單輝祖工力-受力分析

1、工程力 學(xué) 力力 物體間相互機(jī)械作用的結(jié)果。物體間相互機(jī)械作用的結(jié)果。 接觸接觸 場場力的內(nèi)效應(yīng)（變形）：使物體的形狀發(fā)生變化力的內(nèi)效應(yīng)（變形）：使物體的形狀發(fā)生變化 力的外效應(yīng)（運(yùn)動）：使物體的運(yùn)動狀態(tài)改變力的外效應(yīng)（運(yùn)動）：使物體的運(yùn)動狀態(tài)改變緒緒 論論1. 解決工程力學(xué)問題解決工程力學(xué)問題學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 的的 研究力的外效應(yīng)。研究物體的機(jī)械運(yùn)動的一般研究力的外效應(yīng)。研究物體的機(jī)械運(yùn)動的一般規(guī)律的科學(xué)。規(guī)律的科學(xué)。 靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)理論理論力學(xué)力學(xué)材料力學(xué)材料力學(xué)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性研究力的內(nèi)效應(yīng)。研究物體在外力作用下的變研究力的內(nèi)效應(yīng)。研究物

2、體在外力作用下的變形和失效規(guī)律。形和失效規(guī)律。 理論力學(xué)材料力學(xué)理論力學(xué)材料力學(xué)工程工程力學(xué)力學(xué)技技 術(shù)術(shù) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 課課2. 能力培養(yǎng)能力培養(yǎng)3. 敲門磚敲門磚 箭頭的長度表示力的大小箭頭的長度表示力的大小 箭頭的方向表示力的方向箭頭的方向表示力的方向 箭頭的始端（末端）表示力的作用點(diǎn)箭頭的始端（末端）表示力的作用點(diǎn) （箭頭所沿著的直線表示力的作用線）（箭頭所沿著的直線表示力的作用線） 黑體黑體 F F 表示力矢量，表示力矢量， 普通字母普通字母F F 表示力的大小。表示力的大小。 若以若以 F F 0 0 表示沿力作用方向的單位矢量，表示沿力作用方向的單位矢量， 則則 F = F F F

3、 = F F 0 0 力的單位力的單位: : N N 和和 kNkN 力的作用線力的作用線F FO O定位矢量定位矢量力的三要素：力的大小力的大小力的方向力的方向力的作用點(diǎn)力的作用點(diǎn)滑移矢量滑移矢量自由矢量自由矢量力是矢量力是矢量 當(dāng)物體間的相互作用面積可以抽象為一個(gè)點(diǎn)（作當(dāng)物體間的相互作用面積可以抽象為一個(gè)點(diǎn)（作用點(diǎn)）時(shí)，其相互作用力稱為用點(diǎn)）時(shí)，其相互作用力稱為 集中力集中力 當(dāng)物體間的相互作用面不能抽象為一個(gè)點(diǎn)時(shí)，當(dāng)物體間的相互作用面不能抽象為一個(gè)點(diǎn)時(shí)，物體間相互的作用力稱為物體間相互的作用力稱為 分布力分布力 作用線落在同一平面內(nèi)的力系叫作用線落在同一平面內(nèi)的力系叫 平面力系平面力系

4、作用線分布在空間內(nèi)的力系叫作用線分布在空間內(nèi)的力系叫 空間力系空間力系 兩力系對同一物體的作用效應(yīng)相同兩力系對同一物體的作用效應(yīng)相同 則稱兩力力系為則稱兩力力系為 等等 效效 力力 系系 集中力與分布力集中力與分布力 平面力系和空間力系平面力系和空間力系 等效力系等效力系 一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則稱該力為該力系的一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則稱該力為該力系的 合合 力力 靜 力 學(xué)第 一 篇 靜力學(xué)的任務(wù)：靜力學(xué)的任務(wù)： 靜力學(xué)的研究內(nèi)容：研究作用在物體上力系的平衡規(guī)律 力系力系 作用于物體上的一群力。作用于物體上的一群力。 平衡平衡 物體相對于慣性參考系（如地面）物體相對于慣性參考系（如地面） 保

