1-第一章刚体的受力分析及平衡规律.ppt

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1、主讲人：韩晓星主讲人：韩晓星内科大化学化工学院化工系12 三月 2023轻化工设备机械基础v序言 v相互认识 v化机的重要性v课程的安排与要求12三月2023化机的重要性一、目的和意义合理设备可以简化流程，降低成本设备的结构和材质具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械传动。12三月2023轻化工专业毕业生1,学术型2,生产型(相关型,对口型)3,复合型4,偏离型12三月2023课程的安排与要求学时的安排：力学基础（14）、化工材料及管路管件（8）、机械传动（8）、容器设计（14）、容器管理（4）、典型化工设备（8）考勤、作业、考试；课堂纪律

2、12三月2023上课之前的小话题 如何面对现实，怎么应对？面对困难，应如何？有理想有理想 有目标有目标 有追求有追求志向远大志向远大保持高度的自信心保持高度的自信心高瞻远瞩高瞻远瞩面对挑战面对挑战不怕困难不怕困难不断学习不断学习勇于探索勇于探索团团结结协协作作克服困难克服困难谨慎行事谨慎行事有胆有胆 有识有识 有勇气有勇气敢想敢想 敢干敢干 敢创新敢创新笑口常开笑口常开乐于助人乐于助人有空找朋友聊聊有空找朋友聊聊学会和各种人相处学会和各种人相处学会和别人一块分享喜悦学会和别人一块分享喜悦有几个知心朋友有几个知心朋友宽恕别人宽恕别人尊重弱者尊重弱者处乱不惊处乱不惊偶尔放松一下偶尔放松一下理论力学

3、：理论力学：研究物体机械运动一般规律 静力学静力学 运动学运动学动力学动力学材料力学材料力学:研究构件承载能力1强度：构件抵抗破坏的能力2刚度：构件抵抗变形的能力3稳定性：构件保持原有平衡形态能力牛顿三定律牛顿三定律(哲学规律哲学规律)（惯性定律，（惯性定律，F=ma,F=-F）运动论，物质论运动论，物质论，联系论联系论工程力学的前世工程力学的前世 力学的发展是分析和综合想结合的过程。从力学的发展是分析和综合想结合的过程。从总的发展趋势来看，牛顿运动定律建立以前总的发展趋势来看，牛顿运动定律建立以前力学研究的历史大致可分为两个时期力学研究的历史大致可分为两个时期:1.古古代代，从从远远古古到到

4、公公元元5世世纪纪，对对平平衡衡和和运运动动有初步的了解有初步的了解;2.中中世世纪纪，从从6世世纪纪到到16世世纪纪，这这个个时时期期对对力力、运运动动以以及及它它们们之之间间的的关关系系的的认认识识已已有有发发展展，为牛顿运动定律的建立作了准备。为牛顿运动定律的建立作了准备。工程力学的今朝工程力学的今朝牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历史大致可分为四个时期史大致可分为四个时期:1.从从17世纪初到世纪初到18世纪末，经典力学的建立和世纪末，经典力学的建立和完善化完善化;2.19世纪，力学各主要分支的建立世纪，力学各主要分支的建立;3.从从190

5、0年到年到1960年，近代力学，它和工程技年，近代力学，它和工程技术特别是航空、航天技术密切联系术特别是航空、航天技术密切联系;4.1960年以后，现代力学，力学同计算技术和年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合。自然科学其他学科广泛结合。赵州桥隋公元赵州桥隋公元605-618605-618年间，李春年间，李春百尺高虹横水面，一弯新月出云霄“假如给我一个支点，我就能撬动地球假如给我一个支点，我就能撬动地球”阿基米德Archimedes(约公元前287212）古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。论平面图形的平衡、论浮体。达达.芬奇芬奇（Leonardo da

6、VinciLeonardo da Vinci，意大利，意大利 1452-15191452-1519）汽车发动机汽车发动机微型发动机微型发动机 MEMSMEMS深度撞击深度撞击 DEEP IMPACTDEEP IMPACT鸟巢鸟巢20082008北京奥运主体育场北京奥运主体育场宝马概念自行车宝马概念自行车海尔海尔“立体仓库立体仓库”世界领先世界领先新华网山东频道新华网山东频道20052005年年6 6月月3030日电日电 青岛海尔集团国际物流中心立体库日前经过第三次技术青岛海尔集团国际物流中心立体库日前经过第三次技术革新，跃升为技术水平世界领先的物流中心。该立体库高革新，跃升为技术水平世界领先的

