[工学]第二章__结构计算简图、物体受力分析1___工程力学.ppt
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1、工学第二章_结构计算简图、物体受力分析1_工程力学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一一.基本概念基本概念自由体:自由体:在空间可以自由运动而获得任意位移的物体。在空间可以自由运动而获得任意位移的物体。非自由体:非自由体:因受周围物体的阻碍、限制而不能任意运动的物因受周围物体的阻碍、限制而不能任意运动的物体。体。约束:约束:限制非自由体位移的其他物体称作非自由体的约束。限制非自由体位移的其他物体称作非自由体的约束。约束反力,约束力,反力:约束反力,约
2、束力,反力:由约束体产生的阻碍非自由体运由约束体产生的阻碍非自由体运动的力,方向总是和所限制的位移方向动的力,方向总是和所限制的位移方向(或位移趋势或位移趋势)相反。相反。主动力:主动力:系统所受的约束力以外的所有力,统称主动力。系统所受的约束力以外的所有力,统称主动力。2.1 约束与约束反力约束与约束反力10/23/20222一般所一般所一般所一般所说说说说的支座或支承,的支座或支承,的支座或支承,的支座或支承,约约约约束是相束是相束是相束是相对对对对的,的,的,的,a a a a对对对对b b b b有一有一有一有一方向的方向的方向的方向的约约约约束,束,束,束,则则则则b b b b对对
3、对对a a a a就有同一方向相反的就有同一方向相反的就有同一方向相反的就有同一方向相反的约约约约束与束与束与束与约约约约束相束相束相束相对应对应对应对应的的的的约约约约束力也是相束力也是相束力也是相束力也是相对对对对的。的。的。的。一物体(例一物体(例一物体(例一物体(例为为为为一一一一刚刚刚刚性杆件)在平面内确定其位置需性杆件)在平面内确定其位置需性杆件)在平面内确定其位置需性杆件)在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐要两个垂直方向的坐要两个垂直方向的坐要两个垂直方向的坐标标标标(一般取水平(一般取水平(一般取水平(一般取水平x x x x,竖竖竖竖直直直直y y y y)和)和)和)和
4、杆件的杆件的杆件的杆件的转转转转角。角。角。角。因此因此因此因此对应对应对应对应的的的的约约约约束力是两个力与一个束力是两个力与一个束力是两个力与一个束力是两个力与一个力偶力偶力偶力偶。10/23/20223约约 束束 类类 型型光滑面约束光滑面约束柔索约束柔索约束 链杆约束(二力杆)链杆约束(二力杆)定向支座定向支座固定端支座(嵌入端)固定端支座(嵌入端)铰链约束(中间铰)铰链约束(中间铰)固定固定(滚动滚动)铰支座铰支座支支座座约束约束10/23/20224(1 1)柔索)柔索约约束:束:由由软绳软绳构成的构成的约约束。束。绳绳索索悬悬挂重物,挂重物,物体只能受物体只能受绳绳子子对对其向上
5、的拉力其向上的拉力二二二二、约束类型:约束类型:约束类型:约束类型:计算简图计算简图 示意图示意图10/23/20225(1 1)柔索)柔索约约束束10/23/20226(2 2)光滑面约束:)光滑面约束:由两个物体光滑接触构成的约束。由两个物体光滑接触构成的约束。物体在光滑地面上,只受地面对其向上的压力。物体在光滑地面上,只受地面对其向上的压力。特点:特点:是单面约束,约束反力只能是压力。是单面约束,约束反力只能是压力。作用点:作用点:在接触处。在面在接触处。在面面接触的形式中,作用点具面接触的形式中,作用点具体位置与平衡形式有关。体位置与平衡形式有关。方向:方向:沿着接触处的公法线方向而指
6、向被支持物体。沿着接触处的公法线方向而指向被支持物体。公法线方向公法线方向公法线方向公法线方向示意图示意图 计算简图计算简图10/23/20227(3 3)光滑铰链约束:)光滑铰链约束:连接件销钉连接件销钉特点:特点:约束有两个相互垂直的约束力,是双面约束,反力是约束有两个相互垂直的约束力,是双面约束,反力是压力压力作用点:作用点:销钉与连接件的接触处,在垂直于圆柱销轴线的平销钉与连接件的接触处,在垂直于圆柱销轴线的平面内。面内。方向:方向:方向不定,通常表示为两个互相垂直的分力形式。方向不定,通常表示为两个互相垂直的分力形式。10/23/20228NF光滑铰链约束光滑铰链约束10/23/20
