第七章力法
第7章_力法
(7-2)
3Fpl/ 3Fpl/16 16
M图: M图:
(g) (g)
5Fpl/ 32
F p l 3F p l 对于该题: M A l 16 2 16
M图如图(g)所示
通过上述简单的例题分析,可以得出力法解超静定问题的基本
步骤如下
(1)确定力法基本结构(撤除多余约束,以相应的多余力代替)。 (2)根据多余约束处的位移条件,建立力法补充方程(力法典型 方程),求解多余力; (3)根据平衡条件或叠加原理求其它未知力。
X1
切断一根链杆相当于去掉一个约束
剩下部分为无多于约束的几何不变体系,可作为力法的 基本结构,
该结构为一次超静定。
X1 X2
去掉一个单铰相当于去掉两个约束
该结构为二次超静定。
X1 X3 X 2
该结构为三 次超静定。
切断一根梁式杆相当于去掉三个约束
X1
该结构为一次 超静定。
将一个刚结点改换为单铰相当于去掉一个约束
图(c)
X1 X1 图(d)
通过分析不难看出,在几何组成方面的特征是,超静定结 构具有多余约束,在静力方面的特征是超静定结构具有多余力 。求解超静定结构的方法之一是首先撤除多余约束,并以多余 力代替,然后设法求出多余力。再根据静力平衡条件求出其它 反力和内力,这种方法通常称为力法。 力法: 以多余力作为基本未知量来计算超静定结构的方法,称
注意:为了便于分析计算,力法基本结构应取无多余约束的几何 不变体系。
§7.2超静定次数的确定
用力法求解超静定结构时,需增加的补充方程,补充方程数目与 结构的超静定次数紧密相关,事实上两者数目相同。因此,对于给定 的结构应首先确定其超静定次数,以便确定需建立补充方程的数量。
力法
利用对称性简化计算,使副系数和自由项尽量为零。
什么是对称的结构? (1)结构的几何形状和支承情 况对称于此轴。 (2)各杆件的刚度(EI、EA等) 也对称于此轴。
1.选取对称的基本结构
如果对称轴两边的力大小相等,绕 对称轴对折后作用点和作用线均重 合且指向相同,称为正对称的力。 如果对称轴两边的力大小相等,绕 对称轴对折后作用点和作用线均重 合但指向相反,则称为反对称的力。
求力法方程中的系数
如果荷载也是正对称
只有正对称的多余 未知力X1、X2 可推知,结构所有反力、 内力及位移都是正对称的
剪力图是反对称的,这是由于剪力 正负号的规定,实际是正对称的。
如果作用的荷 载是反对称的
1P 0 2P 0
对称荷载时,内力图对称; 反对称荷载时,内力图反对称。 例题 7-5 分析下图结构内力
(3)按位移计算公式或者图乘法计算所求位移。
7-8 最后内力图的校核 1.平衡条件校核
平衡条件不能检查多余未知力是否正确
2.位移校核
7-9 温度变化时超静定结构的计算
对于静定结构,温度变化将使其产生变形和 位移,但不引起内力。
当温度改变时,梁的变形将受到两端支座的限 制,因此必将引起支座反力,同时产生内力。
用力法分析超静定结构在温度变化时 的内力和前述荷载作用下的计算相同。
基本体系是静定结构,温度变化并不使其产生内力, 故最后内力为: 最后对内力图进行校核时,位移计算应考虑温度 引起的位移。
例题 7-7 分析受力
7-10 支座位移时超静定结构的计算
静定结构支座移动不产生内力
用力法分析超静定结构支座位移时的内力, 原理与荷载作用或温度变化的计算相同
2.对称结构承受一般非对称荷载时,可以 将荷载分解为正、反对称两组分别计算
7力法结构力学
(6) 解力法方程求出多余未知力 X i
(7) 根据叠加原理作超静定结构的内力图,并校核
M Mi Xi MP i
FN FNi Xi FNP i
FQ
i
FQi
Xi
FQP
2 力法的算例
例1.用力法解图示结构,作M图.
