单元1构件静力分析压缩稿.doc

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、理解力的概念与基本性质。 2、了解力矩、力偶、力向一点平移的结果。 3、了解约束、约束力和力系，能作杆件的受力图。 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、会分析平面力系，能熟悉建立平衡方程并计算未知力。 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???。 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）。 图1-1 力的表示方法 1.1.4 刚体的概念 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 作用在构件上的两个力，使构件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。如图1-2a所示，物体放置在水平地面上，受到重力G和水平面的支承力FN 的作用处于平衡状态，这两个力必等值、反向、共线。如图1-2b所示，物体亦处于平衡状态。 图1-2 二力平衡 不考虑构件自重，凡只受二力的作用而保持平衡的构件称为二力构件，简称二力杆。 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，可沿其作用线任意移动其作用点而保持它原来对刚体的作用效果。如图1-4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1-4 力的可传性 1.2.3力的平行四边形定理 作用在构件上同一点的两个力，可以按平行四边形法则合成一个合力。此合力也作用在 该点，其大小和方向由这两力为边构成的平行四边形的主对角线确定。如图1-5所示，FR 是F1、F2的合力，符合矢量加法法则，即： 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， 分别作用于两个不同的物体上。这两个力分别称为作用力与反作用力。如图1-6所示： 图1-6 作用力与反作用力 1.3 约束和约束力 1.3.1自由体与非自由体 1．自由体 能在空间任意运动不受任何限制的物体称为自由体。如空间飞行的飞机、炮弹和火箭等。 2．非自由体 在空间的运动受到某些限制的物体称为非自由体。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1-2b中绳索作用于重物的拉力FT，限制了重物向下的运动。 2．约束力 约束作用于被约束物体的力，称为约束力。约束力的方向与该约束所能限制的运动方向相反；作用点是约束与非自由体的接触点；约束力的大小总是未知的，在静力学中可以利用相关平衡条件求出。 1.3.3 常见的约束类型 1．柔性约束 由柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束称为柔性约束。其约束力为拉力，作用在接触 点，方向背离受力物体，用符号FT表示，如图1-7所示。 图1-7 柔性约束 2．光滑接触面约束 当两构件的接触表面非常光滑，摩擦可忽略不计时，把构件的接触面视为完全光滑的刚 性接触面，称为光滑接触面约束。光滑接触面约束的约束力作用在接触点，方向沿接触表面的公法线并指向受力物体，用符号FN表示，如图1-8所示。 图1-8 光滑接触面约束 3．光滑圆柱铰链约束 1）中间铰链和固定铰链 两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的摩