第一章 构件的受力分析.ppt

第一章 构件的受力分析（静力学） 构件的受力分析是研究构件的强度和刚度的基础，从力学角度来说，属于静力学的范围，本章所要讨论的问题，是对处于静力平衡状态下的构件在外力作用下的受力分析和计算，由已知的主动力求出未知的约束反力。 静力学基础 理论力学：研究物体机械运动一般规律（力的外效应） 材料力学：研究构件承载能力（力的内效应） 构件承受荷载能力的衡量： 强度：构件抵抗破坏的能力（不发生破坏） 刚度：构件抵抗变形的能力（不发生超出许可的变形） 稳定性：构件保持原有平衡形态能力（构件几何形状的变化） 本章的研究对象 刚体：在力的作用下，其内部任意两点之间的距离保持不变（不发生任何变形） 这是理想化的力学模型 本章讨论的核心问题 如何从已知力求出未知力 分为两步： 1通过受力分析，确定构件的受力图（包括各外力的方向）； 2根据物体受力平衡规律，求未知外力的大小与方向 具体讨论3个问题 1物体的受力分析（画受力图）； 2力系的等效替换（力系的简化） 两力系对同一刚体作用产生的效果相同 3建立各种力系的平衡条件 刚体保持平衡（静止或匀速直线运动） 1.1静力学的基本概念 1.1.1力的概念 刚体与变形体 力：物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化。 力的运动效应，由理论力学研究 力的变形效应，由材料力学研究 力的三要素：大小，方向，作用点 1.1.2力学公理 1作用与反作用定律（成对性） 作用力与反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反、沿同一作用线分别作用在两个相互作用的物体上。 两个力是分别作用在两个物体上，不能认为作用力和反作用力相互平衡，组成平衡力系。 2二力平衡定律（可消性） 作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反，且在同一直线上。 只适用于刚体 二力构件和二力杆：二力杆件不一定是直杆，可以是各种形状的构件，满足二力平衡条件 二力杆件（AB） 二力杆件（DC 、 BC） 3加减平衡力系定律 在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。 这个公理对于研究力系的简化问题很重要 根据这个公理可导出的2个推论： 推理1：力的可传性 作用在刚体上某点力，可以沿着它的作用线移到刚体上的任意一点，并不改变该力对刚体的作用。 对刚体而言，力的作用点已不是决定力的作用效果的要求，已被作用线所代替。 推理2：三力平衡汇交定理 作用在刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。 4力的平行四边形法则（可分性、可合性） 作用在物体上同一点的两个力，可合成为一个合力，合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的四边形的对角线确定，合力矢等于这两个力矢的几何和。 矢量加法 可合性 可分性 5刚化原理（可传性） 变形体在某力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。 1.2约束、约束反力与受力图 1.2.1约束与约束反力 自由体：位移不受限制的物体。 非自由体：位移受限制的物体。 约束阻碍物体的位移，也就是约束能起到改变物体运动状态的作用，所以约束对物体的作用，实际上就是力，这种力称为约束反力，简称为反力。 特征： 约束反力的方向必须与该约束所能够阻碍的运动方向相反； 约束反力的大小未知。 1.2.2常见的约束及其约束反力 1柔性体约束（柔索约束） 绳索、传动带、链条等，忽略刚性，不计重力，绝对柔软且不可伸长 特点：只受拉，不受压，不能抗拒弯矩，限制物体沿柔性体伸长的方向运动。 柔性体对物体的约束反力作用在接触点，方向沿着绳索背离物体，用T表示 柔性约束示意图 柔性约束示意图 2光滑接触面（线）约束 忽略摩擦，理想光滑 特点：只受压，不受拉，沿接触点处的公法线而指向物体，一般用N表示。又叫法向反力。 光滑接触面示意图（1） 光滑接触面示意图（2） 光滑接触面示意图（3） 3铰链约束 约束类型：向心轴承、铰链和固定铰链 特点：只限制物体的径向的相对移动，而不限制两物体绕铰链中心的相对转动。 （1）固定铰链支座约束 固定铰链支座约束 （2）活动铰链支座约束 活动铰链支座约束简图 （3）固定端约束 固定端约束 固定端约束简图 1.2.3刚体的受力分析与受力图 作用在物体上的力可分为二大类： 主动力：重力、压力、风等； 被动力：约束反力 画受力图：确定研究对象，把施力物