21 X1 22 X2 2P 0
q
X1 3ql / 20, X 2 ql 2 / 40XFra bibliotek X2法2
12
0 0
11 X1 12 X2 1P 0 21 X1 22 X2 2P 0
X1 ql 2 / 20, X 2 ql 2 / 40
P 3Pl / 32
M
EI
EI
l/2 l/2 l P
X1
M1
l / 2 X1=1 P
Pl / 4
MP 3Pl / 8
解: 1 0
11X1 1P 0
11 l 3 / 6EI
即可使结构的内力重新分布.
ql 2 20
ql 2 / 40 M
原结构
约束力
解除多余约束 代以约束反力
基本未知量
“超” 静
=0 位移条件
基本体系
线性代数 方程
§7-5 力法的计算步骤和示例
1 回顾力法的计算步骤
(1) 判断结构的超静定次数,解除多余约束代以多余约束力, 确定基本结构与基本体系
注意: (a) 超静定次数 = 变成基本结构所需解除的多余约束数 = 多余未知力数
二.超静定结构的计算方法
八年级物理人教版第七章力(整章知识详解)图文结合
这些现象中属于力改变物体形状的是 (_1_)__,_(__3_)_,属于力改变物体运动状态的是 (2_)__,___(_4_)__,___(_5. )
八年级物理第七章力
如何改变力的作用效果呢?
除了力的大小、方向还有什么因素能影响力的作用 效果呢?
想想做做
将物理课本放在课桌上,使用大小相 同、方向相同的力,分别推课本的三 个不同的位置,观察效果相同吗?
即学即练:
1、手提水桶的力,施力体是什么?受力体是什么? 2、桌子受到书的压力?施力体是什么?受力体 是什么?
3.关于力的概念,下列说法中正确的是( D )
A.两个物体只要相互接触,就一定有力的作用。
B.两个不相互接触的物体之间,就一定没有力的作用。
C.有力的作用就一定有施力物体,但可以没有受力物体。
力越大,物体的形变就 越大 。
在弹性限度内, 弹簧的伸长量跟所受的 拉力成正比.
八年级物理第七章力
1.弹簧测力计是实验室常用的测量力 大小的工具 2.弹簧测力计的原理:在弹性限度内 (在一定范围内)弹簧受的拉力越 大,它的伸长就越长(弹簧的伸长 与所受的拉力成正比)。
八年级物理第七章力
认识弹簧测力计:
八年级物理第七章力
第一节 力
一、力是物体对物体 的作用。
力用符号F 表示, 单位牛顿,简称牛, 符号N。
人 双手
人 人 推土机 磁铁
推 拉 提 举 推 吸引
车 弹簧 水桶 杠铃 土 铁钉
作用
施力物体 受力物体
托起两个鸡蛋所用的力大约是1 N。
八年级物理第七章力
讨论一下 1.单独一个物体也可以产生力的作用吗? 2.不接触的物体间一定没有力的作用吗?
