理力1(静力学-李卓球)-受力分析

1理论力学TheoreticalMechanics理学院工程力学系张国强E-mail:[e-mail]:156971820802绪论►关于力学►关于理论力学►理论力学的研究方法、研究对象和内容►理论力学的学习方法与教学要求3关于力学力学（mechanics）是研究物质机械运动规律的科学流体力学固体力学一般力学三大分支经典力学理论力学弹性力学塑性力学水力学空气动力学分析力学材料力学结构力学断裂力学岩土力学振动理论爆炸力学生物力学量子力学天体力学计算力学实验力学基础应用交叉现代科学是以物理学为开端，物理学是以力学为开端力学分支4理论力学以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属古典力学的范畴，是一般力学的组成部分。理论力学是一门理论性较强的基础课，它研究力学中最普遍、最基本的规律，很多工程专业的课程以它为基础。它又是一门技术科学，并在广泛的应用工程中不断发展。关于理论力学理论力学既具基础性，又具应用性。理论力学是机械、土木及材料加工等工程专业的技术基础课。5人跑步时脚上的力量有多大？脚上的力量假设人体重量为750N3000N3500N4500N6000N12500N6▲航空航天器我国的长征火箭家族7▲和平号空间站8▲高速列车9▲计算机硬盘驱动器＊给定不变的角加速度，从启动到正常运行所需的时间以及所需经历的转数。＊已知转台的质量及其分布，当驱动器到达正常运行所需角速度时，驱动马达的功率如何确定?10▲雷达跟踪目标＊怎样在不同的时间间隔内通过测量目标与雷达之间的距离和雷达方位角才能准确地测定目标的速度和加速度11舰载飞机在发动机和弹射器推力作用下从甲板上起飞▲舰载飞机12＊若已知推力和跑道可能长度，则需要多大的初速度和一定的时间隔后才能达到飞离甲板时的速度。＊若已知初速度、一定的时间间隔后飞离甲板时的速度，则需要弹射器施加多大推力，或者确定需要多长的跑道。▲舰载飞机13▲爆破时烟囱怎样倒塌14理论力学的研究方法、研究对象和内容理论力学研究方法遵循认识论的基本法则：实践-理论-实践工程实际问题力学模型演绎、推理实验验证15力学模型：质点、质点系、刚体、变形体、理想约束等当所研究的物体运动范围远远超过其本身的几何尺寸时，物体的形状和大小对运动的影响很小，这时可以将其抽象为只有质量而无体积的质点。●质点与质点系统●刚体在力的作用下不变形的物体－刚体。理论力学的研究方法、研究对象和内容16研究飞机的运动轨迹时，飞机可视为质点。17研究卫星运动轨道时,卫星可视为质点；但研究卫星姿态控制时，则不能视为质点。18理论力学研究内容静力学：平衡与受力的关系运动学：运动的几何性质动力学：运动与受力的关系理论力学的研究方法、研究对象和内容19理论力学的学习方法与教学要求课堂学习与自学的结合按时完成作业积极答疑考核：平时成绩：30%期末考试：70%（作业60%+考勤20%+课堂讨论20%）20静力学篇第1章静力学基本概念与受力分析21刚体——绝对不变形的物体（理想化力学模型）力——物体间的相互作用使物体发生变形变形效果化使物体运动状态发生变运动效果力的作用效果——力的表达——力矢量（F）写作力的三要素：大小、方向、作用点（线）F转动平移力作用于刚体的效果力作用点的抽象与具体——集中力、分布力变形：物体上各点相对距离发生改变，即形状和尺寸的改变§1-1基本概念22等效力系：两个力系对同一物体的作用效果完全相同则互为等效力系平衡——一种特殊的运动形式，即静止或匀速直线运动。力系——作用在物体上的若干个力力系的种类：平面力系、空间力系、平行力系、汇交力系、任意力系力系的简化：用一个简单力系等效地替换一个复杂力系§1-1基本概念23公理１力的平形四边形法则（矢量合成法则）§1-2静力学公理24作用在刚体上的两个力使刚体保持平衡的充分与必要条件是：两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上。