第一章静力学公理和物体的受力分析(10).ppt
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1、 理论力学理论力学东北大学理学院力学系东北大学理学院力学系Northeastern University2静静 力力 学学理论力学()Northeastern UniversityPAG 3:在力的作用下,其内部任意两点间的距离始 终保持不变的物体。静力学:研究物体在力系作用下的平衡规律的科学。刚体平衡:物体相对于惯性参考系(如地面)保持静止 或作匀速直线运动。力:物体间相互的机械作用。改变物体的运动状态 使物体产生变形 外效应 内效应 力系:作用在物体上的一群力。静力学引言静力学引言 Northeastern UniversityPAG 4静力学引言静力学引言 力的三要素大 小方 向作用点力
2、的表示:用一带箭头的线段(矢量)表示力的单位:常 见 力 牛顿(N)或 千牛(kN)用 F 表示力的大小用 表示力的矢量;集中力均布力Northeastern UniversityPAG 5静力学研究的问题1、物体的受力分析2、力系的等效替换(或简化)分析物体(包括物体系)受哪些力,每个力的作用位置和方向,并画出物体的受力图。力系的简化静力学引言静力学引言 将作用在物体上的一个力系用与它等效的另一个力系替换,称为力系的等效替换。这两个力系互为等效力系(对物体的作用效果相同的力系)。:用一个简单力系等效替换一个复杂力系Northeastern UniversityPAG 6 研究作用在物体上的各
3、种力系所需满足的平衡条件,并应用这些条件解决静力学实际问题。静力学研究的问题3、建立各种力系的平衡条件静力学引言静力学引言 按力的作用线位置平面力系空间力系按力作用线的相互关系共线力系平行力系汇交力系任意力系Northeastern UniversityPAG 7312静力学公理约束和约束力物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图第一章第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析Northeastern UniversityPAG 8A1-11-1 静力学公理静力学公理 作用在物体上同一点的两个力,可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点,合力的大小和方向,由这两个力为边构成
4、的平行四边形的对角线确定。矢量和 公理1 力的平行四边形法则AA力三角形Northeastern UniversityPAG 9 作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是:这两个力的大小相等,方向相反,且作用在同一直线上。最简单力系 的平衡条件公理2 二力平衡条件 1-11-1 静力学公理静力学公理Northeastern UniversityPAG 10A 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。推理推理1 1 力的可传性力的可传性 作用于刚体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点,并不改变该力对刚体的作用。滑动矢量公理3 加减平衡力系原理
5、1-11-1 静力学公理静力学公理B力的三要素大 小方 向作用线Northeastern UniversityPAG 11BAC 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。推理推理2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 作用于刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用线汇交于一点,则此三力必在同一平面内,且第三个力的作用线通过汇交点。平衡公理3 加减平衡力系原理 1-11-1 静力学公理静力学公理O三力必汇交于O点,且三力共面Northeastern UniversityPAG 12 两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在,同时消失,大小相等、方向相反、作用在同一直
6、线,分别作用在相互作用的两个物体上。公理4 作用和反作用定律 1-11-1 静力学公理静力学公理作用力与反作用力不是互相平衡的两个力。Northeastern UniversityPAG 13公理5 刚化原理 变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。柔性体(受拉平衡)刚化为刚体(仍平衡)刚体(受压平衡)1-11-1 静力学公理静力学公理柔性体(受压不能平衡)Northeastern UniversityPAG 14约 束:约 束 力:大 小方 向作用线对非自由体的位移起限制作用的周围物体约束对非自由体的作用力未知 与该约束所能阻碍的运动方向相反 过接触点自
7、由 体:非自由体:位移受到限制的物体。(火车、汽车)位移不受限制的物体。(飞机、炮弹)1-21-2 约束和约束力约束和约束力一、基本概念Northeastern UniversityPAG 151、具有光滑接触表面的约束 :法向约束力 1-21-2 约束和约束力约束和约束力二、工程常见约束O切线 公法线 约束特点:限制物体沿接触表面法线并向约束内部的位 移,而不限制物体沿约束表面切线的位移。约束力:过接触点,方向沿接触表面的公法线,指向 被约束物体。Northeastern UniversityPAG 161-21-2 约束和约束力约束和约束力二、工程常见约束啮合齿轮的齿面约束 1、具有光滑接
8、触表面的约束 Northeastern UniversityPAG 172、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束 1-21-2 约束和约束力约束和约束力二、工程常见约束约束特点:柔索只能受拉力。约束力:作用在接触点,方向沿柔索背向被约束物体。Northeastern UniversityPAG 181-21-2 约束和约束力约束和约束力2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束 二、工程常见约束 皮带对轮子的约束力沿轮缘的切线方向。柔索约束 Northeastern UniversityPAG 193、光滑铰链约束1-21-2 约束和约束力约束和约束力二、工程常见约束 向心轴承(径向轴承)约束特
9、点:轴在轴承孔内,轴为非自由体,轴承孔为约束 约束力:不计摩擦时,轴与孔的接触为光滑接触约束,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 表示轴承轴Northeastern UniversityPAG 20 圆柱铰链 约束特点:由两个穿孔的构件及圆柱销钉组成1-21-2 约束和约束力约束和约束力 约束力:光滑圆柱铰链为孔、轴配合问题,与轴承一 样,可用两个正交分力表示。O作用反作用关系 3、光滑铰链约束二、工程常见约束Northeastern UniversityPAG 21不带销钉1-21-2 约束和约束力约束和约束力 圆柱铰链 3、光滑铰链约束二、工程常见约束ONort