李廉锟《结构力学》笔记和课后习题(含考研真题)详解-第7章 力 法【圣才出品】
第7章 力 法
7.1 复习笔记【知识框架】
【重点难点归纳】
一、概述(见表7-1-1) ★★
表7-1-1 概述
二、超静定次数的确定(见表7-1-2) ★★★★
表7-1-2 超静定次数的确定
三、力法的基本概念(见表7-1-3) ★★★
力法的基本概念,包括基本未知量、基本体系、基本结构以及基本方程见表7-1-3,此外,表中还归纳了超静定结构的力法分析步骤。
表7-1-3 力法的基本未知量、基本体系和基本方程
四、力法的典型方程(见表7-1-4) ★★★
表7-1-4 力法的典型方程
五、对称性的利用 ★★★★
1.对称结构及作用荷载的对称性(表7-1-5)
表7-1-5 对称结构及作用荷载的对称性
2.非对称荷载的处理(表7-1-6)
表7-1-6 非对称荷载的处理。
力法
(2)去掉多余约束后的体系,必须是几何不变的体系,因 此,某些约束是不能去掉的。
§7-1
举例:
概述
X1
X2
X3 X1 X2 X1 X2
§7-1
举例:
概述
X3
X4
X1
X2
X2
X1
§7-1
举例:
概述
X3 X1
X2
X3 X1 X2
每个无 铰封闭 框超三 次静定
超静定次数 3×封闭框数=3×5=15
超静定次数 3×封闭框数-单铰数目 =3×5-5=10
+
§7-2
力法的基本概念
q B
l
由于 X1是未知的,△11无法求出, A 为此令: △11= δ11×X1
=
δ11——表示X1为单位力时, 在B处沿X1方向产生的位移。
q
式:Δ1 =Δ11+Δ1P=0
可改写成:
A
B q
X1
1P
=
δ11X1+Δ1P=0
一次超静定结构的力法方程
A
B
+
A
δ11X111 B
3ql (与所设方向一致) 8 ④ 按静定结构求解其余反力、内力、绘制内力图
其中:
M M 1 X1 M p
ql 2 8
A
q
——迭加原理绘制
l M图
B
§7-2
力法的基本概念
3)力法概念小结 解题过程
(1)判定超静定次数,确定基本未知量; (2)取基本体系; (3)建立变形协调方程(力法方程); (4)求力法方程系数、自由项(作Mp、M图); (5)解力法方程,求基本未知量(X); (6)由静定的基本结构求其余反力、内力、位移。
力法
33 x 3 3 p 0
二: 取半边结构进行计算
1 正对称荷载作用下 (1)奇数跨正对称结构
C 截面有轴力、弯矩,无剪力;有竖直位移,无水平位 移和转角;简化为定向支座
(2)偶数跨正对称结构
C C
C截面 有轴力、弯矩,无剪力;无竖直位移,无水平位移 和转角;简化为固定端
2 反对称荷载作用下 (1)奇数跨正对称结构
FP 2
C截面 有剪力,无轴力和弯矩;有水平位移和转角,无竖直 位移;简化为滑动支座
(2)偶数跨正对称结构
FP
FP
FP
FP
FP
F P FQC
FQC
FP
C截面只有剪力,无轴力和弯矩;无竖直位 移,有水平位移和转角;简化为刚接点
这对剪力只使两柱 分别产生等值反向 轴力,而不使其它 杆件产生内力;又 因原结构中间柱的 内力等于该两柱内 力之代数和,故该 剪力对原结构的内 力无影响,可略去
图A
图B
(3)作单位弯矩图和荷载弯矩图
M
计算:
1
M
p
11
1 66 26 1 1 22 22 224 2 2 3 2 EI 2 3 3 EI EI 2 EI
1 2 EI 6 216 3 6 3 4 1 2 24 3 2 984 1 2 EI 3 4 EI EI