5、持靜止或作勻速直線運(yùn)動。保持靜止或作勻速直線運(yùn)動。1. 1. 物體受力分析物體受力分析2. 2. 力系的簡化方法力系的簡化方法3. 3. 建立平衡條件建立平衡條件 靜力學(xué)基本概念與受力分析第一章 剛體是實(shí)際物體被抽象化了的力學(xué)模型剛體是實(shí)際物體被抽象化了的力學(xué)模型 吊車梁的彎曲變吊車梁的彎曲變形形 一般不超過跨一般不超過跨度的度的1/5001/500，因此，因此，研究研究吊車梁的平衡吊車梁的平衡規(guī)律時(shí)，變形是次規(guī)律時(shí)，變形是次要因數(shù)，可以略去。要因數(shù)，可以略去。 1-1 1-1 剛體的概念剛體的概念 剛體：剛體： 在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離永遠(yuǎn)保

6、持不變的物體。離永遠(yuǎn)保持不變的物體。 作用在作用在物體物體上的同一點(diǎn)的上的同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力作用點(diǎn)也是該點(diǎn)，力。合力作用點(diǎn)也是該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定。的對角線確定。公理公理2 2 二力平衡條件二力平衡條件作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的充分必要條件是：充分必要條件是：兩個(gè)力大小相等，方向相反，且在同一直線兩個(gè)力大小相等，方向相反，且在同一直線上上, , 即即F F1 1 = - = - F F2 2ABF1F2CD

7、F FDF FCF FCF FDA AB B 在在已知力系上加上或減去一個(gè)任意的平衡力系，將不已知力系上加上或減去一個(gè)任意的平衡力系，將不會改變原力系對會改變原力系對剛體剛體的作用效應(yīng)。的作用效應(yīng)。推理推理1 1 力的可傳性力的可傳性 作用于作用于剛體剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線推移到上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線推移到剛體內(nèi)的另一點(diǎn)，而不改變力對剛體的作用效應(yīng)。剛體內(nèi)的另一點(diǎn)，而不改變力對剛體的作用效應(yīng)。公理公理3 3 加減平衡力系原理加減平衡力系原理F F F F2 = - F F1 = F FF F1F F2F FF F作用于作用于剛體剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力上三個(gè)相互

8、平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，的作用線匯交于一點(diǎn)， 則此三力必在同一平面內(nèi)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且三個(gè)力的作用線匯交一點(diǎn)。且三個(gè)力的作用線匯交一點(diǎn)。P PF FT TP PTTF F變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。非充分非充分F FF FF FF FF FF FF FF F：位移不受限制的物體。位移不受限制的物體。：位移受限制的物體。位移受限制的物體。： 對非自由體的某些位對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。移起限制作用的周圍物體。約束對物體作約束對物體

9、作用的力。用的力。 1-3 1-3 約束和約束反力約束和約束反力 約束反力的大小方向作用點(diǎn)約束反力的大小方向作用點(diǎn): :作用點(diǎn)作用點(diǎn): : 約束與非自由體的接觸點(diǎn)（面）約束與非自由體的接觸點(diǎn)（面）方方 向：向：和約束所能限制位移方向相反和約束所能限制位移方向相反大大 ?。盒。?隨已知力的變化而變化隨已知力的變化而變化被動力：被動力： 未知的約束反力未知的約束反力。主動力：主動力： 已知力（載荷重力等）已知力（載荷重力等）靜力學(xué)中靜力學(xué)中主動力系主動力系+被動力系被動力系=平衡力系平衡力系 約束反力的大小可由平衡條件（平衡約束反力的大小可由平衡條件（平衡方程）求得方程）求得 求約束反力的大小是靜

10、力學(xué)的一個(gè)重求約束反力的大小是靜力學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)要任務(wù)光滑支承面對物體的約束反力，作用在接觸光滑支承面對物體的約束反力，作用在接觸點(diǎn)處，方向沿接觸表面的公法線點(diǎn)處，方向沿接觸表面的公法線( (法線法線) )，并指向受，并指向受力物體。稱為法向反力，用力物體。稱為法向反力，用 F FN N 或或 N N 表示。表示。ABF FA AF FB B常見的約束類型常見的約束類型1. 光滑接觸表面約束光滑接觸表面約束F FN NC C 繩索對物體的約束反力，繩索對物體的約束反力，作用在接觸點(diǎn)，方向沿著繩作用在接觸點(diǎn)，方向沿著繩索背離物體。索背離物體。 當(dāng)鏈條或膠帶繞在輪子上，當(dāng)鏈條或膠帶繞在輪子上，對

