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1、2006年12月陕西理工学院学报Dec.2006第22卷第4期JournalofShaanxiUniversityofTechnologyVol.22No.4[文章编号]1673-2944(2006)04-0008-02AutoCAD在力学中的应用1213杨晓龙,耶晓东,刘争利,张修义(1.西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071;2.陕西理工学院电信系,陕西汉中723003;3.陕西理工学院电气系,陕西汉中723003)[摘要]以手工作图为主的图解法是一种求解力系问题的常用方法,介绍此方法在Auto2CAD环境之下,借助其强大的几何设计绘图功能,方
2、便、精确地做出力的多边形,从而更好地满足工程实际要求。[关键词]平面汇交力系;AutoCAD;几何设计绘图[中图分类号]TH123;TP391.72[文献标识码]A[1]解析法与图解法是理论力学中研究平面汇交力系时常用的两种方法。图解法虽然具有原理简单、方法直观、作图迅速便捷的优点,但以往的手工作图过程使得其作图中的误差较大,设计精度较低,不能满足当今工程实际所需的更高要求,因而其使用范围已大大减少。尽管图解法在很多工作场合中已很少应用,但其独特的解题技巧是解析法所不能替代的,并且在计算机中解析法计算的准确性也需要[3]用图解法来加以验证。随着计算机技术的发展
3、和AutoCAD应用的普及,使得高精度、快速的图解法设计成为现实。1AutoCAD的几何设计绘图功能众所周知,基于CAD技术的图解法,可以使处理过程变得简单、灵活,结果变得精确和可靠,描述过程更加直观,例如AutoCAD具有高度智能化、生动直观的交互界面和功能强大的图形处理功能。以[2]AutoCAD2004为例,它的基本功能有:①自动捕捉、自动跟踪和极轴功能;②图线尺寸方便而精确的控制功能;③高数据精度;④几何图形数据库的开放性和可读性,方便的获取和交换图形数据信息功能;⑤完成解析法难以完成的要求;⑥工程设计中,多用几何模型来讨论问题。在极端的情况下,甚至用
4、试制来敲定。主动利用几何设计功能,进行图形处理或制作应用程序,可使试制的工作量减少,因而产生明显的经济效益;几何设计精确的结果数据,还可以提供自建数学模型所达不到的精确结果,因而产生明确的技术效益。2应用实例[1]我们以如图1(a)所示的一楔形连接装置为例,求解未知力,说明其做法。已知:α=15°,楔块A、B与C间的摩擦角都等于φ=12°,忽略各楔块与固定面间的摩擦和各楔块的重量。如果在楔块A上作用一水平力Q=10kN,问作用在楔块C上的铅直力P最大等于多少而不致使楔块C下滑?2.1题目分析(1)若用解析法求解此问题,所列出的平衡方程较多,求解不方便、不直观,
5、如果借助于图解法,用摩擦角的概念来求解,此题就变得比较简单了。(2)选楔块A为研究对象,它受水平力Q、支持面铅直反力R1和楔块C对A作用的全约束反力R2共3个力作用。当力P达到欲求的最大值时,各楔块都处于平衡的临界状态。这时,C相对于A有沿斜收稿日期:2006-06-25作者简介:杨晓龙(1976—),男,陕西咸阳人,讲师,在读硕士研究生,主要研究方向为CAD创新设计、人工智能、自然语言理解。第4期杨晓龙,耶晓东,刘争利,等AutoCAD在力学中的应用面向下滑动的趋势,则A相对于C的滑动趋势沿斜面向上,因此R2的作用线与法线间的夹角偏向如图1(b)所示的一方。
6、根据力的平衡条件,Q,R1和R2应组成封闭的力三角形。(3)选楔块C为研究对象,它受铅直力P,楔块A对C的反力R2′,楔块B对C的全约束反力R2共3个力作用。楔块C有向下滑动的趋势而处于平衡的临界情况时,P=Pmax,力R2的作用线与法线间的夹角等于摩擦角而偏向如图1(c)所示的一方。由力的平衡条件,Pmax,R2′和R3组成封闭的力三角形。(4)通过以上的分析,可以在AutoCAD中先做出楔块A和楔块C受力图,再分别画出这俩个封闭的力三角形,再利用AutoCAD中的查询命令可以得到Pmax的大小,也就求出了P的值。图1楔形连接装置及受力分析图2.2操作步骤(
7、1)进入AutoCAD的工作环境。(2)用直线命令“line”以一定的比例(10图形单位=2000N)做出楔块A上的一个已知力Q=10kN,方向水平向右。(3)打开对象捕捉中的平行捕捉,用直线命令“line”以Q=10kN力的起点作直线平行于力R1,再打开极轴设置设定角度(R2和Q之间的夹角)为φ+α=27°,以Q=10kN力的终点做直线R2,这两条直线相交得到一点,各力依次首尾相接如图1(b)所示。(4)用复制命令“copy”将图1(b)图中力R2的直线段复制,得到反力R2′的直线段。(5)打开对象捕捉中的平行捕捉,用直线命令“line”以R2′力的起点作直
8、线平行于力P,再打开极轴设置设定角度(
