桥梁受力分析.pptx
研究内容：研究内容：刚体在各种力系作用下平衡的一般规律刚体在各种力系作用下平衡的一般规律桥梁受有：桥梁受有：自身重力、铁轨压力、桥墩作用力、风载等自身重力、铁轨压力、桥墩作用力、风载等机身受有：机身受有：自身重力、旋翼轴的作用力、空气动力等自身重力、旋翼轴的作用力、空气动力等静力平衡静力平衡第1页/共85页11静力学的基本概念12静力学公理13约束与约束反力14物体的受力分析与受力图第一章基本概念与受力分析第2页/共85页力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿国际单位制：牛顿(N)N)1-1 静力学基本概念一、力Force的概念1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态。2.力的效应：运动效应(外效应)变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点AF第3页/共85页*运动效应运动效应或或外效应外效应*变形效应变形效应或或内效应内效应力的作用效应：第4页/共85页力系SystemofForcesSystemofForces：是指作用在物体上的一群力。平衡力系EquilibriumForceSystemEquilibriumForceSystem：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。动的状态。二.刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。三.平衡EquilibriumEquilibriumAF第5页/共85页平衡问题第6页/共85页第7页/共85页1-2 静力学基本公理公理：无须证明而为人们所公认的结论。公理1 二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等|F1|=|F2|方向相反F1=F2 作用线共线，作用于同一个物体上。第8页/共85页二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力杆二力杆memberssubjectedtotheactionoftwoforces不是二力构件不是二力构件第9页/共85页刚化公理将变形体看作刚体的条件将变形体看作刚体的条件刚体平衡条件是变形体平衡的必要条件而刚体平衡条件是变形体平衡的必要条件而非充分条件非充分条件。第10页/共85页推论 (力在刚体上的可传性)作用于作用于刚体刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。=F F11=F F22=F=FF FABF FABF F2 2F F1 1F F1 1AB公理2 加减平衡力系原理第11页/共85页即，即，合力为原两力的矢量和合力为原两力的矢量和。A 公理3(力平行四边形公理)作用于作用于物体物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。的力平行四边形的对角矢来表示。F F1 1F F2 2F FR R矢量表达式：矢量表达式：F FR R=F=F1 1+F+F2 2第12页/共85页AF F1 1F F2 2F FR RAF F1 1F F2 2F FR RAF F1 1F F2 2F FR R力三角形法第13页/共85页FR=F1+F2+Fn=S SFi （i=1,2,n）力多边形法则第14页/共85页推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。F F1 1F FF F2 2A=证明：F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1第15页/共85页F F3 3F FA=A3F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。证明：第16页/共85页公理4 作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。例吊灯第17页/共85页作用力与反作用作用力与反作用力力定律定律两物体间的相互作用力两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。线沿同一直线。此公理阐明了物体间相互作用的关系此公理阐明了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上。作用在不同的物体上。F FR RF FR R 齿齿轮轮啮啮合合力力第18页/共85页讨论：在拔河比赛中,既然双方的作用力与反作用力的大小相等,应该不可能分出胜负,实际上总有一方获胜,这是否违背了作用力与反作用力定律?第19页/共85页约束反力：约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。1-3 约束ConstraintConstraint与约束反力ConstraintForceConstraintForce一、概念自由体FreeBody：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体NonfreeBody：位移受限制的物体叫非自由体。