第1章-物體的受力分析及其平衡條件

1、2022-4-71教材：教材：面向面向2121世紀(jì)課程教材世紀(jì)課程教材“化工機(jī)械基礎(chǔ)化工機(jī)械基礎(chǔ)”，第二版，第二版，陳國(guó)桓主編，化學(xué)工業(yè)出版陳國(guó)桓主編，化學(xué)工業(yè)出版社社2022-4-72緒緒 言言一、目的和意義一、目的和意義 合理的設(shè)備可降低加工制造成本、合理的設(shè)備可降低加工制造成本、運(yùn)營(yíng)成本與維修成本運(yùn)營(yíng)成本與維修成本 設(shè)備的材質(zhì)、壁厚和結(jié)構(gòu)設(shè)備的材質(zhì)、壁厚和結(jié)構(gòu) 具備基本工程力學(xué)知識(shí)，了解化具備基本工程力學(xué)知識(shí)，了解化工設(shè)備常用材料特性及焊接知識(shí)，工設(shè)備常用材料特性及焊接知識(shí)，掌握化工設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。掌握化工設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。2022-4-73二、主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排二、主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排 第

2、一篇第一篇 工程力學(xué)工程力學(xué) 24 24 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 第二篇第二篇 材料與焊接材料與焊接 6 6 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 第三篇第三篇 容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì) 18 18 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)2022-4-74參考書目參考書目1 1、理論力學(xué)理論力學(xué)上冊(cè)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論上冊(cè)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室，高等教育出版社力學(xué)教研室，高等教育出版社2 2、材料力學(xué)材料力學(xué)上冊(cè)，劉鴻文主編，高等教上冊(cè)，劉鴻文主編，高等教育出版社育出版社3 3、工程力學(xué)工程力學(xué)，朱熙然主編，上海交通大，朱熙然主編，上海交通大學(xué)出版社學(xué)出版社4 4、金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理，史美堂主編，上，史美堂主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社?？茖W(xué)技術(shù)出版社5

3、5、金屬工業(yè)學(xué)金屬工業(yè)學(xué)上冊(cè)，范全福主編，高等上冊(cè)，范全福主編，高等教育出版社教育出版社6 6、化工機(jī)械制造化工機(jī)械制造，第八章、第九章，姚，第八章、第九章，姚慧珠、鄭海泉編，化學(xué)工業(yè)出版社慧珠、鄭海泉編，化學(xué)工業(yè)出版社2022-4-75第一篇第一篇 工程力學(xué)工程力學(xué)理論力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律理論力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律材料力學(xué)：研究構(gòu)件承載能力材料力學(xué)：研究構(gòu)件承載能力構(gòu)件承受荷載能力衡量：構(gòu)件承受荷載能力衡量： 1 1強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力 2 2剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力 3 3穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有

4、平衡形態(tài)能力能力2022-4-76第一章第一章 物體的受力分析物體的受力分析及其平衡條件及其平衡條件第一節(jié)第一節(jié) 力的概念和基本性質(zhì)力的概念和基本性質(zhì)一力的概念一力的概念 1 1剛體與變形體剛體與變形體 2 2力是物體間相互的機(jī)械作用力是物體間相互的機(jī)械作用力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，由理論力學(xué)研究力力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，由理論力學(xué)研究力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn)，的三要素：大小，方向，作用點(diǎn)，由材料力學(xué)研究力的變形效應(yīng)。由材料力學(xué)研究力的變形效應(yīng)。2022-4-77二力學(xué)公理二力學(xué)公理 1 1、作用與反作用定律、作用與反作用定律2 2、二力平衡定律、二力平衡定律 二力構(gòu)件和二力桿二力構(gòu)件和二力桿3 3、力的平行

5、四邊形、力的平行四邊形法則法則AF1F2F3R1RaaPPyPx2022-4-78第二節(jié)第二節(jié) 力矩與力偶力矩與力偶一、力矩一、力矩dFFmO)()()(iOOFmRm合力矩定理合力矩定理FdO2022-4-79二、力偶二、力偶特征：特征：1 1、是一個(gè)基本的力學(xué)量，不能與一個(gè)、是一個(gè)基本的力學(xué)量，不能與一個(gè)力平衡，力偶只能與力偶平衡。力平衡，力偶只能與力偶平衡。2 2、力偶對(duì)作用面內(nèi)任一點(diǎn)之矩與矩、力偶對(duì)作用面內(nèi)任一點(diǎn)之矩與矩心的位置無(wú)關(guān)，恒等于力偶矩。心的位置無(wú)關(guān)，恒等于力偶矩。3 3、同平面內(nèi)兩力偶等效是力偶矩相、同平面內(nèi)兩力偶等效是力偶矩相等。等。dFmmM2022-4-710三三力力

6、的的平平移移Q”QmeQmQ2022-4-711四、平面一般力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化四、平面一般力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化iFR主矢：iOmM主矩：OF1F2FnOF1F2FnF1F1”m1F2m2FnmnOF1F2m2Fnmnm1RMO2022-4-712四、平面一般力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化四、平面一般力系向一點(diǎn)簡(jiǎn)化iFR主矢：iOmM主矩：ORMORR”dRMdO2022-4-713第三節(jié)第三節(jié) 物體的受力分析物體的受力分析一、約束和約束反力一、約束和約束反力自由體和非自由體自由體和非自由體約束和約束反力：約束和約束反力：方向方向作用點(diǎn)作用點(diǎn)大小大小 平衡方程平衡方程2022-4-7141 1、柔性體約束（柔索約束）、柔

