的力学模型。 实际物体因力而变形。 研究力系对物体的外部效应时。 无视变形不影响物体平衡问题的研究。 静力学研究的对象是刚体，静力学称为刚体静力学。 研究力系对物体的内部效应时，不能忽视物体变形的作用是材料力学研究的问题。 2 )单刚体：指研究对象为单个物体。 3 )刚体系：研究对象是一个物

5、体系，包括构成一个物体系的多个单刚体和连接点。 4 )连接点：指刚体之间的连接部分。 这可以是结合部件和结合点。 因此，作用于1公理一(二力平衡公理)刚体的两个力平衡刚体的必要和充分的条件是，这两个力的大小相等，方向相反，作用于同一直线。即等值、反方向、同一直线。 刚体的情况下，这个条件是其平衡的必要和充分的条件。 关于变形体，该条件仅为平衡的必要条件，但不是充分的条件。 1-2静力学公理、2公理二(加减平衡力系公理)在作用于刚体的系中任意加入或减去平衡力系。 力系统对刚体的作用效果不变。 也就是说新力系和原力系是等价的，这个公理可以用来简化力系。 推论：力的可传递性原理作用于刚体的力，可以沿

6、其作用线移动到刚体的任意点。 作用于刚体的力的3个要素证明力的大小、力的方向和力的作用线。 可以看出作用于刚体的力是滑动向量。 3公理三(力的平行四边形规律)作用于物体的同一点的两个力可以合成为一个合力。 合力的作用点也在这一点上，合力的大小和方向由这两个力由边构成的平行四边形的对角线决定，或者合力向量等于这两个分力向量的几何和。 即：只求合力的大小和方向时，可以用力的三角形法则：从a点开始制作与大小相同、与方向相同的向量，通过b点制作与大小相同的向量，表示合力的大小和方向。 4公理四(作用和反作用力的法则)两个物体之间的作用和反作用力。 总是大小相等，方向相反，作用于同一直线，分别作用于2个

7、物体。 这个法则表示力成对出现，虽然是等值、反方向、共线，但作用于两个物体。 5刚化原理变形体在某种力系中处于平衡，如果将该变形体刚化为刚体，则平衡状态不变。 因此，一个或多个定义：1)自由体：可以在空间中任意移动的物体被称为自由体。 2 )非自由体：位移受到周围其他物体的限制，不能向某个方向移动的物体称为非自由体。 3 )约束：是限制非自由体的运动的条件，这些条件通常由周围的物体构成，将这些物体称为约束。 4 )约束反作用力：约束对非自由体的机械作用称为约束反作用力。 约束反作用力的方向与约束运动的方向相反。 按照1-3约束、约束类型、2 .约束类型、1 )约束部件类别、2 )约束自由度类别

8、、1 )约束部件类别、柔软体约束、绳、带接着2 )约束自由度类别进行分类的话，自由运动的刚体有6个自由度，x方向移动、x方向旋转、y方向移动、y方向旋转、z方向移动、z方向旋转、z方向旋转按一下以可约束约束类型的刚体运动自由度分类。 单一刚体约束类型有6种3360，1，1自由度约束是约束刚体单向平移位移的约束。 在这种约束中，柔性主体约束、1自由度约束：光滑面约束、可动铰链约束、2自由度约束是约束刚体的2个方向的平移位移的约束。 此约束包括径向轴承、2自由度约束、平面固定铰链约束、蝶形铰链约束、图梁AB、分析a、b点约束、3自由度约束：约束刚体的3个方向的平移位移的约束。 球节约束、推力轴承约

9、束、3自由度约束，该约束为图示矩形均质薄板ABCD的重力p、分析a、b、c点约束、导向轴承、万向接头约束、4自由度约束、4自由度约束：刚体的3方向平移位移和此约束包括6自由度约束、固定端约束和6自由度约束。 意味着约束刚体的3个方向的平移位移和3个方向的旋转位移的合订6个量。 此约束是指固定端约束。 连接点：刚系的刚体彼此相互连接的部分称为连接点。 系统刚刚平衡，所以每个刚体都要平衡，接点也要平衡。 连接点受不了力。 因此，根据连接点的特征，连接点约束可以分为连接点的1、2、3个自由度约束。 连接点约束引入了一个称为连接点约束的新约束概念，该概念用于在刚性系统受力分析时将分离体分解为多个分离体

10、。 分配连接点1自由度约束、连接点2自由度约束、连接点3自由度约束、返回、1-4主动力、主动力分类、集中力负荷的集中力偶.主动力：有使刚体产生运动或使运动状态变化的倾向的力。 主动力有三种类型：集中力、向量公式：分布载荷、分布载荷：每单位长度的力，称为集度。 矢量单位为牛顿/米(N/m )的一般类型：矩形分布载荷、梯形分布载荷、三角形分布载荷、集中偶、偶力概念：大小相等、方向相反、作用线平行且不重叠的两力构成的力系。 偶力是由M (F，f )表示的自由向量，并且空间偶力M (F，f )是由(f，f )二力构成的向量。 方向垂直于由(f，f )作用线构成的平面，由右手定律决定，其大小为：可沿着(

