静力学学习(受力分析).ppt

理论力学,主讲教师,土建学院力学系梁小燕,办公地点综合实验楼503 电话51687257,教 材,工程力学 北京交通大学出版社 运动学与动力学电子工业出版社 汪越胜 税国双主编,研究物体机械运动一般规律的科学。,机械运动指物体在空间的位置随时间的改变，是人们生活和生产实践中最常见的一种运动。,1.理论力学的研究对象和内容,机械运动,发热发光,电磁场,化合和分解,人类思维活动,化学变化,物理现象,运动的形式,理论力学所研究的机械运动是速度远小于光速的宏观物体的机械运动;,以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学;,这种机械运动是日常生活和实际工程中经常遇到的;,理论力学研究机械运动的最一般、最普遍的规律，是各门力学分支的基础。,2.理论力学的研究内容和目的,三部分：,静力学研究物体在力系作用下平衡的规律。,运动学 从几何角度研究物体运动（轨迹、速度、加速度），不研究物体运动的原因。,动力学 研究受力物体的运动与作用力之间的关系。,3.理论力学的研究方法,通过观察生活和生产实践中的现象,实验,获得力学的最基本规律,在观察和实验的基础上，建立力学模型，形成概念，在基本规律的基础上建立理论体系；,将理论用于实践，验证理论的正确性并推动理论的发展。,静力学,静力学:研究物体在力系作用下的平衡规律。（研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件、受力分析、力系简化）,*平衡:指物体相对惯性参考系保持静止或作匀速直线运动。,*力系:指作用在物体上的一群力。,将作用在物体上的一个力系用另一个力系代替，而不改变原力系对物体的作用效果，则称此两力系等效或互为等效力系。,在静力学中，将研究以下三个问题：,1.物体的受力分析。,2.力系的等效与简化。,3.力系的平衡条件及其应用。,用一个简单力系等效地替换一个复杂力系对物体的作用，称为力系的简化。,1-2 力和刚体的概念,1.力的概念,力是物体间相互的机械作用。,*力的外效应或运动效应,*力的内效应或变形效应,*力对物体的作用效果决定于力的三要素：大小、方向和作用点。,2.刚体,*刚体是实际物体被抽象化的理想的力学模型。,在力的作用下不变形的物体.（其内部任意两点之间的距离始终保持不变）,第2章 静力学公理与物体受力分析,2-1 静力学公理 2-2 约束和约束力*2-3 受力分析和受力图,2-1 静力学公理,公理1 力的平形四边形法则公理2 二力平衡条件公理3 加减平衡力系原理公理4 作用与反作用定律公理5 刚化公理,公理1 力的平行四边形法则（parallelogram law),作用在物体上同一点的两个力,可合成一个合力。合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定。,F1,F2,FR,矢量表达式：FR=F1+F2,F1,F2,FR,F1,F2,FR,力三角形法,该法则既是力的合成法则，也是力的分解法则。,公理2 二力平衡公理,作用在刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。,只在两力作用下平衡的刚体称为二力构件。,当构件为直杆时称为二力杆。,公理3 加减平衡力系公理,在已知力系上加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,导出下列推理：推理1 力的可传性,=,=,F1=F2=F,刚 体,推理1 力的可传性 作用在刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体内任意点,并不改变该力对刚体的作用.,推理2 三力平衡汇交定理,作用于刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用线汇交于一点,则此三力必共面且汇交于一点。,F1,F,F2,=,公理4 作用与反作用定律(principle of action and reaction),作用与反作用力是两物体间的相互作用力。这两个力大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。,表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在两个不同的物体上。,公理5 刚化公理,变形体在某一力系作用下处于平衡时，如将其“刚化”为刚体，其平衡状态保持不变。