约束力和约束反力精选课件.ppt

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1、关于约束力和约束反力第一页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 1.3 约束及约束反力约束及约束反力第二页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究 1-3 约束及约束反力约束及约束反力主要内容：主要内容：(1)概念：概念：约束、约束反力；约束、约束反力；(2)常见约束类型常见约束类型:柔体约束柔体约束 光滑面约束光滑面约束*固定端固定端掌握：约束特点、反力性质光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链活动铰支座活动铰支座固定铰支座固定铰支座球铰球铰第三页，本课件共有58页高速铁路新型板

2、式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究 1-3 约束及约束反力约束及约束反力概念：概念：自由体自由体：可以在空间作任意运动的物体，如飞机、火箭等；可以在空间作任意运动的物体，如飞机、火箭等；非自由体非自由体：受到其它物体的限制，沿着某些方向不能运动受到其它物体的限制，沿着某些方向不能运动的物体。如悬挂的重物。的物体。如悬挂的重物。约束约束：阻碍物体运动的限制物体。约束通常是通过物体间的阻碍物体运动的限制物体。约束通常是通过物体间的直接接触形成的。直接接触形成的。约束反力约束反力：当物体沿着约束所阻碍的运动方向运动或有运动当物体沿着约束所阻碍的运动方向运动或有运动

3、趋势时，约束对其必然有力的作用，以限制其运动，这种力趋势时，约束对其必然有力的作用，以限制其运动，这种力称为约束反力。简称反力。称为约束反力。简称反力。第四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究约束反力的约束反力的特点特点：大小大小常常是未知的；常常是未知的；方向方向总是与约束限制的物体的总是与约束限制的物体的 位移方相反；位移方相反；作用点作用点在物体与约束相接触的那一点。在物体与约束相接触的那一点。1-3 约束及约束反力约束及约束反力第五页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理

4、论与力学性能研究柔索柔索只能受拉力只能受拉力，又称张力，又称张力.(1)(1)柔体约束：约束：约束特点约束特点：1-3 约束及约束反力约束及约束反力 柔索的约束柔索的约束反力作用于反力作用于接触接触点点，方向方向沿柔沿柔索的中心线而索的中心线而背离物体，为背离物体，为拉力。拉力。第六页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究N(2)光滑面约束光滑面约束:两物体接触，不考虑摩擦力，即可认为是光滑面约束。两物体接触，不考虑摩擦力，即可认为是光滑面约束。反力作用在接触处反力作用在接触处,方向沿接触处的公法线并指向受力方向沿接触处的公法线并

5、指向受力物体物体，为压力为压力ABCNANBNC 1-3 约束及约束反力约束及约束反力第七页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究反力画法：反力画法：WW0G G光滑约束（接触面法向压力）光滑约束（接触面法向压力）光滑约束（接触面法向压力）光滑约束（接触面法向压力）G G1 1 1 1G2 2N NN N1 1N N2 2N N1 1N N2 2N N3 3 1-3 约束及约束反力约束及约束反力(2)光滑面约束光滑面约束:第九页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究光

6、光滑滑面面约约束束光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链固定铰支座固定铰支座活动铰支座活动铰支座球铰球铰 1-3 约束及约束反力约束及约束反力第十页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究u光滑圆柱铰链：光滑圆柱铰链：常用过铰链中心两个大小未知的正交分力常用过铰链中心两个大小未知的正交分力X，Y来表示来表示,两个分力的指向可以假设。两个分力的指向可以假设。光滑圆柱铰链是指用圆柱形销钉将两个构件联接在一起光滑圆柱铰链是指用圆柱形销钉将两个构件联接在一起所形成的约束，不计接触处的摩擦。所形成的约束，不计接触处的摩擦。铰链约束的反力铰链约束的反力：1-

7、3 约束及约束反力约束及约束反力第十一页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究两个构件用光滑圆柱铰链连接称为两个构件用光滑圆柱铰链连接称为铰连接铰连接。1-3 约束及约束反力约束及约束反力l 铰连接铰连接简图：简图：约束反力通过铰中约束反力通过铰中心，大小和方向不能确心，大小和方向不能确定，通常用正交的两个定，通常用正交的两个分力表示。分力表示。光滑圆光滑圆柱铰链柱铰链铰连接铰连接链链 杆杆第十二页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究两端各以铰与不同的物件连接且其两

