过程装备基础第二版课件教学课件 作者 朱孝钦 刘俊明 主编第2章 构件受力分析与平衡理论.ppt

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1、1第2章构件受力分析与平衡理论研究物体在外力作用下的平衡规律计算外力的基本方法受力分析22.1基本概念和基本原理2.2平面力系的简化与平衡2.3约束与约束力2.4受力分析与约束力的求解第2章构件受力分析与平衡理论目录3(1)力——力是物体间的相互作用，其作用结果使物体的运动状态发生改变或产生变形。2.1基本概念和基本原理2.1.1基本概念①使物体的运动状态发生改变称为力的外效应。1)力作用的效应：4②使物体产生变形，称为力的内效应。5力的三要素大小方向作用点3)力的表示法——力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如

2、图所示。F4)力的单位——在国际单位制中，力的单位是牛顿(N)1N=1公斤∙米/秒2(kgf∙m/s2)。2)力对物体的效应决定于力的三要素：6①体积力——体积力是物体间通过场(如重力场、电磁场)而间接作用的力(如重力、电磁力)，这种力连续分布于物体内各点。②表面力——表面力是通过物体间的直接接触而作用的力，在接触表面上连续分布(如流体对物体的压力)。5)力的种类：按照力的作用方式，可以将力分为：通常体积力或表面力在其作用范围内各点的作用强弱程度是不同的。通过力的集度体现出来76)力的表示法唯一解8反之，当投影Fx

3、、Fy已知时，则可求出力F的大小和方向：9刚体是对物体进行抽象简化得到的一种理想模型。一个物体能否视为刚体，不仅取决于其变形的大小，而且和问题本身的要求有关。(3)刚体——物体在力的作用下是不变形的，在任何情况下，其大小和形状始终保持不变。(2)平衡——平衡是物体机械运动的特殊形式，是指物体相对地球处于静止或做匀速直线运动的状态。10若无特别说明，本章中把物体视为刚体。(5)等效力系——作用于刚体上的某一个力系，如果用另一个力系代替，它对刚体的作用效应与前者完全相同，则称这两个力系为等效力系。(4)力系——作用在物

4、体上的一群力称为力系。(6)合力——如果一个力与一个力系等效，则这个力称为这个力系的合力。(7)等效力系——物体在某一力系作用下如果处于平衡状态，则这一力系称为平衡力系。平衡力系对刚体的作用效果等于零。11公理一(二力平衡公理)作用在刚体的两个力处于平衡状态的充分和必要条件是：这两个力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上(简称为等值、反向、共线)。2.1.2基本原理12公理二(加减平衡力系公理)在作用于刚体上的力系中，加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。13推论(力在刚体上的可传性)作用于

5、刚体的力，可以沿其作用线移到刚体内的任意一点，而不改变该力对刚体的作用效应。==FAF2F1FABF1AB14A公理三(力的平行四边形公理)作用在物体上同一点的两个力，可以合成为作用于该点的一个合力，它的大小和方向由这两个力为边所构成的平行四边形对角线来表示。F1F2R矢量表达式：R=F1+F2即：合力为原两力的矢量和。15推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。F1F3R1F2A=证明：A3F1F2F3A3AA2A116公理四(作用力与反作用

6、力公理)两个物体间的作用力和反作用力总是总是大小相等、方向相反，沿同一直线分别作用在这两个物体上。公理四揭示了两物体间相互作用力的定量关系，是分析若干个物体所组成的物体系统平衡条件的基础。172.2平面力系的简化与平衡利用前述的基本概念和基本原理，可解决平面力系的简化与平衡问题。平面力系有平面汇交力系、平面平行力系、平面力偶系和平面一般力系四种类型。18作用于物体上各力的作用线都在同一平面内且汇交于一点。平面汇交力系：力的计算:力的大小直接影响设备的安全，是设备设计的基础。力又是矢量，其实际的计算很繁杂；常用的方法

7、有两种，即作图法与解析法。2.2.1平面汇交力系的合成与平衡19例:20作图法：简单、精确度不高。解析法：精确、计算也不复杂。(1)图解法1)合成的几何法：AF2F1F4F3表达式：RF1BF2CF3DF4EA方法特点：21把各力的矢量首尾相接，形成一条有向折线段(称为力链)。加上一封闭边，就得到一个多边形，称为力多边形。2)力的多边形规则：该力系的力多边形自行闭合，即力系中各力的矢量和等于零。3)平面汇交力系平衡的充分必要几何条件：RF1BF2CF3DF4EA22ABCDFRF21xy0图1-15合力投影定理(2

8、)解析法---合力投影定理2324平面汇交力系平衡的充分必要条件是：力系的合力等于零。平面汇交力系的平衡条件252.2.2平面平行力系的合成与平面力偶理论26两个同向平行力，利用力的平行四边形公理可以合成一个合力对于多个平行力，两两合成最终就会得到其合力(1)同向平行力的合成(2)反向平行力的合成当两个力趋向于相等时，合力的值则越来越小，趋于零，而合力的作用