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）第20页/共85页大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：GGN1N2第21页/共85页二、约束类型和确定约束反力方向的方法：柔性约束CableConstraintPPTTF F1 1F F2 2第22页/共85页A第23页/共85页柔绳约束胶带构成的约束柔性约束CableConstraint第24页/共85页柔绳约束链条构成的约束 约束类型与约束类型与实例实例第25页/共85页绳索、链条、皮带绳索、链条、皮带柔性约束CableConstraint第26页/共85页约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体沿公法线，指向受力物体光滑面约束SmoothSurfaceConstraintPNNPNANBNN第27页/共85页凸轮顶杆机构第28页/共85页第29页/共85页F FR R F FR R光滑面约束SmoothSurfaceConstraint第30页/共85页光滑面约束SmoothSurfaceConstraint第31页/共85页滑槽与销钉（双面约束）光滑面约束SmoothSurfaceConstraint第32页/共85页Smoothsurface光滑面约束SmoothSurfaceConstraint第33页/共85页H光滑圆柱铰链结构一般有以下四种形式中间铰固定铰支座活动铰支座(辊轴支座)二力构件(链杆)其它第34页/共85页光滑铰链约束光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin圆柱铰链AAXAYAAFNFNFNFxFy第35页/共85页恐龙骨骼的铰链连接恐龙骨骼的铰链连接光滑铰链约束光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin第36页/共85页球股骨盆骨球窝盆盆骨骨与与股股骨骨之之间间的的球球铰铰连连接接光滑铰链约束光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin第37页/共85页光滑铰链约束光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin第38页/共85页光滑铰链约束光滑铰链约束Constraint Of Smooth Cylindrical Pin第39页/共85页第40页/共85页第41页/共85页中间铰铰(Hinge)第42页/共85页销钉销钉中间铰中间铰第43页/共85页简化表示：约束力表示：第44页/共85页固定铰支座上摆上摆销钉销钉下摆下摆第45页/共85页固定铰支座swf0109b.swf第46页/共85页固定铰支座第47页/共85页铰固定铰支座第48页/共85页固定铰支座第49页/共85页活动铰支座Sliding Hinged-Support（辊轴支座）第50页/共85页上摆上摆销钉销钉底板底板滚轮滚轮活动铰支座第51页/共85页活动铰支座第52页/共85页其它表示其它表示FAAFBFCBCAFABFBCFC活动铰支座第53页/共85页连杆支座连杆支座连杆支座的约束力沿连杆中心线，指向不定。第54页/共85页连杆支座连杆支座第55页/共85页翻斗车连杆支座连杆支座第56页/共85页第57页/共85页实例第58页/共85页固定端约束固定端约束烟筒，电线杆，悬臂粱，机床的卡盘第59页/共85页约束类型和约束反力约束类型约束力未知量个数112223第60页/共85页约束类型和约束反力约束类型约束力未知量数目34456第61页/共85页一、受力分析一、受力分析作用在物体上的力有：主动力：如重力,风力,气体压力等。被动力：即约束反力。1-4 物体的受力分析和受力图第62页/共85页画物体受力图主要步骤为：选研究对象；取分离体；画上主动力；画出约束反力。二、受力图例（类似于p21）第63页/共85页ATAAAPTA柔性约束第64页/共85页例（p20）尖点问题应去掉约束应去掉约束第65页/共85页作图示轧路机轧轮的受力图。第66页/共85页OABCOTBPAN第67页/共85页例例(p21)两只油桶堆放在槽中，画出每个桶的受两只油桶堆放在槽中，画出每个桶的受力图。力图。第68页/共85页例.(p16)画各构件的受力图二力构件第69页/共85页ABCBCACABCDCCD第70页/共85页例题 由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示。在AB杆上放一重为P的管道。A,B,C处都是铰链连接。不计各杆的自重,各接触面都是光滑的。试分别画出管道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的受力图。ACBDOP第71页/共85页解:(1)取管道O为研究对象OPND(2)取斜杆取斜杆BC为研究对象为研究对象CBRCRB二力杆二力杆ACBDOP第72页/共85页ABDNDRBFAy(3)取水平杆取水平杆AB为研究对象为研究对象FAXFA三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理CBRCRBACBDOPOPND第73页/共85页(4)取整体为研究对象：取整体为研究对象：FAyFAXRCCBRCRBACBDOPDACBOPABDNDRBFAyFAX第74页/共85页(4)取整体为研究对象：取整体为研究对象：RCCBRCRBACBDOPDACBOPABDNDRBFAyFAXFAE第75页/共85页如图所示结构，画AD、BC的受力图。第76页/共85页C双铰刚杆约束例题ABABFAFB双铰链刚杆约束受力图正确吗?第77页/共85页CABABF FA AF FB B双铰链刚杆约束第78页/共85页例(p15)画出AB杆的受力图（杆自重不计）。第79页/共85页AACCBBABCABCABC第80页/共85页对于一定的牵引力对于一定的牵引力怎样确定配重W 或滑轮位置？第81页/共85页学生常犯的错误第82页/共85页本章小结本章小结p静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律；静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律；p约束力反映了不同约束对非自由体运动的限制作用，约束力反映了不同约束对非自由体运动的限制作用，同时也反映了物体之间的接触关系；同时也反映了物体之间的接触关系；p正确画出物体的受力图是研究物体平衡和运动的前提。正确画出物体的受力图是研究物体平衡和运动的前提。第83页/共85页作 业1.1、1.2、1.3第84页/共85页感谢您的观看。第85页/共85页
