单元1 构件静力分析(压缩稿).docVIP

单元1 构件静力分析 构件静力分析主要研究构件（或物体）在力系的作用下的平衡问题，包括力的基本性质、力系的合成以及力系的平衡。 【学习目标1、 2、 3、 4、掌握力多边形法则及平面汇交力系合成与平衡的几何条件。 5、 项目1 力学基本概念 1.1 力的概念 1.1.1 力的定义 力是物体间的相互作用，这种作用使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形。 1．力的外效应 力使物体的运动状态发生改变的效应，称为力的外效应。例如：人搬运物体时，人与物 体之间产生相互作用。 2．力的内效应 力使物体的形状尺寸发生改变的效应，称为力的内效应。例如：用气锤锻打工件时，气 锤与工件之间产生相互作用，工件产生变形。 1.1.2 力的三要素 力对物体（或构件）的效应取决于力的大小、方向和作用点，称之为力的三要素。 1.1.3 力的表示方法及单位 力是一个既有大小又有方向的物理量，称为力矢量。用一条有向线段表示，线段的长度（按一定比例尺）表示力的大小；线段的箭头表示力的方向；线段的起始点（或终点）表示力的作用点，如图1-1所示。力的国际单位为[牛顿]（N）。 刚体是指在外力作用下大小和形状保持不变的物体。这是一个理想化的力学模型，事实上是不存在的。实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。 静力学中研究的物体均可视为刚体。 1.2 力学的基本定理 1.2.1 二力平衡定理 作用在上的两个力，使保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。 根据二力平衡定理可知，二力构件上的两个力的作用线必沿二力作用点的连线，且等值、 反向。如图1-3所示，杆AC自重不计，为二力杆，则A、C两点所受力FA、FC必定在二力作用点的连线AC上。 图1-3 托架受力示意图 1.2.2平衡力系定理（力的可传性原理） 作用在刚体上某点的力，如图所示小车，在A点作用力F和在B点作用力F对小车的作用效果是相同的。 图1-5 力的平行四边形法则 1.2.4作用与反作用定理（牛顿第三定理） 两物体间相互作用的力总是同时存在的，且两力大小相等、方向相反、沿同一条直线自由体称为自由体如空间飞行的飞机、炮弹和火箭等。 非自由体物体称为非自由体。如机车、机床的刀具等。 1.3.2约束与约束力 1．约束 限制物体运动的周围物体称为约束物，简称约束。如：绳索是所吊重物的约束、轴承是轴的约束、机床夹具是工件的约束等。约束是通过力的作用来限制被约束物体的运动的。如图中绳索作用于重物的拉力，限制了重物向下的运动。约束作用于被约束物体的力，称为约束力。作用点是约束与非自由体的接触点总是未知的在静力学中可以利用相关平衡条件求出由柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束称为柔性约束光滑约束图FN表示，如图1-10所示。 图1-10 活动铰链 1.4 构件的受力分析 在实际工程中，研究构件的平衡问题，必须对构件物体的受力情况作全面的分析，即构 件的受力分析。被确定要具体研究的构件或构件系统称为研究对象。画受力图的具体步骤如下：明确研究对象，画出分离体；在分离体上画出全部主动力；在分离体上画出全部约束反力 例1-1 如图1-11a所示，重G的球体A，用绳子BC系在墙壁上。画出球体A的受力 图。 解： （1）以球体A为研究对象，画出分离体图。 （2）画出主动力F和G。 （3）画出全部约束力。球体在D点受到竖直面支承力FND的作用，它垂直于竖直面向右， 如图1-11b所示。 a） b） 图1-11 球体的受力图 a）示意图 b）受力图 例1-2 如图1-12a所示为活塞连杆机构结构简图，活塞重量不计，试画出活塞B的受 力图。 a） b） 图1-12 活塞连杆机构受力图 a）示意图 b）受力图 解： （1）以活塞为研究对象，画出分离体图。 （2）画出主动力F。 （3）画出全部约束力。如图1-12b所示。 项目2平面汇交力系 作用在物体上的所有力均作用于同一平面内的力系称为平面力系。各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点的力系则称为平面汇交力系。 2.1平面汇交力系的合成 2.1.1 平面汇交力系合成的几何法 1．力的三角形法则 设有F1与F2两力作用于某刚体上的A点，则由平行四边形法则，以两力为边作平行四边形，其对角线即为它们的合力FR，记作，如图2-1a所示。为简便作图可省略AC与DC，直接将F2连在F1的末端，通过ΔABC即可求得合力FR，如图2-1b所示。此法称为力的三角形法则。 图2-1 力的三角形法则 2．力的多边形法则 如图2-2a所示，在刚体某平面内有