1.2约束与约束力.ppt

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1、1212 约束与约束力约束与约束力一、自由体与非自由体一、自由体与非自由体1.1.自由体：位移不受限制的物体称为自由体。自由体：位移不受限制的物体称为自由体。如，空中飞行的炮弹、飞机或入造卫星等。如，空中飞行的炮弹、飞机或入造卫星等。飞机2.2.非自由体：位移受到限制的物体称为非自由体。非自由体：位移受到限制的物体称为非自由体。轴承中的轴、轴承中的轴、支承在柱子上的屋架等。支承在柱子上的屋架等。如，轨道上的机车，如，轨道上的机车，二、约束二、约束1.1.定定义义：对对非非自自由由体体的的某某些些位位移移起起限限制制的的其它物体，称为约束。其它物体，称为约束。2.2.实例：实例：上上述述轨轨道道

2、对对机机车车、轴轴承承对对轴轴、柱柱子子对对屋架等都是约束。屋架等都是约束。三、约束力（约束反力、反力）三、约束力（约束反力、反力）1定义：约束对物体的作用，实际上就是力，定义：约束对物体的作用，实际上就是力，称为约束反力，也简称反力。称为约束反力，也简称反力。GGF1NF2N2性质：约束力是被动力。（由主动力引起，性质：约束力是被动力。（由主动力引起，且随主动力改变而改变）且随主动力改变而改变）3作用点：约束力的作用点是非自由体上与约束的作用点：约束力的作用点是非自由体上与约束的 接触点。接触点。4方向：约束反力的方向必与该约束所能阻碍的位方向：约束反力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向移方

3、向 相反。由此可判断约束力的方向作用线的相反。由此可判断约束力的方向作用线的位置。位置。5大小：约束力的大小总是未知的大小：约束力的大小总是未知的6产生条件：当物体沿着约束所能阻止的方向上有产生条件：当物体沿着约束所能阻止的方向上有运动或有运动趋势时，才会出现约束力。运动或有运动趋势时，才会出现约束力。GF1NF2N主动力（荷载）主动力（荷载）物体的受力可分为两类：约束力和主动力。物体的受力可分为两类：约束力和主动力。除约束力以外的其它力称为主动力或荷载。除约束力以外的其它力称为主动力或荷载。例如：物体的重力、结构承受的风力和水压力、例如：物体的重力、结构承受的风力和水压力、机械零件中的弹簧力

4、、以及电磁力等。机械零件中的弹簧力、以及电磁力等。主动力一般为已知力。主动力一般为已知力。四、工程中常见的几种约束及约束力特点四、工程中常见的几种约束及约束力特点1.理想柔性约束理想柔性约束 忽略摩擦，将约束看成柔性体。把实际中的绳忽略摩擦，将约束看成柔性体。把实际中的绳索、链条、胶带等看成十分柔软又不可伸长的柔索、链条、胶带等看成十分柔软又不可伸长的柔索，它限制了被约束体沿索向向外的运动。索，它限制了被约束体沿索向向外的运动。2.理想刚性约束理想刚性约束（1）光滑面接触（）光滑面接触（Smooth surface）光滑面约束的约束反力作用在接触点处，沿两接光滑面约束的约束反力作用在接触点处，

5、沿两接触面公法线方向，并指向受力物体。触面公法线方向，并指向受力物体。以以FN表示。表示。反力特点：过接触点并沿接触面的公法线，反力特点：过接触点并沿接触面的公法线，指向被约束的物体（压力）。指向被约束的物体（压力）。PFNFNPFANFBN（2 2）光）光 滑滑 圆圆 柱柱 形形 铰铰 链链 两物体分别被钻上直径相同的圆孔，两孔相叠，两物体分别被钻上直径相同的圆孔，两孔相叠，中间穿以圆柱销钉。这样，两物体只能绕销钉转动。中间穿以圆柱销钉。这样，两物体只能绕销钉转动。限制运动的方式：限制物体在垂直销钉轴线的平面内沿任意方向的相对移动。由由于于销销钉钉与与销销钉钉孔孔可可在在圆圆周周上上任任一一

6、点点发发生生接接触触，因因此此，光光滑滑圆圆柱柱形形铰铰链链提提供供一一个个过过圆圆孔孔中中心心，大大小小和和方方向向均均未未知知的的二二维维约约束束力力，一一般般用用其其两两个个分分矢量表示，矢量表示，即即 FAR FAx FAy（3）固定铰支座）固定铰支座支座支座把结构或构件与支承物（如桥墩、墙、柱、把结构或构件与支承物（如桥墩、墙、柱、机座等）连接起来的约束，称为支座。机座等）连接起来的约束，称为支座。用铰链将结构或构件与支座底板相连，则构成固用铰链将结构或构件与支座底板相连，则构成固定铰支座。如图所示为固定铰支座的力学简图。定铰支座。如图所示为固定铰支座的力学简图。（4）可动铰支座）可

7、动铰支座若在固定铰支座的底座与支承物体之间若在固定铰支座的底座与支承物体之间安装几个辊轴，可构成可动铰支座，安装几个辊轴，可构成可动铰支座，又称辊轴支座。计算简图可以用图又称辊轴支座。计算简图可以用图112a所示的三种表示。所示的三种表示。大大型型屋屋架架、桥桥梁梁等等结结构构在在荷荷载载、温温度度等等影影响响下下发发生生变变形形时时，将将绕绕其其端端部部略略有有转转动动，且且两两端端之之间间的的距距离离也也将将略略有有改改变变，故故通通常常均均一一端端采采用用固固定定铰铰支支,另另一一端端采采用用可可动动铰铰支支来来支支承承。这这种种支支承承方方式称为简支。式称为简支。简支梁桥预制钢筋混凝土

8、门窗过梁和简易桥梁的简化钢木混合屋架计算简图钢木混合屋架计算简图钢筋混凝土门式框架计算简图钢筋混凝土门式框架计算简图屋架计算简图屋架计算简图（5）轴）轴 承承向心轴承：对轴的约束特点与固定铰支座的向心轴承：对轴的约束特点与固定铰支座的 约束特点相似。向心轴承又称为约束特点相似。向心轴承又称为 径向轴承，简称轴承。径向轴承，简称轴承。计算简图可以用图计算简图可以用图113所示。所示。反力特点：只知过轴心，沿公法线，但方向待定。反力特点：只知过轴心，沿公法线，但方向待定。一般用其两个分矢量表示，即一般用其两个分矢量表示，即 FR FAx FAy止推轴承：止推轴承：止推轴承：止推轴承可视为由一光滑面

9、将向止推轴承：止推轴承可视为由一光滑面将向 心轴承圆孔的一端封闭而成。心轴承圆孔的一端封闭而成。因因此此，它它同同时时具具有有向向心心轴轴承承与与光光滑滑面面接接触触这这两两类类约约束的作用。约束反力可表示为：束的作用。约束反力可表示为：FAx、FAy、FAz(6)(6)球形铰链支座球形铰链支座 将固结于物体一端的球体置于球窝形支座将固结于物体一端的球体置于球窝形支座内就形成了球形铰链支座。内就形成了球形铰链支座。8.球形铰链支座球形铰链支座（7）链杆约束）链杆约束约束特点：只能限制物体上的铰接点沿链杆轴线方向约束特点：只能限制物体上的铰接点沿链杆轴线方向 的位移。的位移。反力特点：链杆的约束反力沿链杆的轴线，且既可是反力特点：链杆的约束反力沿链杆的轴线，且既可是 拉力也可是压力。拉力也可是压力。重庆大学建筑馆厂房排架计算简图厂房排架计算简图