,刚体平衡是变形体平衡的必要条件而非充分条件,受力模型 实际载荷的简化,集 中 力,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,分 布 力,桥面板作用在钢梁的力,2-2 约束和约束力,自由体在空间的位移不受任何限制的物体。,非自由体位移受到限制的物体。,约束对非自由体的某些位移起限制作用的 周围物体。,约束力约束物体作用于被约束物体上的力.,约束力的方向总是和所限制的位移方向相反，由此可确定约束力的方向和作用线位置。,约束力的大小是未知的，在静力学中,可用平衡条件由主动力求出。,工程中常见的约束类型及其约束力,一、柔索约束,绳索对物体的约束反力,作用在接触点,方向沿着绳索背离被约束物体。,二、光滑面约束,光滑支承面对物体的约束反力,作用在接触点处,方向沿接触表面的公法线,指向被约束物体。,F,F,F,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。,铰链的结构特点 将具有同径圆孔的两构件用圆柱形销钉连接在一起,力学简图,中间铰链,三、光滑圆柱铰链约束(中间铰、固定铰支座),销钉(铰链),恐龙骨骼的铰链连接,固定铰支座,滑槽与销钉,四、滚动支座约束,固定铰链支座,活动铰链支座,两端用铰链连接；构件（杆）上没有其它力。,二力构件(杆)：,（向心轴承、径向轴承）,五、滚珠轴承,六、球 铰,约束力特点,盆骨与股骨之间的球铰连接,七、止推轴承,2-3 受力分析受力图,一、受力分析的基本步骤,确定研究对象,取隔离体,画出主动载荷,二、受力分析中的特别要求,二力构件必须找出,作用力和反作用力的规则要遵循,依次根据约束的性质画出约束反力,受 力 分 析 示 例(1),W,取 隔 离 体,画 受 力 图,取 隔 离 体,画 受 力 图,1.杆BC所受的力。,2.杆AB所受的力。,受 力 分 析 示 例(3),等腰三角形构架ABC的顶点A，B，C都用铰链连接，底边AC固定，而AB边的中点D作用有平行于固定边AC的力F，如图所示。不计各杆自重，试画出AB和BC的受力图,受 力 分 析 示 例(4),分析AB杆的受力(不考虑杆自重):,受 力 分 析 示 例(5),二力构件与三力汇交,受 力 分 析 示 例(6),试画出结构中的主要构件的受力图,受 力 分 析 示 例(7),B,C,FB,FC,图（b）,（c）受力图正确吗?,B,D,A,FD,FA,FE,FB,F,思考题,E,(a),(b),(c),受 力 分 析 示 例(8),FBy,FC,B,D,A,FD,FAx,FAy,FBx,E,F,FE,FBy,FBx,解答,B,A,C,A,D,C,F,FC,FB,F,FA,B,柔绳,图（b）受力图正确吗?,思考题,(a),(b),画出AC、CB及整体受力图,受 力 分 析 示 例(11),三铰拱受力分析,受 力 分 析 示 例(12),当销钉与两个物体连接并且不要求画销钉受力时，可将销钉归属在某一物体上。,画AC、BC及整体的受力图,销钉与三个以上物体连接时,由于销钉与每个连接物体之间都有作用与反作用关系,应根据需要可将销钉的受力单独画出来或将它归属在某个物体上。,受 力 分 析 示 例(13),如图所示，重物重G=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。,受 力 分 析 示 例(14),1.杆AB的受力图。,2.杆BC 的受力图。,3.滑轮B(不带销钉）的受力图。,4.滑轮B(带销钉）的受力图。,画出各杆、销钉A及整体受力图,受 力 分 析 示 例(15),受 力 分 析 示 例(16),各构件及销钉A的受力图,各部分及销钉B的受力图,受 力 分 析 示 例(17),各杆及销钉A的受力图,受 力 分 析 示 例(18),画出杆AB的受力图。,练习题,练习: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。,本 章 小 结,2.静力学公理,3.约束和约束力,1 力与刚体的概念,限制非自由体某些位移的周围物体，称为约束。,约束对被约束体施加的力称为约束反力,约束反力的方向与该约束所阻碍的位移方向相反。,4.物体的受力分析和受力图,（1）明确研究对象。不同的研究对象画出的受力图不同,（2）确定研究对象所受的力。,（3）分析多个物体组成的系统受力时,要分清内力与外力。,先画主动力再画约束反力。研究对象与周围物体接触的地方一定存在约束反力,谢谢大家,