土木工程力学基础力和受力图精品文稿.ppt
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1、土木工程力学基础力和受力图2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础第1页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础单元一单元一.力和受力图力和受力图单元学习目标单元学习目标1.1.能解释力、力的两种效应等概念能解释力、力的两种效应等概念2.2.能叙述静力学的基本公理能叙述静力学的基本公理3.3.会根据约束的类型确定约束反力会根据约束的类型确定约束反力4.4.能画出单个物体的受力图能画出单个物体的受力图5.5.能完成小组学习项目中的能完成小组学习项目中的1 1个任务个任务第2页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/2
2、3土木工程力学基础土木工程力学基础一力的基本知识一力的基本知识1.1.力力力是物体间相互的机械作用。力是物体间相互的机械作用。力的外效应力的外效应力的外效应力的外效应使物体的运动状态发生变化使物体的运动状态发生变化使物体的运动状态发生变化使物体的运动状态发生变化力的内效应力的内效应力的内效应力的内效应使物体产生变形使物体产生变形使物体产生变形使物体产生变形 力的三要素力的三要素力的三要素力的三要素力的大小、方向(方位与指向力的大小、方向(方位与指向力的大小、方向(方位与指向力的大小、方向(方位与指向 )、作用)、作用)、作用)、作用点点点点 第3页,本讲稿共32页2022/9/232022/9
3、/23土木工程力学基础土木工程力学基础n n力的图示力的图示力的图示力的图示力是矢量。通常用一个带箭力是矢量。通常用一个带箭力是矢量。通常用一个带箭力是矢量。通常用一个带箭头的线段表示力的三要素。头的线段表示力的三要素。头的线段表示力的三要素。头的线段表示力的三要素。n n力的大小力的大小力的大小力的大小线段的长度(按选定的比例)表线段的长度(按选定的比例)表线段的长度(按选定的比例)表线段的长度(按选定的比例)表示示示示n n力的方向力的方向力的方向力的方向线段的方位和箭头表示线段的方位和箭头表示线段的方位和箭头表示线段的方位和箭头表示n n力的作用点力的作用点力的作用点力的作用点带箭头线段
4、的起点或终点带箭头线段的起点或终点带箭头线段的起点或终点带箭头线段的起点或终点表示表示表示表示n n力的作用线力的作用线力的作用线力的作用线通过力的作用点并沿着力通过力的作用点并沿着力通过力的作用点并沿着力通过力的作用点并沿着力的方位的直线。的方位的直线。的方位的直线。的方位的直线。n n力的单位力的单位力的单位力的单位牛顿(牛顿(牛顿(牛顿(N N N N)或千牛顿(或千牛顿(或千牛顿(或千牛顿(kNkNkNkN)一力的基本知识一力的基本知识力的图示力的图示力的图示力的图示第4页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础2.力系力系n n力系力系作用
5、在同一物体上的一组力。n n等效力系等效力系对物体作用效果相同的力系。n n合力合力如果一个力与一个力系等效,则此力称为该力系的合力合力,而力系中的各个力都是其合力的分力分力。n n平衡力系平衡力系使物体保持平衡的力系。一力的基本知识一力的基本知识第5页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础3.3.荷载类型荷载类型n n荷载荷载使结构或构件产生运动或有运动趋势的主动力n n集中力或集中荷载集中力或集中荷载 作用于一点的力 n n分布力分布力 力的作用面积较大的力n n线分布力或线荷载线分布力或线荷载当物体所受的力,是沿着某条线连续分布且相互平行的力
6、系一力的基本知识一力的基本知识第6页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础例例1.1.梁的自重,可以简化为沿梁的轴线分梁的自重,可以简化为沿梁的轴线分布的线荷载如图示。布的线荷载如图示。单位长度上所受的力,称为分布力在该处的荷单位长度上所受的力,称为分布力在该处的荷单位长度上所受的力,称为分布力在该处的荷单位长度上所受的力,称为分布力在该处的荷载集度,通常用载集度,通常用载集度,通常用载集度,通常用 q q 表示,其单位是表示,其单位是表示,其单位是表示,其单位是 N/m N/m或或或或kN/m kN/m 线分布荷载的大小用合力表示线分布荷载的大小