7、性體約束（柔索約束） 繩索，傳動(dòng)帶，鏈條等，忽略剛性，繩索，傳動(dòng)帶，鏈條等，忽略剛性，不計(jì)重力，絕對(duì)柔軟且不可伸長(zhǎng)不計(jì)重力，絕對(duì)柔軟且不可伸長(zhǎng)特點(diǎn)：只受拉，不受壓，不能抗彎矩，特點(diǎn)：只受拉，不受壓，不能抗彎矩，限制物體沿柔性體伸長(zhǎng)的方向運(yùn)動(dòng)。限制物體沿柔性體伸長(zhǎng)的方向運(yùn)動(dòng)。2022-4-7152022-4-7162022-4-7172 2、光滑接觸面（線）約束、光滑接觸面（線）約束 特點(diǎn)：只受壓，不受拉，沿接觸點(diǎn)處特點(diǎn)：只受壓，不受拉，沿接觸點(diǎn)處的公法線而指向物體，一般用的公法線而指向物體，一般用NN表示。表示。又叫法向反力。又叫法向反力。 忽略摩擦，理想光滑。忽略摩擦，理想光滑。2022-4

8、-7182022-4-7193 3、鉸鏈約束、鉸鏈約束 2022-4-720（1 1）固定鉸鏈支座約束）固定鉸鏈支座約束 2022-4-7212022-4-7222022-4-7232022-4-724（2 2）活動(dòng)鉸鏈支座約束）活動(dòng)鉸鏈支座約束2022-4-7252022-4-7264 4、固定端約束、固定端約束2022-4-7272022-4-7282022-4-729二、受力圖二、受力圖例例1-11-1某化工廠的臥式容器，容器總重某化工廠的臥式容器，容器總重量量( (包括物料、保溫層等包括物料、保溫層等) )為為QQ，全長(zhǎng)為，全長(zhǎng)為L(zhǎng) L，支座支座B B采用固定式鞍座，支座采用固定式鞍座

9、，支座C C采用活采用活動(dòng)式鞍座。試畫出容器的受力圖。動(dòng)式鞍座。試畫出容器的受力圖。2022-4-730例例1-21-2焊焊接在鋼柱接在鋼柱上的三角上的三角形鋼結(jié)構(gòu)形鋼結(jié)構(gòu)管道支架，管道支架，上面鋪設(shè)上面鋪設(shè)三根管道，三根管道，試畫出結(jié)試畫出結(jié)構(gòu)整體及構(gòu)整體及各構(gòu)件的各構(gòu)件的受力圖。受力圖。2022-4-731例例1-3 1-3 剛架自身重力不計(jì)，剛架自身重力不計(jì)，ACAC上作用載上作用載荷，畫出荷，畫出ACAC、BCBC及剛架整體的受力圖及剛架整體的受力圖 2022-4-732畫受力圖的步驟：畫受力圖的步驟：(1)(1)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，畫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，畫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖； (2)(2)選擇研究對(duì)象，

10、畫出作用在其選擇研究對(duì)象，畫出作用在其上的全部主動(dòng)力；上的全部主動(dòng)力；(3)(3)根據(jù)約束性質(zhì)，畫出作用于研根據(jù)約束性質(zhì)，畫出作用于研究對(duì)象上的約束反力。究對(duì)象上的約束反力。2022-4-733第四節(jié)第四節(jié) 平面力系的平衡方程式平面力系的平衡方程式平面力系平衡的必要與充分條件：力系平面力系平衡的必要與充分條件：力系的主矢和對(duì)任一點(diǎn)的主矩都等于零。的主矢和對(duì)任一點(diǎn)的主矩都等于零。 0,0OMR0)(, 0,0FmYXO0, 0)(, 0)(XFmFmBA0)(, 0)(, 0)(FmFmFmCBA2022-4-734例例1-4 1-4 梁梁ABAB，長(zhǎng)，長(zhǎng)L=6mL=6m，A A、B B端各作用

11、一端各作用一力偶，力偶，mm1 1=15kN.m=15kN.m，mm2 2=24kN.m=24kN.m，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向如圖所示，求支座向如圖所示，求支座A A、B B的反力。的反力。 0021mmLRmA)(5 . 16152421kNLmmRA2022-4-735例例1-5 1-5 直桿直桿ABAB與彎桿與彎桿BCBC鉸接，已知鉸接，已知ABAB桿上有一力偶矩桿上有一力偶矩MM作用，各桿重力不作用，各桿重力不計(jì)。求支座計(jì)。求支座A A、C C處的約束反力。處的約束反力。 00dRMmAaad2330cos0MadMRA3322022-4-736例例1-6 1-6 剛架所受荷載、尺寸及支承情剛架所受荷載、尺寸及支承情況見(jiàn)圖，求支座況見(jiàn)圖，求支座A A及及B B處的反力。處的反力。 020)(0000aPmbQbRFmQRYYPXXBABAA2022-4-737例例1-7 1-7 懸臂梁懸臂梁ABAB作用有均布荷載作用有均布荷載q q，在自由，在自由端還受一集