11、p，p )其作用线向l1、l2上的任意点移动。 力偶是与作用点无关的自由向量，可在作用面内自由移动。 平面偶的等效条件：如果同一平面的2个偶力、偶力的大小相等，转向相同的话，在2个等效、偶力M (F，f )的作用面上，任意取2点a和b，分别通过a、b的2点，平行线l1、l2和f的P=F Q，则M (P，p )的作用结果平面上的两个偶力：偶力矩大小相等，转向相同的两个等价，走、画、努力，对物体进行受力分析是解决静力学问题的重要步骤。 1-5物体的受力解析、受力、物体的受力解析步骤：1)采取对象。 (1)单刚体，将其本身作为研究对象；(2)刚体系，将关联刚体和连接点作为研究对象。 2 )建立正交坐

12、标系(满足右手定律)。 3 )画画(1)根据主动力类型分析主动力，描绘主动力。 (2)从约束反作用力类型中解析约束反作用力，描绘约束反作用力。 (3)图画刚体系的切入点。 解：本问题为单刚体受力分析问题。 (1)以薄板ABCD为研究对象，例1:个矩形均质薄板ABCD的重力P=200N，通过a点球铰链、b点盘铰链和绳均衡，AD=2m，ACD=ACE=300。 关于矩形板刚架受力分析，(2)建立坐标系(3)尝试、选题、解：主题是单刚体受力分析问题。 1 )以梯子AB为研究对象，2 )制作坐标系图(a )，3 )受力的图(b )，选题，例2将一个梯子AB，两端放置在光滑的面上，在c点用水平绳结，梯子

13、重量为p，作用于d点，对梯子AB受力进行分析。 2 )制作坐标系图(a) 3)的受力解析图(b )、选题、例3分布负荷q作用于刚架ABCD，尺寸图。 关于刚架受力分析。 解：本问题以单刚体受力解析问题1 )刚架ABCD为对象，解：本问题是单刚体受力解析问题。 1 )制作以取水涡轮为对象的2 )坐标系(a )，3 )如图(b )那样选择受力，例4一台水涡轮的偶力Mz=1200 Nm，用伞齿轮b将受力分解为3个分力、圆周力Ft、轴力Fa和径向力Fr例5不计一杆结构图、AC=BC、BC重量，对其刚体系作用力进行了分析。 解：本问题是刚系受力分析问题，是刚系受力分析。 因为BC杆只有b、c2点受力平衡

14、，所以BC是双力杆，可以确定按照公理1 b、c2点受力的方向是沿着直线BC。 1 )建立以AC和BC以及结合点c为研究对象的2 )坐标系，3 )受力分析，选题，例6由一个杆构造，三个杆组成，如图(a )所示，尝试构造受力分析。 解：本问题是刚体系受力分析问题。 结构由三个单刚体和三个连接点组成。 1 )把刚体AB，AC，DE和结合点a，d，e分别作为研究对象，作成AB为1号品，AC为2号品，DE为3号品.2)坐标系的图(注意在整个系统中使用1个坐标系)， 3 )如受力解析图(b )所示，解： (1)将刚体AD、DB和结合点d分别作为对象，将AD作为1号品，将DB作为2号品，(2)作成坐标系，如

15、图所示，制作坐标系(注意在整个系统中使用1个坐标系)，(3)受力，分析AD(1号品) 特别是第三主动力m起作用，d点是6自由度约束，平面上只有3个约束量，d点是第七约束中的2自由度约束。 d点、d销在某部分是AD :主动力q (分布载荷) a点是1自由度约束d点是第7种约束中的2自由度约束。 活动力的M B点为6自由度约束，平面上只有3个约束量。选题、例8 :在长度相等的直梁AB、CD中点e用铰链连接，设梁棒相互成直角的AC=BC=DB=AD=a，将梁的a、c端分别用球铰链固定在墙上。 用绳索BF吊起b端，梁杆处于水平位置，将绳索的另一端挂在钉子f上，连接f和c点的线沿铅垂方向，在FBC=450杆的d端挂上重量P=250N的物体，不计杆的重量，如图所示受力进行分析。 解：1)取全体、AC、CD和c点作为研究对象2 )坐标图。 (3)整个受力分析、CD波束、e点、AB波束、返回、选题、集中力用符号a1表示。 集中力代码：集中力作用点坐标和成分值，主动力代码，分布负荷代码为a2。 分布载荷代码：两个边界的坐标和集度分量。 集中偶表示符号为a3，集中偶符号：偶力成分，1-6静力学校正机校正符号规定，例1