8、端各以铰与不同的物件连接且其自重不计自重不计的的杆杆件件称为称为链杆链杆。1-3 约束及约束反力约束及约束反力 链杆是二链杆是二力杆，其约束力杆，其约束反力沿两铰的反力沿两铰的连线方向，可连线方向，可为拉力，也可为拉力，也可为压力。为压力。第十三页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 1-3 约束及约束反力约束及约束反力链杆链杆只在两铰处受力，力的方向沿两铰连线。链杆只在两铰处受力，力的方向沿两铰连线。第十四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究光光滑滑面面约约束

9、束光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链固定铰支座固定铰支座活动铰支座活动铰支座球铰球铰 1-3 约束及约束反力约束及约束反力固定铰支座固定铰支座第十五页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究 1-3 约束及约束反力约束及约束反力u固定铰支座：固定铰支座：将结构物或构件用铰链约束与地面或机座连将结构物或构件用铰链约束与地面或机座连接就构成了接就构成了固定铰支座固定铰支座。支座支座：任何建筑结构（构件），都必须任何建筑结构（构件），都必须安置在一定的支承物安置在一定的支承物上，才能上，才能承受荷载的作用，达到稳固使用的目的。承受荷载的作用，达到稳

10、固使用的目的。在工程上常常在工程上常常通过支座通过支座将构件将构件支承支承在基础或另一静止的在基础或另一静止的构件上，支座对构件就构成约束。构件上，支座对构件就构成约束。支座的构造是多种多样的，支座的构造是多种多样的，对实际支座要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾进行简化。对实际支座要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾进行简化。第十六页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究约束特点约束特点：构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转动构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转动l 简图：简图：1-3 约束及约束反力约束及约束反力u固定铰支座：

11、固定铰支座：固定铰支座的固定铰支座的约束反力约束反力特点与特点与铰连接铰连接完全相同。完全相同。反力画法：反力画法：第十七页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 建筑结构中这种理想的支座是不多见的，通常把不能建筑结构中这种理想的支座是不多见的，通常把不能产生移动，只可能产生微小转动的支座视为固定铰支座产生移动，只可能产生微小转动的支座视为固定铰支座 。1-3 约束及约束反力约束及约束反力u固定铰支座：固定铰支座：例如例如：一根斜杆，用预埋螺栓与混凝土垫块相连，垫块则砌一根斜杆，用预埋螺栓与混凝土垫块相连，垫块则砌在支座在支座(墙

12、墙)内，这时，支座内，这时，支座(墙墙)阻止了结构的垂直移动和阻止了结构的垂直移动和水平移动，但是，它不能阻止结构的微小转动。这种支水平移动，但是，它不能阻止结构的微小转动。这种支座就可简化为固定铰支座。座就可简化为固定铰支座。第十八页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究活动铰支座活动铰支座光光滑滑面面约约束束光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链球铰球铰 1-3 约束及约束反力约束及约束反力固定铰支座固定铰支座活动铰支座活动铰支座活动铰支座活动铰支座第十九页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计

13、理论与力学性能研究 在固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成在固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成 约束力约束力：通过接触点，垂直于光滑接触面。：通过接触点，垂直于光滑接触面。方向任意假定。方向任意假定。u活动铰支座：活动铰支座：约束特点约束特点：仅约束构件在垂直于支撑面方向的位移。仅约束构件在垂直于支撑面方向的位移。1-3 约束及约束反力约束及约束反力第二十页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究 例如：一个搁置在砖墙上的梁。砖墙就是梁的支座，如略去例如：一个搁置在砖墙上的梁。砖墙就是梁的支座，如略去梁与砖墙之间的

14、摩擦力，则砖墙只能限制梁向下运动，而不能梁与砖墙之间的摩擦力，则砖墙只能限制梁向下运动，而不能限制梁的转动与水平方向的移动。这样，就可以将砖墙简化为限制梁的转动与水平方向的移动。这样，就可以将砖墙简化为活动铰支座。活动铰支座。活动铰：活动铰：1-3 约束及约束反力约束及约束反力第二十二页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究滑滑 动动 轴轴 承：承：图图1-19(a)1-3 约束及约束反力约束及约束反力XY第二十四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究滚滚 动动 轴

15、轴 承：承：图图1-19(b)1-3 约束及约束反力约束及约束反力XY约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。可用二个通过轴心的正交分力表示。可用二个通过轴心的正交分力表示。第二十五页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究活动铰支座活动铰支座光光滑滑面面约约束束光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链球铰球铰 1-3 约束及约束反力约束及约束反力固定铰支座固定铰支座球铰球铰球铰球铰第二十六页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 1-3 约束及约束反力