7、物流中心。该立体库高2222米，全部操作采用世界上最先米，全部操作采用世界上最先进的激光导引无人运输车系统，实现了物流的自动化和智能化，使海尔集团库存资金占用进的激光导引无人运输车系统，实现了物流的自动化和智能化，使海尔集团库存资金占用从每年从每年1515亿元降至亿元降至6 6亿元，杜绝了呆滞物资的产生。（新华社记者亿元，杜绝了呆滞物资的产生。（新华社记者 朱峥朱峥 摄）摄）水煤浆气化炉多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置置 兖矿国泰化工有限公司气化炉炉头兖矿国泰化工有限公司气化炉炉头 储罐、冷凝器、切片机 不锈钢反应釜 外盘管反应锅、蒸汽加热反应锅 主体车间全景

8、图三层平台全景图二层平台局部图地面设备布置图反应物料配制系统碱镍配制碱镍过滤氨水配制料液储存反应系统精密计量泵系统反应系统清洗系统碱液清洗固液分离离心清洗干燥筛分包装产品干燥干燥筛分包装第一篇 力学基础第一章 刚体的受力分析及平衡规律 本章的重点内容：本章的重点内容：1.力的概念，力的三个要素；2.作用与反作用定律，二力平衡定律，力的合成与分解；3.约束和约束反力；4.力矩、力偶的概念，力的平移；5.受力图分析；6.平面力系的平衡方程式第一节第一节 静力学基本概念静力学基本概念一一 力的概念及作用形式力的概念及作用形式 概念：力是物体间相互作用。力的三要素：力的大小、方向、作用点。力是既有大小

9、又有方向的矢量，它可以用表示矢量的方法来表示（图1-1）。如下图中作用小车上的重力P与拉力T。力的作用形式大致有以下三种：（图1-2）集中力均布载荷线分布力按照国际单位制，力的单位用“牛”(N)或“千牛”(kN)。二二 刚体的概念刚体的概念 所谓的刚体刚体就是指在力的作用下不发生变形的物体。它是原物体的理想化的模型。三三 平衡的概念平衡的概念 二力平衡定律二力平衡定律等值、反向、共线（图1-3）。实例如右图：二力构件和二力杆，三力汇交加减平衡力系原理加减平衡力系原理:力的可传性原理力的可传性原理在作用于刚体的任意已知力系中，加上或减去任意的平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。四、作用和反作

10、用定律四、作用和反作用定律力大小相等，方向相反，而作用线相同（等值、反向、共线）。注意：注意：在分析物体受力时要正确区分二力平衡和作用力与反作用力。前者是同一物体上的两个力的作用；后者是分别作用在两个物体上的两个力，它们的效果不能互相抵消。五力学公理 1、作用与反作用定律2、二力平衡定律 二力构件和二力杆3、加减平衡力系定律4、力的平行四边形法则5、刚化原理：平衡的变、刚化原理：平衡的变形体刚化为刚体，则平衡形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。状态保持不变。63二力平衡公理二力平衡公理要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向

11、相反、沿同一直线只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。作用。（等值、反向、共线等值、反向、共线）二力杆件二力杆件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力只在两个力作用下平衡的刚体叫二力杆件。杆件。64二力杆件实例二力杆件实例A AC CB BA AB BN NA AN NB BABAB自重不计！自重不计！二力杆受力必沿二力作用点的连线方向。二力杆受力必沿二力作用点的连线方向。65三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 若在刚体的A、B、C三点分别作用有力F1、F2、F3(图1-9)且使刚体处于平衡，那么这三个力如若不彼此平行，则必定汇交于一点。这就是三力平衡汇交定理，即，由不平行的三个力组成的平

12、衡力系必只汇交于一点。66 如何确定图1-1所示三角支架AB杆所受到的NA、NB二力的力作用线方位问题。把它扩展成较为普遍一点的问题，就是怎样分析并确定一台机器成设备的各个零件之间相相作用力的问题。例1-5例1-6例1-8整体为对象DE杆和轮为对象AB杆和DE杆为对象第二节 力矩与力偶合力矩定理：平面力系向其作用面内任一点简化的结果是使力系简化为一个通过简化中心的主矢量R和一个对简化中心的主矩MO。一、力矩一、力矩力矩定义力矩定义力对O点的矩是力使物体产生绕O点转动的效应度量。二、力偶二、力偶定定义义：作用在同一物体上等值、反向、不共线的一对平行力称为力偶。力偶的计算公式如下：力偶的三个主要特

