《受力分析--力的计算.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《受力分析--力的计算.pdf（44页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立 各种力系的平衡条件的科学 1、物体的受力分析： 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 2、力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一 个复杂力系 3、建立各种力系的平衡条件：建立各种力系的平衡方程，并 应用这些条件解决静力学实际问题 力是使得物体运动的原因. 几个基本概念： 对力的认识还处于发展中. (导致科学的发展和社会的变革) 力是一个物体对另一个物体的作用. 物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运 动状态发生改变 力的作用效果 :使物体运动状态发生变化 使物体形状发生变化 .力是 矢
2、量 力的表示方法 : 黑体F 加矢量符号 FFF 大小用模表示 F 力的单位 :牛(N)千牛 (kN) F A F A . 可分为：平面汇交（共点）力系，平面平行力系，平面力偶系， 平面任意力系；空间汇交（共点）力系，空间平行力系，空间 力偶系，空间任意力系 平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速 直线运动 刚体：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 . 永远不变形的物体 . 公理1 二力平衡公理 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。 21 FF 等值, 反向 , 共线二力使刚体平衡 是必要而
3、非充分条件 . 等值 , 反向 , 共线二力使刚体平衡 加减平衡力系公理 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。 平衡力系对刚体的总效应为零, 它不会改变刚体的运 动状态 . 3 F 4 F 力的可传性原理 作用在刚体上的力是滑动矢量 ，力的三要素为 大小、方向 和作用线 (作用点 ) 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。 A FB A B F F1 F2 A B F2 = 证明 力的平行四边形法则 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 两个力邻为边构成的
4、平行四边形的对角线确定。 21 FFF R A 它是力系简化的基础。 F1 FR F 2 三力平衡汇交定 理 平衡时必与共线则三力必汇交O点，且共面 3 F 12 F 刚体受三个不平行的力作用而 保持平衡，则此三力必在同一平 面内，且作用线相交于一点。 证明 F2 F1 B A C F3 O 4作用和反作用定律 在画物体受力图时要注意此公理的应用 注意与平衡力的区别 思考 :天花板上通过绳子悬挂一重物,其中哪些力为平衡 力,哪些力为作用力与反作用力? 作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、 反向、共线，作用在相互作用的两个物体上 FF . 约束力：约束对非自由体的作用(约束力 ,约束反
5、力 ,反 力) 约 束 力 大小待定 方向与该约束所能阻碍的位移方向相反 作用点接触处 3.受力图 铁轨对于火车 , 地面对于桌子等 体现为力 . 、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触面约束） 特点 :只限制物体沿接触面法线向内部的位移,不能限制沿 切向的位移 . 常见的有不考虑摩擦的支持面、齿轮的啮合面等. 表示通常用 N F N F 、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束（绳索约束） 特点 : 柔索只能受拉力。柔索对物体的约束力沿着柔索 背向被约束物体 T F 用表示 约束特点： （1） 径向轴承（向心轴承） 轴 轴承 轴在轴承孔内， 只能一点接触 . 光滑接触面约束 心 当外界载荷
6、不同时，接触点会变，则约束力的大小与方 向均有改变 可用二个正交的分力表示 yx FF , By F Bx F ）光滑圆柱铰链 约束特点：由两个各穿孔的构件及圆 柱销钉组成，如剪刀 cycxcx FFFF, 一般不必分析销钉受力，当要分析时， 必须把销钉单独取出 光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题， 与轴承一样，可用两个正交分力表示 ）固定铰链支座 由构件 , 销钉与地面或固定支座连接而成 约束力：与圆柱铰链相同 以上三种约束（经向轴承、光滑圆柱铰链、 固定铰链支座）其约束特性相同，均为轴与 孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链 Cx F Cy F 简图 （1）滚动铰链支座 ( 滑移铰链支座 )
7、 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： 构件受到垂直于光滑面的约束力 y F x F y F 约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任 意转动，但构件与球心不能有任何移动 约束力：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 , 并指向球心 , 是一个不能预先确定的空间 力. 可用三个正交分力表示 3）止推轴承 约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴向的 位移限制 约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正 交分力 AzAyAx FFF, ）柔索约束拉力 T F （5）滑移铰链支座光滑面 y F （3）光滑铰链一对正交分力 yx FF （1）光
8、滑面约束法向约束力 N F （4）固定铰链支座一对正交分力 yx FF 1.在受力图上应画出所有力，主动力和约束反力（被动力） 2.只画外力 ,不画内力 . 3.研究对象要一个一个取. 画受力图步骤： 3、按约束性质画出所有被动力（约束反力）. 1、取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图. 2、画出所有主动力 ( 重力, 风力, 拉力等 ), 一般为已知力 . 解：隔离研究对 象画出简图 画出主动力画出约束力 碾子重为，拉力为， 、 处光滑 接触，画出碾子的受力图 FAB P F P B A B A P F F AF B 解：取屋架 画出主动力 画出约束力 q 屋架受均布风力（N/m），
9、 屋架重为，画出屋架的受 力图 P Ax F Ay F By F P q 不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱的受力图与 系统整体受力图 隔离右拱 Cy F Cx F By F Bx F Ay F Ax F F Cy F Cx F 隔离左拱 注意作用力与反作用力的 方向要相反 整体受力图 By F Bx F Ay F Ax F F 思考 :此时C处的约束力需要画么 ? 右拱 BC 满足这个条件 另一种画法 :用定理画 公理1 二力平衡公理 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 这两个力等值 , 反向, 共线 象BC拱这样的刚体 ,不论形状如 何,如果只在两个力作用下平衡(
10、只在两点受力 ),则称之为 二力杆 或二力构件 .它所受的两个力一 定等值 ,反向,共线. 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。 左拱呢 ? 考虑到左拱在三个力作用下平 衡，可按三力平衡汇交定理画 出左拱的受力图 . F B C F O A F 图？此时上述定理画法不再适用 取CD杆，其为二力构件 (二力 杆) ，画它的受力图 水平均质梁重为，电动 机重为，不计杆 CD 的自重， 画出杆 CD和梁AB的受力图 2 P AB 1 P 解:(有二力杆么 ?) 梁，其受力图如图 若这样画，梁 AB
11、的受力图 又如何改动 ? 思考 : CD杆的受力图能否画 为下图所示？ F 2 F 1 A B C D F 1 B C F Bx F By F CA F CD F 2 F 1 A B C F CD F Ax F Ay F 2 F 1 A B C D F Ax F Ay F D F AD 例5 :考虑球的自重 ,绘制每个球的受力图 . A B A PA F C FD B D F PB F E F N A B P A B E D C G F 练习:不考虑各杆件自重 (重物不计 ),绘制每根杆件的受力图 . B B C FC FG A BD G FAx FAy F Dy FDx B F D C F
12、C F Dx F Dy F Fy F Fx F Fx F Fy F F F E P P A B E D C G F 正确的绘制受力图是进行力学分析的基础,需注意一下几点 : 1.取出恰当的研究对象进行隔离,可以取单个物体 ,也可以取 整体 ,还可以取部分物体组成的系统.取一次研究对象画一个 受力图 . 2.准确的确定力的数目.既不能凭空“创造”一个力,也不能 漏掉一个力 .一般来说 ,凡是研究对象与外界接触的地方都有 约束力的存在 .不同的约束方式力的数目不同. 3.注意作用力与反作用力.若确定其中一个力的方向,则其反 作用力一定要与之相反. 4.内力不画 ,只画外力 . 5.注意先找二力杆 ;销钉不画 . 6.力是矢量 ;要有名称 .