物体的受力分析和静力平衡方程.pptxVIP

主讲：汪靖

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教材：

面向21世纪课程教材

“化工设备机械基础”，赵军主编，化学工业出版社

合理设备可以简化流程，降低成本

设备的结构和材质

具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械传动。

目的和意义

绪言

第一篇工程力学基础23学时

第二篇化工设备设计基础20学时

第三篇机械传动13学时

二、主要内容及学时安排

第一篇工程力学基础概述

工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的科学。这一篇包含工程力学两个基础部分的内容：静力学和材料力学。

要想物体在外力的作用下能够安全可靠的工作，则需要满足以下三个力学条件：

强度条件：强度是指构件抵抗破坏的能力；

刚度条件：刚度是指构件抵抗变形的能力；

稳定性条件：稳定性是指构件保持原有平衡形态能力。

本篇中就是讨论等截面直杆的强度、刚度问题，稳定性问题放到后面“外压容器设计”中进行研究。

第一章物体的受力分析和静力平衡方程

第二章拉伸、压缩与剪切

第三章扭转

第六章疲劳

第四章弯曲

第五章应力状态分析强度理论组合变形

主要内容

第一章物体的受力分析和静力平衡方程

本章的重点内容：

1.力的概念，力的三个要素；

2.作用与反作用定律，二力平衡定律，力的合成与分解；

3.约束和约束反力；

4.力矩、力偶的概念，力的平移；

5.受力图分析；

6.平面力系的平衡方程式

力的概念及作用形式

第一节静力学基本概念

按照国际单位制，力的单位用“牛”(N)或“千牛”(kN)。

06

如下图中作用小车上的重力P与拉力T。

04

概念：力是物体间相互作用。

01

力是既有大小又有方向的矢量，它可以用表示矢量的方法来表示（图1-1）。

03

力的作用形式大致有以下三种：（图1-2）

集中力

均布载荷

线分布力

05

力的三要素：力的大小、方向、作用点。

02

刚体的概念

所谓的刚体就是指在力的作用下不发生变形的物体。它是原物体的理想化的模型。

平衡的概念

二力平衡定律等值、反向、共线（图1-3）。实例如右图：

加减平衡力系原理

力的可传性原理

作用和反作用定律

力大小相等，方向相反，而作用线相同（等值、反向、共线）。

注意：在分析物体受力时要正确区分二力平衡和作用力与反作用力。前者是同一物体上的两个力的作用；后者是分别作用在两个物体上的两个力，它们的效果不能互相抵消。

第二节约束和约束反力

首先，明确几个概念：自由体非自由体约束约束反力

1、柔性体约束（柔索约束）

如：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。

2、理想光滑面（线）约束

特点：只受压，不受拉，力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。

3、圆柱形铰链约束

固定铰链支座约束

底座固定在支撑面上的铰支座。

特点：底座既限制物体沿支撑面法线方向的运动也限制沿支撑面的运动

固定铰链支座类型

活动铰链支座约束

底座可以移动的铰支座。

特点：底座只能限制物体沿支撑面法线方向的运动而不限制沿支撑面的运动。

活动铰链支座类型

固定端约束

特点：这类约束的特点是既限制物体的移动也限制物体的转动。

受力分析：分析某一物体上受到那些力的作用，这些力的大小、方向、位置如何？

A

C

B

分离体：从研究对象分离出来的自由体。

受力图：表示物体受力情况的简图。

几个基本概念

第三节分离体和受力图

例1-1．某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、保温层等)为Q，全长为L，支座B采用固定式鞍座，支座C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。

例1-2．焊接在钢柱上的三角形钢结构管道支架，上面铺设三根管道，试画出结构整体及各构件的受力图。

简化结构，画结构简图；

选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；

根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。

画受力图的步骤：

由力的轴上的投影还可看出：

一力在互相平行且同向的轴上投影相等；

将力平移，此力在同一轴上的投影不变。

力的投影概念

01

如果已知力的投影X、Y，则力大小和方向为：

力在直角坐标轴上的投影为：

02

第四节力的投影及合力投影定理

力的平行四边形法则

平行四边形法则：作用在同一物体上的相交的两个力，可以合成为一个合力，合力的大小和方向由以这两个力的大小为边长所构成的平行四边形的对角线来表示，作用线通过交点。

合力