A B l 基本结构(一)
X1
11 x 1 A
原结构
A L 1 基本结构(二) B X1
11 x 1 1 C 0
单位荷载法与力法的联系
(1)核心思想:变形体虚功原理
we
=
wi
单位荷载法是应用变形体虚功原理求未 知位移,力法是应用变形体虚功原理求 未知力
7人教版初中物理第七章《力》知识点总结docx
人教版初中物理第七章《力》知识点总结1、力(1)力的概念①力是物体对物体的作用,力不能脱离物体而存在。
一切物体都受力的作用。
②有的力必须是物体之间相互接触才能产生,比如物体间的推、拉、提、压等力,但有的力物体不接触也能产生,比如重力、磁极间、电荷间的相互作用力等。
③力的单位:牛顿,简称:牛,符号是N。
④力的三要素:力的大小、方向、作用点叫做力的三要素。
力的三要素都会影响力的作用效果。
⑤力的示意图:A用力的示意图可以把力的三要素表示出来。
B作力的示意图的要领:Ⅰ确定受力物体、力的作用点和力的方向;Ⅱ从力的作用点沿力的方向画力的作用线,用箭头表示力的方向;Ⅲ力的作用点可用线段的起点,也可用线段的终点来表示;Ⅳ表示力的方向的箭头,必须画在线段的末端。
(3)力的作用效果:①力可以改变物体的运动状态。
②力可以使物体发生形变。
注:物体运动状态的改变指物体的运动方向或速度大小的改变或二者同时改变,或者物体由静止到运动或由运动到静止。
形变是指形状发生改变。
(4)物体间力的作用是相互的:物体间力的作用是相互的,比如甲、乙两个物体间产生了力的作用,那么甲对乙施加一个力的同时,乙也对甲施加了一个力。
由此我们认识到:①力总是成对出现的;(注作用力同时产生同时消失),受力物体对受力物体的作用力等于受力物体对施力物体的作用力,大小相等,方向相反。
②相互作用的两个物体互为施力物体和受力物体。
(5)力的三大特点:①力的物质性:力不能脱离物体而单独存在。
②力的方向性:力是有方向的。
③力的相互性:有施力物体必有受力物体。
2、弹力(1)弹性:物体受到力的作用发生形变,不受力时回复到原来的状态,物体的这种性质叫做弹性。
(2)塑性:物体受到力的作用发生形变,不受力时不能回复到原来的状态,物体的这种性质叫做塑性。
(3)弹力:由于物体发生弹性形变而产生的力叫做弹力。
①弹力产生的条件:一是物体相互接触,二是物体发生形变,二者缺一不可。
②弹力是接触力,在日常生活中常见的弹力有拉力、压力、推力、举力等。
初中物理第七章《力》课件ppt
结语
谢谢大家!
初中物理第七章《力》课件ppt
人用力推车 人拉开弹弓
人用力拉弹簧
手压弹簧
实例分析
人对车有推的作用
手对弹簧有拉的作用
人施加了力,车受到了力;
手施加了力,弹簧受到 了力;
学生分析后面两个
结论: 力是一个物体对另一个物体的作
用相。互接触的物体可以有力的作用,不接
触的物体也可以有力的作用吗?
相互接触的物体可以有力 的作用,不接触的物体也 可以有力的作用!
一、力 1、力是物体对物体的作用。
(力不能离开物体而存在,不接触的物体也 能产生力)
2、施加力的物体叫施力物体,受到力的物 体叫受力物体。
3、力用符号F表示,单位是牛顿,简称牛,
符号是N
4、两个鸡蛋放在手中为1N
一个普通中学生对地面的压力约为500N
二、力的作用效果
请学生说出施力物 体、受力物体,观 察总结共同特点
2、力可以改变物体的运动状态(速度 大小,运动方向)
运动状 态改变
(b)运动方向发生改变;
(c)速度大小和运动方向同 时发生改变。
思考:如何判断物体是否受到了力?