13、征：力偶的三个主要特征：力偶的三个主要特征：力偶的三个主要特征：1)1)保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可在作用面内任意移动，保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可在作用面内任意移动，而刚体的作用效果不变；而刚体的作用效果不变；2)2)保持力偶矩的大小和转向不变，改变力偶中力的大小和力偶臂保持力偶矩的大小和转向不变，改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，不会改变刚体的作用效果；的长短，不会改变刚体的作用效果；3)3)力偶可以移到与其作用面平行的平面内，刚体的作用效果不。力偶可以移到与其作用面平行的平面内，刚体的作用效果不。力偶的三要素：力偶的三要素：力偶的三要素：力偶的三要素：力偶矩的大小、力偶的转向

14、和力偶的作用面力偶矩的大小、力偶的转向和力偶的作用面特征：1、是一个基本的力学量，不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。2、力偶对作用面内任一点之矩与矩心的位置无关，恒等于力偶矩。3、同平面内两力偶等效是力偶矩相等。三、三、力的平移力的平移力的平移力的平移：就是把作用在刚体上的一个力，从原位置平行移动到该刚体上另一位置。力线平移定理力线平移定理：作用在刚体上的力F可以平行移动到刚体上任一点，但同时必须附加一个力偶，其力偶等于原力F对新作用点的矩。四、平面一般力系向一点的简化 平面力系简化结果的讨论平面力系简化结果的讨论 平面力系向简化中心平面力系向简化中心O点简化后，有四种可能简点简化后，有四

15、种可能简化结果。化结果。1）R0，MO=02）R0，MO03）R0，MO04）R0，MO0 平面力系的平衡方程式平面力系平衡的充要条件平面力系平衡的充要条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。第三节第三节 物体的受力分析物体的受力分析一、约束和约束反力一、约束和约束反力主动力（促使运动）主动力（促使运动）约束反力：阻碍物体改变运动状态的力约束反力：阻碍物体改变运动状态的力约束反力：方向，作用点，大小约束反力：方向，作用点，大小 自自由由体体（只只受受主主动动力力，能能在在空空间间任任何何方方向向自自由由运运动动）、非非自自由由体体和和约约束束（限制非自由体运动的物体）（限制非自由体运动的物体

16、）1、柔性体约束（柔索约束）绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，绝对柔软且不可伸长特点：只受拉，不受压，不能抗拒弯矩，限制物体沿柔性体伸长的方向运动。2 2、光滑接触面（线）约束、光滑接触面（线）约束 特特点点：只只受受压压，不不受受拉拉，沿沿接接触触点点处处的的公公法法线线而而指指向向物物体体，一一般般用用N表表示示。又又叫法向反力。叫法向反力。忽略摩擦，理想光滑。3、铰链约束（1 1）固定铰链支座约束）固定铰链支座约束 底座固定在支撑面上的铰支座。特点：底座既限制物体沿支撑面法线方向的运动也限制沿支撑面的运动固定铰链支座类型固定铰链支座类型（2）活动铰链支座约束底座可以移动的铰链支座

17、。底座可以移动的铰链支座。特点：底座只能限制物体沿支撑面法线方向的运动而特点：底座只能限制物体沿支撑面法线方向的运动而不限制沿支撑面的运动。不限制沿支撑面的运动。活动铰链支座类型活动铰链支座类型4、固定端约束特点特点：这类约束的特点是既限制物体的移动也限制物体的转动。二、受力图二、受力图例例1-11-1某化工厂的卧式容器，容器总重量某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、保温层等包括物料、保温层等)为为Q Q，全长，全长为为L L，支座，支座B B采用固定式鞍座，支座采用固定式鞍座，支座C C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。例1-2焊接在钢柱上的三角形

18、钢结构管道支架，上面铺设三根管道，试画出结构整体及各构件的受力图。例1-3 刚架自身重力不计，AC上作用载荷，画出AC、BC及刚架整体的受力图 画受力图的步骤：画受力图的步骤：(1)简化结构，画结构简图；(2)选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；(3)根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。第四节 平面力系的平衡方程式平面力系平衡的必要与充分条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。例1-4 梁AB，长L=6m，A、B端各作用一力偶，m1=15kN.m，m2=24kN.m，转向如图所示，求支座A、B的反力。例1-5 直杆AB与弯杆BC铰接，已知AB杆上有一力偶矩 为M的力偶作用，各杆重力不计。求支座A、C处的约束反力。例1-6 刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图，求支座A及B处的反力。例1-7 悬臂梁AB作用有均布荷载q，在自由端还受一集中力和一力偶矩为m的力偶作用，梁长度为L。求固定端A的约束反力。=-=-=020)(0000mLPLqLMmPqLYYXXAAAAmPLqLMPqLYXAAA+=+=221,0解得：