11、輪子的約束反力沿輪緣的對輪子的約束反力沿輪緣的切線方向背離輪子。切線方向背離輪子。AP PAFFF FP PT T2T T1T T2T T12. 2. 柔性約束柔性約束 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 軸可以在孔內(nèi)任意轉(zhuǎn)動，也可以沿孔的軸線軸可以在孔內(nèi)任意轉(zhuǎn)動，也可以沿孔的軸線移動；但軸承阻礙著軸沿徑向向外移動。移動；但軸承阻礙著軸沿徑向向外移動。徑向軸承徑向軸承3. 3. 光滑鉸鏈約束光滑鉸鏈約束（1 1）向心軸承向心軸承 方向不能確定的約束反力通常方向不能確定的約束反力通常用兩個(gè)未知的正交分力用兩個(gè)未知的正交分力X X 和和Y Y 表示。表示。AY YAX XA 約束反力的方向往往預(yù)約束反力的方向往往預(yù)先不

12、能確定，但是，無論先不能確定，但是，無論它朝向何方，其作用線必它朝向何方，其作用線必垂直于軸線并通過軸心。垂直于軸線并通過軸心。N Nx xN Ny(2) (2) 圓柱鉸鏈和固定鉸鏈支座圓柱鉸鏈和固定鉸鏈支座 圓柱鉸鏈由銷釘將兩圓柱鉸鏈由銷釘將兩個(gè)鉆有同樣大小孔的構(gòu)個(gè)鉆有同樣大小孔的構(gòu)件連接而成。件連接而成。 若鉸鏈連接中若鉸鏈連接中有一個(gè)固定在有一個(gè)固定在地面或機(jī)架上，地面或機(jī)架上，則稱為固定鉸則稱為固定鉸鏈支座鏈支座。1 1、銷釘、銷釘 2 2、構(gòu)件、構(gòu)件3 滾動支座（輥軸支座滾動支座（輥軸支座）NNN約束反力位知量約 束 類 型AFAAFAxFAyA徑向軸承 圓柱鉸鏈 鐵軌 蝶鉸鏈(1)

13、 球鉸鏈F FxF FzF Fy(2) 止推軸承FxFzFy1. 光滑接觸表面約束F FN NC C2. 柔性約束AP P3 滾動支座和固定鉸支座NNyNxABABF FF Fp pF FA AF FB BABCP PqY YAX XAN NB例例1-21-2 qABC例例1-31-3 Q QP PCDABF FDF FCABF FDY YA AX XA AP PQ QP PCABD例例1-41-4 P PDCAY YAX XAY YCX XCY YBX XBX XC C BC CY YCPCABDPDCABCFCFBFCFA 解二解二CABP PQ Q例例1-51-5 ACCBF FBF F

14、CF FCY YAX XAP PQ QACCBX XCY YCX XC Y YC P PQ QY YBX XBY YAX XAF FBCBACP PQ QX XC1 Y YC1 X XC1Y YC1Y YAX XAF FBF FCF F CCABP PQ QY YAX XAF FBY YBX XBF FB一張完整的受力圖應(yīng)該包含的內(nèi)容：一張完整的受力圖應(yīng)該包含的內(nèi)容：1 研究對象，即有分離體圖。研究對象，即有分離體圖。 2 所有的主動力和約束反力。所有的主動力和約束反力。 3 注有所有主動力和約束反力的符號。注有所有主動力和約束反力的符號。 畫受力圖的步驟：畫受力圖的步驟：2 明確研究對象，取分離體，畫分離體圖。明確研究對象，取分離體，畫分離體圖。 3 在分離體上，畫上所有的主動力。在分離體上，畫上所有的主動力。4 在分離體上，按約束性質(zhì)畫上所有約束反力。在分離體上，按約束性質(zhì)畫上所有約束反力。6 校核。校核。 1 觀查有無二力構(gòu)件。觀查有無二力構(gòu)件。5 畫出作用和反作用力之間的關(guān)系。畫出作用和反作用力之間的關(guān)系。例例1-6PDBCKEA1）各構(gòu)件的受力圖）各構(gòu)件的受力圖2）AB桿、輪桿、輪、輪、輪銷銷釘釘B和物塊在一起的受力和物塊在一起的受力圖圖3）整體受力圖）整體受力圖PBCDKEAPFFT1T1T2T2NBYNBXNBYNBXT3T3NDNDNBN