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第一章物体受力分析及其平衡条件
第一章 物体受力分析及其平衡条件 研 究 对 象—— 构件,指宏观可见物体,如 桥梁、汽车、塔、化工设备等。 构件的状态——研究处于平衡状态构件。 平 衡 状 态——构件在外力作用下相对于 地面是静止或匀速运动。 本章研究内容——构件在外力作用下处于 平衡状态时遵循的规律。 §1-1 物体受力分析 刚性体——构件在外力作用下形状、尺寸 保持不变。 注:在对构件受力分析时——可认为构件 为刚性体。 在分析构件受力变形时——不可认为 构件是刚性体。 力有三要素——力有大小、方向和作用点 力有方向性,力是矢量 表示力的大小的国际单位 (SI)——牛顿(N) 工程上以千牛(KN)表示: 1KN=1000N 有时用千克力(kgf)表示: 1kgf=9.8N 力三要素用带箭头线段表示: 如图: 线段AB长度——表示力的大小 AB所在线mn线——表示力的作用线 表示力的大小量——标量 白色字母F表示 表示力的大小与方向——矢量 黑色字母F表示 2.力的性质(force properties) 力有四条基本性质 (1)二力平衡条件 一个刚体只受两力作用处于平衡,二力一定大小相等,方向相反,作用在同一直线上。 刚体形状不影响二力平衡性质 二力平衡条件简称——二力等值,反向,共线。 二力平衡前提条件: ①力作用体为刚性体 对非刚性体如,柔软体(绳索类) ②只受两个力作用 ③构件处于平衡状态。 如图表示二力作用刚体构件 构件处于平衡,则FA=-FB FA,FB称为一对平衡力 平衡力概念:二力等值,反向,共线, 作用在同一物体上。 注意:平衡力必须满足四条件,否则不是平衡力。 二力构件——在两力作用下,处于平衡构件,构件为 杆状时,二力杆。 二力杆——在二力作用下平衡的刚性杆状构件。 注:工程上杆件指长度远大于截面尺寸。 此时二力不共线也可近似二力杆,但对长度和截面尺寸相差不大时,二力不共线,则不是二力杆。 力 系 概 念——同一物体受力数n≥2,物体受 到力系作用。 平 衡 力 系——同一物体在受力数 n≥2个力 作用下平衡,力系称为平衡力系。 加减平衡力系原理: 作用在刚体上任一力系中,加上或减去任一 平衡力系,物体的运动状态不变,即不改变力 的外效应,但改变力的内效应,即加足够大平 衡力系时,构件可能破坏。 一小车在水平力作用下,将水平力沿作用线移到小车上任一点,小车运动状态不变。 可见:力作用点不是决定力作用效果要素,研 究力对物体外效应时,力可沿作用线滑 动,力视为滑动矢量。 注意:①力可传性只适用于刚体 物体受力不变形。适用于研究力的外效应。对非刚性构件,求变形大小时,力的可传性不适用。 ②不适用于研究力的内效应 对研究力效应,力的作用点决定力的作用效果。 力为固定矢量 有一橡皮绳在力作用下伸长,改变一力作用点,显示出伸长量不同。 (3) 力的平行四边形法则 合力:作用在刚体上多个力,如果用一个力代替,而不改变力对刚体作用的外效应,此力为合力。力系中各力为分力。 ? 注意:力为矢量,不能简单相加,除非有同一作用线,否则用平行四边形法合成。 矢量和表示:R= F1 + F2 b: 力的合成三角形法 具有同一对角线平行四边形由无穷 多个,力的分解无穷多。 工程一般将力分解为已知方向的两力或两互 相垂直的分力。 如图:分解互相垂直力——正交分解 F1 ,F2为正交分力。 (4) 作用与反作用定律 二、约束与约束反力 自 由 体:物体在空间上沿任意方向移动不受限制。
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