7、用合力表示线分布荷载的大小用合力表示线分布荷载的大小用合力表示合力的大小合力的大小合力的大小合力的大小QQ=qlql合力的作用点为分布长度的中点合力的作用点为分布长度的中点合力的作用点为分布长度的中点合力的作用点为分布长度的中点第7页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础二二.静力学公理静力学公理1.1.二力平衡公理二力平衡公理 刚体在两个力作用下保持平衡的必要和刚体在两个力作用下保持平衡的必要和充分条件是:此两力大小相等,方向相反,充分条件是:此两力大小相等,方向相反,作用在一条直线上。作用在一条直线上。第8页,本讲稿共32页2022/9/232
8、022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础二力平衡公理的应用二力平衡公理的应用 二力构件二力构件对于只受两个力作用而处于平衡的刚体。对于只受两个力作用而处于平衡的刚体。二力构件不论其形状如何,所受两个力的作用线二力构件不论其形状如何,所受两个力的作用线必沿二力作用点的连线。必沿二力作用点的连线。第9页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础2 2作用与反作用公理作用与反作用公理 两个物体间的相互作用的一对力总是大两个物体间的相互作用的一对力总是大小相等,方向相反,沿同一直线且分别作小相等,方向相反,沿同一直线且分别作用在两个相互作用的物体上。用
9、在两个相互作用的物体上。二二.静力学公理静力学公理第10页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础3.3.平行四边形公理平行四边形公理作用于物体上同一点的两个力,可以合成为作用于该点一个合力。合力的大小和方向可用这两个已知力为邻边所构成的平行四边形的对角线表示。二二.静力学公理静力学公理第11页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础4.4.加减平衡力系公理加减平衡力系公理在作用于刚体的力系中,加上或去掉一个在作用于刚体的力系中,加上或去掉一个任何平衡力系,并不会改变原力系对刚体的任何平衡力系,并不会改变原
10、力系对刚体的作用效应。作用效应。二二.静力学公理静力学公理力的可传性力的可传性作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点,作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点,而不改变该力对刚体的作用效果。而不改变该力对刚体的作用效果。第12页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础三三.常见约束类型及其反力常见约束类型及其反力1.1.约束与约束反力约束与约束反力n n主动力主动力 使物体产生运动或运动趋势的力。使物体产生运动或运动趋势的力。n n约束约束限制物体运动的其他物体。限制物体运动的其他物体。n n约束反力约束反力约束对于被约束物体的运动起限
11、约束对于被约束物体的运动起限制作用的力。制作用的力。第13页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础2.2.几种常见的约束类型及其反几种常见的约束类型及其反几种常见的约束类型及其反几种常见的约束类型及其反力力力力n n柔索约束柔索约束柔索约束柔索约束由绳索、链条、由绳索、链条、由绳索、链条、由绳索、链条、胶带等柔体构成的约束,都胶带等柔体构成的约束,都胶带等柔体构成的约束,都胶带等柔体构成的约束,都称为柔索约束。称为柔索约束。称为柔索约束。称为柔索约束。n n约束特征:约束特征:约束特征:约束特征:只能限制物体沿只能限制物体沿只能限制物体沿只能限制物
12、体沿着柔索的中心线离开柔索的着柔索的中心线离开柔索的着柔索的中心线离开柔索的着柔索的中心线离开柔索的运动。运动。运动。运动。n n反力特征:反力特征:反力特征:反力特征:柔索对物体的约柔索对物体的约柔索对物体的约柔索对物体的约束反力束反力束反力束反力T T T T 通过接触点,其方通过接触点,其方通过接触点,其方通过接触点,其方向沿着柔索的中心线而背离向沿着柔索的中心线而背离向沿着柔索的中心线而背离向沿着柔索的中心线而背离物体,是拉力。物体,是拉力。物体,是拉力。物体,是拉力。三三.常见约束类型及其反力常见约束类型及其反力第14页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学