二力平衡条件刚体——充要条件变形体——必要条件•二力构件——两个力作用下保持平衡的构件（二力杆）公理２二力平衡条件二力构件特点——二力作用点连线为二力的公共作用线二力构件判定条件：（1）物体平衡；（2）物体只受两个力作用（只有两个力的作用点）§1-2静力学公理25公理３加减平衡力系原理作用在刚体上的力系中，加上或减去任意平衡力系，对刚体的作用效果不变。推理１力的可传性作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。推理２三力平衡汇交定理作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。26公理４作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，两力的大小相等，方向相反，沿着同一直线。分别作用在两个相互作用的物体上。F=-F’公理５刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。27刚化原理（1）28刚化原理（2）29一、有关约束的概念二、几种常见约束三、物体的受力分析和受力图§1-3约束与约束力·物体的受力分析30一、有关约束的概念自由体：位移不受限制的物体非自由体：位移受到限制的物体约束（Constraint）：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体约束力（ConstraintForce）：约束对被约束物体的作用力（约束反力）约束准则：约束力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反31二、几种常见约束光滑面约束柔性约束光滑铰链约束32光滑面约束P33光滑面约束PP34光滑面约束35光滑面约束ABCFAFBFC光滑面约束——约束力作用在接触点处，方向始终沿接触面的公法线指向被约束的物体36约束力垂直于滑槽指向可假设结构图简化图受力图滑槽与销钉（双面约束）37柔性约束柔性约束——约束力作用在连接点处，作用线沿绳索方向，背向被约束的物体38柔性约束实例柔性约束39滑动轴承光滑铰链约束•向心轴承40光滑铰链约束•向心轴承圆柱滚子轴承41圆柱铰链连接光滑铰链约束•圆柱铰链42铰链约束实例光滑铰链约束•圆柱铰链43固定铰链支座光滑铰链约束•圆柱铰链44固定铰链支座光滑铰链约束•圆柱铰链45滑动铰链支座光滑铰链约束•圆柱铰链46铰链约束实例光滑铰链约束•圆柱铰链474849铰链约束实例——蝶铰光滑铰链约束•圆柱铰链50铰链约束简化模型光滑铰链约束•圆柱铰链固定铰链支座滑动铰链支座51光滑铰链约束•球铰链52圆锥滚子轴承光滑铰链约束•止推轴承53圆锥滚子轴承光滑铰链约束•止推轴承54受力分析——确定构件受到几个力，各力的作用位置、方向。主动力被动力——重力、风力、气体压力、电磁力……——约束力受力分析步骤：（1）取分离体（隔离体、研究对象）——把研究对象从周围的约束中分离出来研究对象——受力体周围的约束——施力体（2）画受力图——画出分离体全部受力（包括主动力、约束力）三、物体的受力分析和受力图55用力F拉动碾子以轧平路面,重为G的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。ABF例题1受力分析56碾子的受力图为:ABFGFNAFNB解：例题1ABF受力分析57屋架如图所示。A处为固定铰链支座，B处为活动支座搁在光滑的水平面上。已知屋架自重G，在屋架的AC边上承受了垂直于它的均匀分布的风力，单位长度上承受的力为q。试画出屋架的受力图。ABCGq例题2受力分析58屋架的受力图为：ABC解：GFAyFAxFBqABCGq受力分析例题259例题3等腰三角形构架ABC的顶点A，B，C都用铰链连接，底边AC固定，而AB边的中点D作用有平行于固定边AC的力F，如图所示。不计各杆自重，试画出杆AB和BC的受力图。BECABFD受力分析60解：1.杆BC的受力图。FBFCBCBECABFD受力分析例题3612.杆AB的受力图。