模块1构件的外力分析ppt课件.ppt

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1、模块1构件的外力分析学习情境1基本概念与静力学公理学习情境2受力分析学习情境3平面力系及合成学习情境4物体系统的平衡学习情境5空间力系简介模块1构件的外力分析【知识目标】理解静力分析的基本概念、掌握静力学公理、约束和约束反力；掌握受力图画法、理解力在直角坐标轴上的投影和合力投影定理；掌握平面汇交力系平衡方程、合力矩定理、力偶系的合成与平衡；理解力的平移定理及平面一般力系的简化与平衡条件掌握物系受力图画法，掌握平面一般力系的平衡计算；认识空间力系的平衡条件、理解空间力系平衡问题的平面解法。模块1构件的外力分析【技能目标】根据构件的工作条件，进行构件的外力分析，并画出受力图；对构件所受平面力

2、与力系，进行平衡分析与计算；对轴类构件进行简单空间力系的分析与计算。模块1构件的外力分析构件指机器、机械和工程结构的基本单元，如起重机（如图1-1所示）的横梁AB、拉杆BC等。它们在工作中都会受到力的作用。外力指作用在构件上的各种形式的载荷，包括重力、推力、拉力、转动力矩等。学习情境1基本概念与静力学公理1.1.1基本概念1.力与力的投影力是物体间相互的机械作用。力对物体的效应取决于力的三要素，即力的大小、方向和作用点。力是一个既有大小又有方向的量，称为矢量。矢量可用一具有方向的线段来表示，如图1-2所示。力的国际单位为牛顿（N）。1.1.1基本概念1.力与力的投影如图1-3所示，力F在

3、x轴和y轴的投影计算公式分别为投影的正负号规定如下:若从a到b的方向与x轴正向一致，则取正号；反之则取负号。力在坐标轴上的投影是代数量。1.1.1基本概念2.力系与等效力系作用于一个构件上的若干个力称为力系。若两个力系对构件的作用效应完全相同，则这两个力系称为等效力系。如果一个力系与另一个力系对物体的作用效应相同，则这两个力系互称为等效力系。若一个力与一个力系等效，则称这个力为该力系的合力，而该力系中的各力称为这个力的分力。已知分力求其合力的过程称为力的合成，已知合力求其分力的过程称为力的分解。1.1.1基本概念3.平衡与平衡力系平衡是指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态。若一力

4、系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。1.1.1基本概念4．力矩与力偶力矩是表示力使构件绕某点转动作用大小的力学量，等于力乘以力到该点的垂直距离，符号为MO(F)，单位为N·m。并规定力绕该点逆时针转为正，顺时针转为负，如图1-4所示。1.1.1基本概念4．力矩与力偶力偶指在同一物体上两个数值相等、作用线互相平行而指向相反的力，符号为M或M(F，F′)。汽车驾驶员两只手作用于方向盘上时即可看作力偶的作用，如图1-5所示。力偶矩是指以力与力偶臂的乘积作为度量力偶在其作用面内对物体转动效应的物理量。力偶矩的单位是：N·m。1.1.1基本概念5.质点、刚体质点是具有一定质量而其几何形状和

5、尺寸大小可以忽略不计的物体。在分析物体的运动规律时，如果物体的形状和大小与运动无关或对运动的影响很小，则可把物体抽象为质点。刚体是指受力时保持形状、大小不变的力学模型。在研究物体的平衡问题时，若物体的微小变形对平衡问题影响很小，则可把物体当作刚体。1.1.2静力学公理1.二力平衡公理作用于刚体上的两个力使刚体处于平衡状态的充要条件是:这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，如图1-6所示。符合此条件的构件称为二力构件或二力杆。用矢量表示为：FA=-FB。1.1.2静力学公理2.作用与反作用定律两构件相互作用时，它们之间的作用与反作用力必然等值、反向、共线，但分别作用于两个构件上

6、，如图1-7所示。1.1.2静力学公理3.加减平衡力系公理在已知力系上加上或者减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。 如图1-8所示的小车，在A点作用力F和在B点作用力F对小车的作用效果是相同的。1.1.2静力学公理4．力的平行四边形公理作用于物体上同一点的两个力可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来确定，如图1-8(a)所示。其矢量表达式为：FR=F1+F2。为方便起见，在利用矢量加法求合力时，可不必画出整个平行四边形，而是从A点作矢量F1，再由F1的末端B作矢量F2，则矢量AC即为合力FR。这种求合力的方法称为力

7、的三角形法则，如图1-8(b)所示。显然，若改变F1、F2的顺序，其结果不变，如图1-8(c)所示。学习情境2受力分析1.2.1约束及约束反作用力1．柔索约束由绳索、链条、胶带等柔性物体所构成的约束称为柔索约束。柔索约束只能限制物体沿柔索伸长的方向运动，而不能限制其他方向的运动，所以柔索约束反力的方向总是沿柔索中心线且背离被约束物体，即为拉力，通常用符号FT表示，如图1-10所示。1.2.1约束及约束反作用力2.光滑面约束约束反力N