管道工程基础知识

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1、第一篇管道工程基础知识第一章管道工程力学基础第一章管道工程力学基础第一节力学基本概念一、力力是物体间的相互作用，其结果使物体运动状态发生变化，或使物体发生变形。前者称为力的外效应，后者称为力的内效应。实践表明，力对物体作用的效果取决于力的大小、方向和作用点，通常称为力的三要素。力是矢量，可用带箭头的线段表示，见图!"!"!。线段的长短表示力的大小，线段的方位和箭头的指向表示力的方向，线段的起点（或终点）表示力的作用点。过力的作用点沿力的方向划出的直线称为力的作用线。“!”代表矢量，用!表示力的大小。国际单位制中，力的单位为#。图

2、!"!"!力的图示二、力矩作用在自由体上的一个力一般会引起物体的移动和转动。力矩是力使物体绕某点转动效应的度量。见图!"!"$，作用于扳手一端的力!使扳手产生绕!点转动的效应，不仅与力!的大小有关，且与转动中心!点至力!的作用线的垂直距离"有关。—%—第一篇管道工程基础知识在力学中以!"乘积，并加上适当的正负号来度量力!对物体#点转动的效应。这个量称为力!对于#点的矩，简称力矩，以符号$（!!）表示，即$（!!）"#!"（$%$%$）点#称为力矩中心，简称矩心；"称为力臂。图$%$%&力对点之矩力使物体绕点转动时，有两种不同的转

3、向。通常规定，力使物体按逆时针方向转动时的力矩为正，反之为负。在平面问题中，力对点的矩只取决于力矩的大小和转向，因此力矩是个代数量。力矩的单位是’·(或)’·(。三、力偶如图$%$%*所示，方向盘受到一对反向平行力作用，产生转动。这种大小相等、方向相反，作用线不在同一直线上的两个平行力称为力偶，以符号（!，!+）表示。两力作用线所决定的平面称为力偶的作用平面，两力作用线间的垂直距离称为力偶臂，以符号"表示。图$%$%*力偶力偶对刚体只产生转动效应，没有移动效应，这与一个力单独作用时是不同的。因此，力偶不能与一个力等效，也就不能与

4、一个力平衡。力偶的转动效应分别与力偶中力!的大小、力偶臂"的大小成正比，与力偶的作用面也有关。因此可用乘积!"来度量力偶的转动效应，称力偶矩，记作$（!，!+）或简记为$，即$"$（!，!+）"#!"（$%$%&）平面问题中，力偶中两力逆时针转向取正号，顺时针取负号。力偶矩的单位是’·(或)’·(。—,—第一章管道工程力学基础力偶的三要素为：力偶矩的大小、转向和作用面。力偶在任何坐标轴上的投影为零，力偶没有合力，即力偶不能与一个力等效。力偶的两个力对其作用面内任一点力矩的代数和为一常数，并等于力偶矩。力偶对平面内任一点之矩与该点

5、的位置无关。在同一平面内，具有相等数值的力偶矩和相同转动方向的两个力偶等效。由此等效条件可得出以下推论；!已知力偶可以在平面内任意移动而不改变它对刚体的作用；"在力偶矩的大小和转向不变的条件下，可同时改变该力偶的力和力偶臂而不改变力偶对刚体的作用。由此，力偶可用两个等值、反向、不共线的平行力表示，也可用力偶矩!的弧线表示，见图!"!"#。图!"!"#力偶矩!的弧线第二节外力、内力与应力一、外力外力是指某一物体受到其他物体作用的所有外力，按其对物体产生的外效应，可分为两大类：主动力与约束反力。主动力的外效应是促使物体运动或发生形变

6、；约束反力的外效应是阻碍物体的运动。按其作用方式可分为体积力和表面力。体积力是连续分布于物体内部各点，单位是$%&’；表面力是作用于物体表面上的力，又可分为分布力和集中力。连续作用于物体表面某一面积上的力称为分布力，分布力的单位是$%&(。若外力分布面积的宽远小于长度时，以沿轴线每单位长度内作用多少力度量，称为分布载荷，单位是$%&。若外力分布面积远小于物体时，可以看成作用于一点的集中力，称为集中载荷，单位是$。常见的外力有拉力、压力、剪切力等。二、内力及其计算（一）内力物体受到外力作用而产生变形时，由内部各质点间的相对位置改变

7、而引起的相互—)—第一篇管道工程基础知识作用称为内力。不受外力作用时，物体内部各质点也存在着相互作用力，在外力作用下则会引起原有相互作用力的改变。材料力学中的内力，就是指这种因外力引起的物体内部各部分相互作用力的改变量。（二）截面法内力是物体内部相互作用的力，只有将物体假想地截开才可能把内力显露出来并进行分析。以图!"!"#$中，在平衡力系作用下的物体为例，沿!截面假想地将物体截为"、#两部分，如图!"!"#%所示。"部分的截面上由于#部分对它的作用而存在着内力，按照连续性假设，内力在该截面上是连续分布的。这种分布内力可以向截面

8、形心$简化为主矢%和主矩&&。今后把分布内力的合力称为截面上的内力。同理，#部分的截面上也存在着因"部分对它的作用而产生的内力%’和&’&。根据作用与反作用定律，同一截面两边的内力必大小相等方向相反，即任一截面处的内力总是成对的。整个物体处于平衡状态时，若将"、