7、229(a a)滚动铰支座:)滚动铰支座:将杆件用铰链约束连接在支座上,支座将杆件用铰链约束连接在支座上,支座用滚轴支持在光滑面上,这样的支座称为滚动铰支座。表示用滚轴支持在光滑面上,这样的支座称为滚动铰支座。表示物体在竖直方向受到约束,物体在竖直方向受到约束,滚动铰支座的约束功能与光滑面滚动铰支座的约束功能与光滑面约束相同,可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。约束相同,可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。计算简图计算简图示意图示意图(4 4)铰铰支座支座10/23/202210(b b)固定)固定铰铰支座支座约束约束:固定固定铰铰支座是将杆件用支座是将杆件用铰链约铰链约束与地面相束与地面相连连接
8、。接。示意图示意图计算简图计算简图(4 4)铰铰支座支座10/23/202211固定铰支座约束固定铰支座约束10/23/202212(5 5)链杆约束:)链杆约束:链杆是两端用光滑铰链与其它物体连接,不计链杆是两端用光滑铰链与其它物体连接,不计自重且中间不受力作用的杆件。物体在竖直方向受到约束,约束自重且中间不受力作用的杆件。物体在竖直方向受到约束,约束力可向上,可向下。力可向上,可向下。链杆:链杆:两端用光滑铰链与其它构件连接且不考虑自重的刚杆。两端用光滑铰链与其它构件连接且不考虑自重的刚杆。特点:特点:是二力杆,提供双面约束。是二力杆,提供双面约束。反力方向:反力方向:沿杆方向,通常假定受
9、拉。沿杆方向,通常假定受拉。同一点处的两根不平行链杆等同于一固定铰支座。同一点处的两根不平行链杆等同于一固定铰支座。活动铰支座可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。活动铰支座可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。二二二二力力力力杆杆杆杆作用力与反作用力作用力与反作用力作用力与反作用力作用力与反作用力10/23/202213三个位移的三个位移的约约束及束及约约束反力束反力(6 6)固定端:)固定端:使杆件既不能使杆件既不能发发生移生移动动也不能也不能发发生生转转动动的的约约束体;束体;示意图示意图计算简图计算简图10/23/202214固定端约束:固定端约束:物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束物体的
10、一部分固嵌于另一物体所构成的约束成为固定端约束。成为固定端约束。约束特点:约束特点:限制物体在约束处任何方向的位移和转动。限制物体在约束处任何方向的位移和转动。约束反力特点:约束反力特点:是一个任意的分布力系,简化成一个大小是一个任意的分布力系,简化成一个大小和方向均未知的约束力和一个约束力偶。和方向均未知的约束力和一个约束力偶。10/23/202215一个位移及一个一个位移及一个转转角的角的约约束及束及约约束反力束反力(7 7)定向支座:)定向支座:将杆件用两根相将杆件用两根相邻邻的等的等长长、平行、平行链链杆杆与地面相与地面相连连接的支座。接的支座。M MFN10/23/202216 思考
11、思考思考思考 根据根据约约束(限制)的位移与相束(限制)的位移与相应应的的约约束力束力可以将可以将7 7种种约约束形式束形式归纳为归纳为以下以下4 4类类:(1 1)一个位移的一个位移的约约束及束及约约束反力束反力(2 2)两个位移的两个位移的约约束及束及约约束反力束反力(3 3)三个位移的三个位移的约约束及束及约约束反力束反力(4 4)一个位移及一个一个位移及一个转转角的角的约约束及束及约约束反力束反力10/23/2022172-2 结结构构计计算算简图简图一、一、一、一、结结结结构构构构计计计计算算算算简图简图简图简图计计算算简图简图是是实际结实际结构的构的简简化模型。化模型。选选用原用原