10、heastern UniversityPAG 22 固定铰链支座约束特点:与圆柱铰链一样,只是铰链连接中有一个固 定在地面或机架上做支座。1-21-2 约束和约束力约束和约束力 约束力:与圆柱铰链相同 3、光滑铰链约束二、工程常见约束Northeastern UniversityPAG 234、其它约束1-21-2 约束和约束力约束和约束力二、工程常见约束 滚动支座 约束特点:在固定铰支座与光滑固定平面间装有光滑辊 轴而成,限制物体沿支承面法线方向的运动 约束力:构件受到垂直于光滑面的约束力。Northeastern UniversityPAG 24 球铰链约束特点:通过球与球壳将构件连接,构
11、件可以绕球心 任意转动,但构件与球心不能有任何移动。1-21-2 约束和约束力约束和约束力 约束力:忽略摩擦时,球与球座为光滑面约束问题,可用三个正交分力表示。4、其它约束二、工程常见约束Northeastern UniversityPAG 25 止推轴承约束特点:比径向轴承多一个轴向的位移限制。1-21-2 约束和约束力约束和约束力 约束力:比径向轴承多一个轴向的约束力,可用三个 正交分力表示。4、其它约束二、工程常见约束Northeastern UniversityPAG 26:找出所取研究对象受到的所有力,包括 主动力和约束力(被动力)。画受力图步骤:3、按约束性质画出所有约束(被动)力
12、。1、取所要研究的物体为研究对象(隔离体),画出 研究对象的简图;2、画出所有主动力;:在研究对象上画出受到所有力的图。受力图1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 受力分析一、受力分析和受力图Northeastern UniversityPAG 27ABAB例例1-1 如图所示,如图所示,碾子重为碾子重为 P,拉力为,拉力为F ,A、B处光滑接触,处光滑接触,画出碾子的受力图。画出碾子的受力图。解解:取碾子为研究对象,取碾子为研究对象,画出受力简图画出受力简图 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 1-31-3 物体的受力分析和
13、受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 28ACDBAB例例1-2 如图所示,如图所示,梯子梯子AB两端放在光滑面上,在两端放在光滑面上,在C点由一水平点由一水平绳联结,梯子重量为绳联结,梯子重量为 P,作用在,作用在D点。试对梯子点。试对梯子AB进行受力进行受力分析。分析。解解:取梯子为研究对象,画受力简图取梯子为研究对象,画受力简图 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 xyzCD1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern
14、UniversityPAG 29ABDHDE例例1-3 如图如图所示,不计自重的梯子放在光滑水平地面上,试对所示,不计自重的梯子放在光滑水平地面上,试对绳子、梯子左右两部分与整个系统进行受力分析。绳子、梯子左右两部分与整个系统进行受力分析。解解:取绳子取绳子DE为研究对象,画受力简图为研究对象,画受力简图 取梯子左边部分为研取梯子左边部分为研 究对象,画受力简图究对象,画受力简图 ABDHEC1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 30AECABDHEC例例1-3 如图如图所示,不计
15、自重的梯子放在光滑水平地面上,试对所示,不计自重的梯子放在光滑水平地面上,试对绳子、梯子左右两部分与整个系统进行受力分析。绳子、梯子左右两部分与整个系统进行受力分析。取梯子右边部分为研究对象,画受力简图取梯子右边部分为研究对象,画受力简图 取梯子为研究对象,画受力简图取梯子为研究对象,画受力简图 ABDHEC1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 31解解:取屋架为研究对象,取屋架为研究对象,画出简图画出简图 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 例例1-4 如图如图所示,屋架
16、受均布风力所示,屋架受均布风力q(N/m),屋架重为),屋架重为 ,画,画出屋架的受力图。出屋架的受力图。ABCABC1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 32O例例1-5 如图如图所示,梁所示,梁AB所受外力为所受外力为 ,不计梁的自重,试对不计梁的自重,试对梁梁AB进行受力进行受力分析分析。解解:取梁取梁AB为研究对象,为研究对象,画出简图画出简图 AB 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 AB1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简
17、图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 33二力杆 受力特点:两力均沿作用点的连线:只在两力作用下而平衡的构件ABCBC1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 34解解:取取CD杆为研究对象,杆为研究对象,画出简图画出简图 CD为二力杆为二力杆DC 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 例例1-6 如图如图所示,水平均质梁所示,水平均质梁AB重重为为 ,所受外力为,所受外力为 ,若不若不计杆计杆CD的自重,画出杆的自重,画出杆CD和梁和梁AB
18、的受力图。的受力图。DBAC1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northeastern UniversityPAG 35 取取AB 梁为研究对象,梁为研究对象,画其受力图画其受力图 例例1-6 如图如图所示,水平均质梁所示,水平均质梁AB重重为为 ,所受外力为,所受外力为 ,若不若不计杆计杆CD的自重,画出杆的自重,画出杆CD和梁和梁AB的受力图。的受力图。DCDBADBAC 画出主动力画出主动力 画出约束力画出约束力 1-31-3 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 力学模型和力学简图力学模型和力学简图 Northea
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