16、约束及约束反力球形铰约束：通过圆球和球壳将两个构件连接在一起的约束称为球铰。第二十七页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究u球铰：球铰：约束特点约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动动，但构件与球心不能有任何移动 约束力约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约束当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约束力通过接触点力通过接触点,并指向球心并指向球心,是一个不能预先确定的是一个不能预先确定的空间力空间力.可用可用三个正交分力表示三个

17、正交分力表示 1-3 约束及约束反力约束及约束反力l 简图：简图：第二十八页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究u常见约束类型常见约束类型:柔体约束柔体约束 光滑面约束光滑面约束*固定端固定端 1-3 约束及约束反力约束及约束反力第三十页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究*(3)固定端固定端 1-3 约束及约束反力约束及约束反力第三十一页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究*(3)固定端固定端 约

18、束力约束力：水平反力：水平反力X X、竖向反力、竖向反力Y Y、反力偶、反力偶M M约束特点约束特点：在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转动。在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转动。1-3 约束及约束反力约束及约束反力即：限制了平面内所有可能的运动（移动和转动）第三十二页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究小结：小结：(2)光滑面约束光滑面约束(3)固定端固定端:2个互相垂直分力、个互相垂直分力、1个反力偶个反力偶光滑圆柱铰链：光滑圆柱铰链：2个互相垂直分力个互相垂直分力活动铰支座：活动铰支座：1个垂直接触面的反力个垂直

19、接触面的反力固定铰支座：固定铰支座：2个互相垂直分力个互相垂直分力球铰：球铰：3个互相垂直分力个互相垂直分力end(1)柔体约束柔体约束:拉力拉力 1-3 约束及约束反力约束及约束反力第三十三页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究 1.4 物体的受力图物体的受力图第三十四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究1-4 物体的受力图物体的受力图 在工程实际中，为了求出未知的约束反力，需在工程实际中，为了求出未知的约束反力，需要根据已知力，应用平衡条件求解。为此，首先要

20、要根据已知力，应用平衡条件求解。为此，首先要确定物体的全部受力情况确定物体的全部受力情况，即对物体进行受力分析。，即对物体进行受力分析。反映物体受力状态的图称为反映物体受力状态的图称为受力图受力图。第三十五页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究1-4 物体的受力图物体的受力图 1.1.明确研究对象，把所要研究的物体从约束中解除出来，明确研究对象，把所要研究的物体从约束中解除出来，即即“解除约束，取分离体解除约束，取分离体”；受力分析的方法：受力分析的方法：2.2.绘出作用在物体上的所有已知力绘出作用在物体上的所有已知力(荷载、自

21、重等荷载、自重等)；3.3.将所有约束对物体的作用，用相应的反力表示出来，即将所有约束对物体的作用，用相应的反力表示出来，即“代以反力代以反力”。注意事项：注意事项：（1 1）根据约束的性质来画；根据约束的性质来画；（2 2）根据力的有关性质来画；根据力的有关性质来画；作用力与反作用力作用力与反作用力二力平衡共线二力平衡共线三力平衡汇交三力平衡汇交第三十六页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究1.4 物体的受力图物体的受力图受力图的绘制步骤受力图的绘制步骤：选研究对象；选研究对象；取分离体取分离体；画已知力；画已知力；画约束反力

22、。画约束反力。第三十七页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究例例1 1：小球自重为：小球自重为G，绘制其受力图。，绘制其受力图。解解:(1)以小球为研究对象，取其为分离体（解除约束）；以小球为研究对象，取其为分离体（解除约束）；(2)画画已知力已知力:重力，方向、重力，方向、作用点；作用点；(3)画两处画两处约束反力，约束反力，A处柔体约束、处柔体约束、B处光滑面约处光滑面约束；束；完成完成 (4)复核：三力共点。复核：三力共点。1-4 物体的受力图物体的受力图第三十八页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研

23、究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究PRARDACBPD(a)(二力杆二力杆)RCRD(c)例例2：对如图角架及其构件进行受力分析并作受力图（不计杆的自：对如图角架及其构件进行受力分析并作受力图（不计杆的自重）。重）。完成完成1-4 物体的受力图物体的受力图第三十九页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究FAxFAyFEABCDEHFCAEFCDE例例3：分别画出每个杆件及整体结构受力图（不计自重）。：分别画出每个杆件及整体结构受力图（不计自重）。解：先画各杆件受力图；解：先画各杆件受力图；(1)(1)以以DEDE杆为研究