12、则则是:是:要能要能反映反映实际结实际结构的主要构的主要受力特性受力特性;同;同时时又要又要便于分析和便于分析和计计算。算。合理的合理的计计算算简图简图的建立的建立需要需要具备具备较较深厚的力学深厚的力学知识和清知识和清晰的晰的概念,并概念,并能能与工程与工程实实践相践相结结合,合,最后还能经受最后还能经受实实践践的的检验检验。本本课课程只程只讨论讨论(典型)(典型)计计算算简图简图。10/23/2022181 1支座形式及反力:支座形式及反力:支座的形式有:支座的形式有:链链杆支座、杆支座、铰铰支座、固定支座及定向支座。支座、固定支座及定向支座。支座支座支座支座约约约约束要注意:束要注意:束
13、要注意:束要注意:(1 1)链链杆支座的杆支座的约约束反力束反力,必定沿着,必定沿着铰链铰链两两边铰边铰中心的中心的连连线线作用在作用在受约束的受约束的物体上。准确地物体上。准确地说应为约说应为约束的位移方向。束的位移方向。如:表示如:表示为滚轴为滚轴支座和可支座和可动铰动铰支座形式,支座形式,则约则约束反力束反力应为应为竖竖直方向。(直方向。(忽略链杆自重)忽略链杆自重)二力杆的杆件:二力杆的杆件:只通只通过过两端两端铰链铰链受力作用,受力作用,链链杆只在两端杆只在两端铰链铰链外受力作用,因此又称二外受力作用,因此又称二力力杆杆为链杆。为链杆。10/23/202219(2 2)铰铰支座及反力
14、支座及反力,这这里的里的铰铰支座是固定支座是固定铰铰支座:支座:约约束杆束杆端的端的轴轴向、切向位移;相向、切向位移;相应应的的约约束反力是一个束反力是一个轴轴力和一个力和一个剪力。可以用两个垂直分力表示。剪力。可以用两个垂直分力表示。10/23/202220(3 3)固定支座固定支座,约约束杆端的束杆端的轴轴向、切向位移及向、切向位移及转动转动;相;相应应的固定端的固定端约约束反力是一个束反力是一个轴轴力、一个剪力和一个力偶。力、一个剪力和一个力偶。(4 4)定向支座定向支座,约约束杆端的束杆端的轴轴向位移及向位移及转动转动;相;相应应的的约约束束反力是沿反力是沿链链杆方向的力和定向支座:杆
15、方向的力和定向支座:约约束杆端的束杆端的轴轴向位移向位移及及转动转动;相;相应应的的约约束反力是沿束反力是沿链链杆方向的力和一个力偶。杆方向的力和一个力偶。10/23/202221固定端固定端固定端固定端约约约约束:束:束:束:使杆件既不能使杆件既不能发发生移生移动动也不能也不能发发生生转动转动的的约约束,或者束,或者说说物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束成为固定端约束。束成为固定端约束。AF F F FA A A Ax xF F F FAyAyy y y yx x x xM M M MA A约束特点:约束特点:约束特点:约束特点:限制物体在限制物体在限
16、制物体在限制物体在约束处任何方向的位移约束处任何方向的位移约束处任何方向的位移约束处任何方向的位移和转动。和转动。和转动。和转动。约束反力特点:约束反力特点:约束反力特点:约束反力特点:是一个是一个是一个是一个任意的分布力系,简化任意的分布力系,简化任意的分布力系,简化任意的分布力系,简化成一个大小和方向均未成一个大小和方向均未成一个大小和方向均未成一个大小和方向均未知的约束力和一个约束知的约束力和一个约束知的约束力和一个约束知的约束力和一个约束力偶。力偶。力偶。力偶。10/23/2022222 2结结点形式及作用力点形式及作用力 结结构中杆件的交点称构中杆件的交点称为为结结点点。结结构构计计
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- 工学 第二 _ 结构 计算 简图 物体 分析 _ 工程力学
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