表示法一表示法二BDAFFAxFAyFBBDAHFFAFB解：BECABFD受力分析例题362如图所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D，E两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在AB的中点处作用一铅直载荷F。试分别画出梯子的AB，AC部分以及整个系统的受力图。FABCDEH例题4受力分析631.梯子AB部分的受力图。解：FABCDEHABHDFAyFFAxFBDF受力分析例题4642.梯子AC部分的受力图。ACEFCAxFAyFEFFABCDEH受力分析例题4653.梯子整体的受力图。ABCDEHFFBFCFABCDEH受力分析例题466如图所示的三铰拱桥，由左右两拱桥铰接而成。设各拱桥的自重不计，在拱上作用有载荷F，试分别画出左拱和右拱的受力图。PCABF例题5受力分析671.右拱BC的受力图。CBPCAB解：FFCFB受力分析例题5682.左拱AC的受力图。ACAC表示法一表示法二FAFDCF例题5FFFAxCFFAy受力分析69例题6在图示的平面系统中，匀质球A重G1，借本身重量和摩擦不计的理想滑轮C和柔绳维持在仰角是的光滑斜面上，绳的一端挂着重G2的物块B。试分析物块B,球A和滑轮C的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。CGBHEG1AFDG2受力分析70解：1.物块B的受力图。例题6BDG2FDCGBHEG1AFDG2受力分析71AEFG1FFFE2.球A的受力图。例题6CGBHEG1AFDG2受力分析723.滑轮C的受力图。例题6CFCFHFGIGHCGBHEG1AFDG2受力分析73如图所示，水平梁AB用斜杠支撑，A，C，D三处均为光滑铰链连接。匀质梁重G1，其上放一重为G2的电动机。如不计杆CD的自重，试分别画出杆CD和梁AB（包括电机）的受力图。ABDCG1G2例题7受力分析741.斜杆CD的受力图。CDFDFC解：例题7ABDCG1G2受力分析752.梁AB（包括电动机）的受力图。ABDABDCG1G2FAyFAxG1G2DF例题7受力分析76如图所示，重物重G=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。例题8ABD30CG60受力分析771.杆AB的受力图。ABFABBAFFCBBCFBC解：例题82.杆BC的受力图。ABD30CG60受力分析78例题8BFBC3060FBAF2F1D3.滑轮B(不带销钉）的受力图。4.滑轮B(带销钉）的受力图。FBxF2F1FByABD3060CG受力分析79如图所示压榨机中，杆AB和BC的长度相等，自重忽略不计。A，B，C，E处为铰链连接。已知活塞D上受到油缸内的总压力为F=3kN，h=200mm，l=1500mm。试画出杆AB，活塞和连杆以及压块C的受力图。例题9DEABCll受力分析80FABAFBA解：例题91.杆AB的受力图。2.活塞和连杆的受力图（带销钉）。3.压块C的受力图。CBDEABCllxyFCxFCyFCByxFFBCFAB受力分析81如图所示平面构架，由杆AB，DE及DB铰接而成。钢绳一端拴在K处，另一端绕过定滑轮Ⅰ和动滑轮Ⅱ后拴在销钉B上。重物的重量为G，各杆和滑轮的自重不计。（1）试分别画出各杆，各滑轮，销钉B以及整个系统的受力图；（2）画出销钉B与滑轮Ⅰ一起的受力图；（3）画出杆AB，滑轮Ⅰ，Ⅱ，钢绳和重物作为一个系统时的受力图。例题10DⅡKCABEⅠG受力分析821.杆BD（B处为没有销钉的孔）的受力图。FBDFDBDB解：例题10DⅡKCABEⅠG受力分析83ACB2.杆AB（B处仍为没有销钉的孔）的受力图。FAFCyFCxFBxFBy例题10DⅡKCABEⅠG受力分析84ECKD3.杆DE的受力图。FKFEyFExDBFCyFCxF例题10DⅡKCABEⅠG受力分析854.轮Ⅰ(B处为没有销钉的孔），的受力图。BⅠFB1yFB1x