13、基础土木工程力学基础n n光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束当物体在接触处的当物体在接触处的当物体在接触处的当物体在接触处的摩擦力很小,即可以忽略不计时,摩擦力很小,即可以忽略不计时,摩擦力很小,即可以忽略不计时,摩擦力很小,即可以忽略不计时,两物体彼此形成的约束就是光滑面两物体彼此形成的约束就是光滑面两物体彼此形成的约束就是光滑面两物体彼此形成的约束就是光滑面约束。约束。约束。约束。n n约束特征:约束特征:约束特征:约束特征:只能限制物体沿着接触只能限制物体沿着接触只能限制物体沿着接触只能限制物体沿着接触面的公法线指向接触面的运动,而不面的公法线指向接触面的运动,而不面的公法线指向接
14、触面的运动,而不面的公法线指向接触面的运动,而不能限制物体沿着接触面的公切线或离能限制物体沿着接触面的公切线或离能限制物体沿着接触面的公切线或离能限制物体沿着接触面的公切线或离开接触面的运动。开接触面的运动。开接触面的运动。开接触面的运动。n n反力特征:反力特征:反力特征:反力特征:通过接触点,沿公法线通过接触点,沿公法线通过接触点,沿公法线通过接触点,沿公法线方向指向被约束物体,是一个压力,方向指向被约束物体,是一个压力,方向指向被约束物体,是一个压力,方向指向被约束物体,是一个压力,常用字母常用字母常用字母常用字母N N N N 表示。表示。表示。表示。三三.常见约束类型及其反力常见约束
15、类型及其反力第15页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础三三.常见约束类型及其反力常见约束类型及其反力圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束两两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔,用一圆柱形物体分别钻有直径相同的圆柱形孔,用一圆柱形销钉连接起来,在不计摩擦时,即构成光滑圆柱形铰链约束,简称铰链约销钉连接起来,在不计摩擦时,即构成光滑圆柱形铰链约束,简称铰链约束。束。约束特点:约束特点:约束特点:约束特点:约束的本质为光滑接触面约束,因其接触点位置未定,约束的本质为光滑接触面约束,因其接触点位置未定,无法预先确定的未知力。通常用两个大
16、小未知的正交分力来表无法预先确定的未知力。通常用两个大小未知的正交分力来表示。示。铰链约束分类:铰链约束分类:铰链约束分类:铰链约束分类:连接铰链、链杆支座、固定铰链支座、活动铰连接铰链、链杆支座、固定铰链支座、活动铰链支座链支座第16页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础铰链约束的分类铰链约束的分类n n链杆约束链杆约束两端用销钉与物体相连且中两端用销钉与物体相连且中间不受力(自重忽略不计)的直杆。间不受力(自重忽略不计)的直杆。n n反力特征:反力特征:只能限制物体沿着链杆中心线,只能限制物体沿着链杆中心线,指向未定。指向未定。第17页,本讲
17、稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础n n固定铰支座固定铰支座固定铰支座固定铰支座用圆柱铰链连接的两个构件中,用圆柱铰链连接的两个构件中,用圆柱铰链连接的两个构件中,用圆柱铰链连接的两个构件中,如果有一个固定不动,就构成固定铰支座。如果有一个固定不动,就构成固定铰支座。如果有一个固定不动,就构成固定铰支座。如果有一个固定不动,就构成固定铰支座。n n这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动,这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动,这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动,这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动,而不能限制其转动,其约束反力与圆柱铰链
18、相同。而不能限制其转动,其约束反力与圆柱铰链相同。而不能限制其转动,其约束反力与圆柱铰链相同。而不能限制其转动,其约束反力与圆柱铰链相同。铰链约束的分类铰链约束的分类第18页,本讲稿共32页2022/9/232022/9/23土木工程力学基础土木工程力学基础n n可动铰支座可动铰支座可动铰支座可动铰支座将铰链支座用将铰链支座用将铰链支座用将铰链支座用几个辊轴在水平面上即构成可几个辊轴在水平面上即构成可几个辊轴在水平面上即构成可几个辊轴在水平面上即构成可动铰支座。动铰支座。动铰支座。动铰支座。n n约束特征:约束特征:约束特征:约束特征:不能限制被支承构不能限制被支承构不能限制被支承构不能限制被
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