制药设备与工程设计 朱宏吉课件 二版课件 教学课件 作者 朱宏吉 张明贤 编著第02章 工程力学基础.ppt

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1、第二章工程力学基础TianjinUniversity2为了使机器或设备能安全而正常地工作，在设计时必须使构件满足以下三方面的要求：①要有足够的强度，以保证构件在外力作用下不致破坏；②要有足够的刚度，以保证在外力作用下构件的变形应在工程允许的范围以内；③要有足够的稳定性，以保证构件在外力作用下不致突然失去原来的形状。工程力学的任务就是研究构件在外力作用下变形和破坏的规律，为设计构件选择适当材料和尺寸，以保证能够达到强度、刚度和稳定性的要求。TianjinUniversity32.1物体的受力分析及其平衡条件2.1.1力的概念及其基本性质1、力的概念图2-1小车

2、受力图图2-2起吊重物受力图TianjinUniversity42、力的基本性质（1）作用与反作用定律（2）二力平衡定律图2-3起吊重物受力分析图2-3起吊重物受力分析TianjinUniversity5（3）力的平行四边形法则R=F1+F2(2-1)（4）力的合成与分解作用于同一物体上的若干个力叫做力系。力系中各个力的作用线汇交于一点的叫做汇交力系。图2-4力的平行四边形法则TianjinUniversity6力不但可以合成，根据实际问题的需要还可以把一个力分解为两个分力。分解的方法仍是应用力的平行四边形法则。图2-5力的合成图2-6力的分解Tianjin

3、University72.1.2力矩与力偶1、力矩的概念(2-2)式中正负号表示力矩转动的方向，一般规定：逆时针转动的力矩取正号，顺时针转动的力矩取负号。如果物体上有若干个力，当这些力对力矩中心的力矩代数和等于零,即时，原来静止的物体，就不会绕力矩中心转动。TianjinUniversity82、力偶的概念力偶就是受到大小相等、方向相反、互相平行的两个力的作用，它对物体产生的是纯转动效应(即不需要固定转轴或支点等辅助条件)。(2-3)因此力偶矩和力矩一样，也可以用一个代数量表示，其数值等于力偶中一力的大小与力偶臂的乘积，正负号则分别表示力偶的两种相反转向，若

4、规定逆时针转向为正，则顺时针为负。这是人为规定的，作与上述相反的规定也可以。TianjinUniversity9图2-7力矩示意图图2-8力偶示意图TianjinUniversity102.1.3物体的受力分析及受力图1、约束和约束反力如果物体只受主动力作用，而且能够在空间沿任何方向完全自由地运动，则称该物体为自由体。如果物体的运动在某些方向上受到了限制而不能完全自由地运动，那么该物体就称为非自由体。限制非自由体运动的物体叫约束。当非自由体的运动受到它的“约束”限制时，在非自由体与其约束之间就要产生相互作用的力，这时约束作用于非自由体上的力就称为该约束的约束

5、反力。TianjinUniversity11工程中的各种约束，可以归纳为以下几种基本形式。①柔性约束这类约束是由柔性物体如绳索、链条、皮带、钢丝绳等所构成。②光滑接触面约束这类约束是由光滑支承面如滑槽、导轨等所构成。支承面与被约束物体之间的摩擦力很小，可以略去不计。③铰链约束圆柱形铰链约束是由两个端部带有圆孔的构件用一销钉联接而成的。常见的有固定铰链支座约束和活动铰链支座约束，如图2-9、图2-10所示。TianjinUniversity12图2-9固定铰链支座约束图2-10活动铰链支座约束TianjinUniversity13④固定端约束这类约束是限制被约

6、束物体既不能移动，又不能转动，被约束的一端完全固定。如悬臂式管道托架，一端插入墙内，另一端为自由端，墙对托架也起到固定端约束的作用，如图2-11。图2-11固定端约束的托架TianjinUniversity142、受力图为了清晰地分析与表示构件的受力情况，需要将研究的构件(研究对象)从与它发生联系的周围物体中分离出来，把作用于其上的全部外力(包括已知的主动力和未知的约束反力)都表示出来。这样作成的表示物体受力情况的简图称为受力图。TianjinUniversity15图2-12三角形钢结构管道支架受力分析TianjinUniversity162.2直杆的拉伸

7、与压缩2.2.1概述图2-13工程构件的形状TianjinUniversity17当载荷以不同的方式作用在杆件上时，杆件将产生不同的变形；杆件变形的基本形式有以下几种（表2-1）：①拉伸当杆件受到作用线与杆的轴线重合的大小相等、方向相反的两个拉力作用时，杆件将产生沿轴线方向的伸长。这种变形称为拉伸变形。②压缩当杆件受到作用线与杆的轴线重合的大小相等、方向相反的两个压力作用时，杆件将产生沿轴线方向的缩短。这种变形称为压缩变形。TianjinUniversity18③弯曲当杆件受到与杆轴垂直的力作用(或受到在通过杆轴的平面内的力偶作用)时，杆的轴线将变成曲线。这

8、种变形称为弯曲变形。④剪切当杆件受到作用线与杆的轴线