24、对象，取其为分离体，因其为二杆为研究对象，取其为分离体，因其为二力杆，可直接画出受力图，假设反力为拉力；力杆，可直接画出受力图，假设反力为拉力；(2)(2)以以ACAC杆为研杆为研究对象，取其为究对象，取其为分离体，三处反分离体，三处反力如图；力如图；1-4 物体的受力图物体的受力图第四十页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究ABCDEHF(3)(3)以以ABAB杆为研究对象，取其为分离体，该杆受已知外力杆为研究对象，取其为分离体，该杆受已知外力F F，以及以及3 3处约束反力，受力如图；处约束反力，受力如图；FBFTBAF(4

25、)(4)绘制整体结构受力图；绘制整体结构受力图；最后复核；最后复核；FBFCDEFAxFAyFCFECAE完成完成1-4 物体的受力图物体的受力图第四十一页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究研究BAFCCBFCFBFAFBFAxFAyFAxFAyFACFC例例4:绘制构件及整体受力图（不计自重）。绘制构件及整体受力图（不计自重）。FA完成完成1-4 物体的受力图物体的受力图第四十三页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究讨论：讨论：若左、右两拱都考虑自若左、右两拱都考

26、虑自重，如何画出各受力图？重，如何画出各受力图？完成完成1-4 物体的受力图物体的受力图第四十四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究 画受力图要注意的问题：画受力图要注意的问题：(1)(1)不要漏画力；不要漏画力；除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力。力。接触处必有力接触处必有力，力的方向由约束类型而定。，力的方向由约束类型而定。(2)(2)不要多画力；不要多画力；力是物体间的相互机械作用，对受力体所受的每一个力，力是物体间的相互机械作用，对受力体所受的

27、每一个力，都应明确指出它是哪一个施力体施加的。都应明确指出它是哪一个施力体施加的。(3)(3)不要画错力；不要画错力；反力必须严格按照约束类型来画；注意反力必须严格按照约束类型来画；注意作用力与反作用力作用力与反作用力的对应的对应。1-4 物体的受力图物体的受力图第五十一页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 画受力图要注意的问题：画受力图要注意的问题：(4)(4)受力图上不能再带约束。受力图上不能再带约束。受力图一定要画在分离体上。受力图一定要画在分离体上。1-4 物体的受力图物体的受力图(6)(6)正确判断二力杆，以及应用三

28、力汇交原理。正确判断二力杆，以及应用三力汇交原理。(5)(5)注意整体与局部一致；注意整体与局部一致；同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调。对某一处的约束反力方向一旦设定，在整体、局部协调。对某一处的约束反力方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要保持一致。或单个物体的受力图上要保持一致。第五十二页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究 受力图是结构分析计算的基础受力图是结构分析计算的基础，只，只有受力图做的正确，才有可能得出正确有受力图做的正确，才有可能

29、得出正确的结论。的结论。end1-4 物体的受力图物体的受力图第五十三页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究小结：小结：(2)光滑面约束光滑面约束(3)固定端固定端:2个互相垂直分力、个互相垂直分力、1个反力偶个反力偶光滑圆柱铰链：光滑圆柱铰链：2个互相垂直分力个互相垂直分力活动铰支座：活动铰支座：1个垂直接触面的反力个垂直接触面的反力固定铰支座：固定铰支座：2个互相垂直分力个互相垂直分力球铰：球铰：3个互相垂直分力个互相垂直分力(1)柔体约束柔体约束:拉力拉力第五十四页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研

30、高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究受力图的绘制步骤受力图的绘制步骤：选研究对象；选研究对象；取分离体取分离体；画已知力；画已知力；画约束反力。画约束反力。第五十五页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究1-4 物体的受力图物体的受力图 课后作业：课后作业：P211:1-2(2)P211:1-2(2)A AB BC CD DE EH HP绳绳1-1-2(2)2(2)要求要求：1 1）画出各个构件和整体受力图；）画出各个构件和整体受力图；2 2）注意读题，写出解题步骤；）注意读题，写出解题步骤；第五十六页，本课件共有58页高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研高速铁路新型板式轨道设计理论与力学性能研究究(1)(1)(2)(2)(3)(3)第五十七页，本课件共有58页01.03.2023感感谢谢大大家家观观看看第五十八页，本课件共有58页