转化法:对不容易观察的事情,通过另外与之有关 的容易观察的事物去研究,这种方法叫 转化法。
例 :图甲是运动员射点球,球由静止变为运动; 图乙是守门员奋勇地把球接住,球由运动变为静止。
例:用50N的拉力沿水平方向向右拉动箱子前进
F=50N
动手动脑学物理中的第二、三题
力的示意图
O
=5000N
注意
1力的作用点必须画在受力物体上, 2 力的箭头必须画在线段的末端,不能省略不画。 3 线段的长度必须与比例相符。 4 必须标出力的大小、单位、有角度的力必须标明角度。 5 必须画成实线。
7-力法新版
非对称荷载
4.65m 2.1m 6.75m 2.6m
第7章 力法
例7-3-2 试用力法解图示排架。
43.9kN
108kN
I3
I3
I1
0.4m 0.4m
I2
I4
I4
18m
18m
排架主要分析柱子 柱子固定于基础顶面 不考虑横梁旳轴向变形 不考虑空间作用
I1 10.1104 cm4
相对值: 1
I2 28.6 104 cm4
采用旳措施: 选择合理旳基本构造和基本未知量
第7章 力法
一、构造对称:
1.构造旳几何形状和支座情况对某轴对称;
2.杆件截面和材料性质(E I、EA、 GA )也对此轴对称。
对称轴 EI2
对称轴 EI2
EI1 EI1
EI1
(a)
(b)
EI2
对称轴
EI1 l
EI
EI (c)
(d) 对称轴
l
对称中心
第7章 力法
基本构造旳选择不唯一
第7章 力法
二、屡次超静定构造旳计算
q
q
X2 2EI
l
EI
X1
变形协调条件:
1 2
0 0
l
11 21
X1=1
q
2P
1P
12 22 X2=1
力法基本方程: 1 11 X1 12 X 2 1P 0 2 21 X1 22 X 2 2P 0
柔度系数 flexibility coeficient
尽量使计算工作量较少。
2. 根据变形协调条件,建立力法方程:只考虑荷载作用,力法
方程旳体现式仅与超静定次数有关。
第7章 力法(李廉锟_结构力学-中南大学课件)(章节讲课)
待解的未知问题
原(一次超静定)结构
1)、去掉多余约束代之以多余未知力,将原结构转化
一个在荷载和未知力共同作用下的静定结构(基本体
系)。
q
去掉余约束代之以多余未
A
B 知力,得到基本体系。
X1
基本体系
关键:X1 ?
力法基本未知量
§7-3 力法的基本概念
2)、沿多余未知力方向建立位移协调方程,解方 程就可以求出多余未知力X1 。
(a)
§7-4 力法的典型方程
Δ1 Δ11 Δ12 Δ1p 0
Δ2
Δ21
Δ22
Δ2p
0
(b)
将 Δ11 ,11X1 Δ2,1 21X1 Δ12 12 X 2
Δ22 22 X 2 代入(b)式,
得两次超静定的力法基本方程
11X1 12 X 2 Δ1p 0 21X1 22 X 2 Δ2p 0
1
ml l
ml2
EI
EI
2 2EI
§7-4 力法的典型方程
(4)求出基本未知力。
将计算出来的系数与自由项代入典型方程
得
7l3 24 EI
X1
l3 4EI
X2
Ml 2 2EI
0
l3
4 EI
X1
l3 3EI
X2
Ml 2 2EI
0
解方程得
X1
6M,() 5l
X2
3M 5l
()
求得的X1、X2为正,表明与原假定的方向一致。
以位移作为基本未知量,在自动满足变形协调条件 的基础上来分析,当然这时主要需解决平衡问题,这 种分析方法称为位移法(displacement method)。
07第七章力法-14页精选文档
第七 章 力法???本章的问题:A. 什么是超静定结构?如何判断超静定结构的次数?B. 用力法解超静定结构的思路是什么?C. 什么是力法的基本体系、基本结构和基本未知量?D. 基本体系与原结构有何异同?E. 超静定结构的特点是什么?为什么超静定结构的内力状态与EI 有关?F. 如何建立力法典型方程?其物理意义是什么?其主系数、副系数?自由项如何求解?G. 如何灵活运用图乘法来求解各系数?H. 如何化简力法方程的计算?I. 什么叫对称性结构?为什么利用对称性可以使计算得到简化?J. 试比较在荷载作用下用力法计算刚架、排架、桁架和组合结构的异同? 通过前六章的学习,已经掌握了如何从几何组成分析结构的几何性质,分清了静定结构和超静定结构。
且利用平衡条件分析了静定结构受力,还掌握了静定结构位移计算的原理和方法。
上述内容虽有其本身的工程意义,但更多的是为解决大量工程中的超静定结构计算奠定基础。
超静定结构从受力上看,需求反力或内力的未知量总数多于能建立的独立平衡方程数。
因此仅仅利用平衡方程不能全部解决反力或内力的计算,必须建立补充方程。
在材料力学推导应力公式时,已经介绍了综合“平衡、变形和材料力学行为分析”解决超静定问题的一般方法。
下面主要介绍以力和位移作为基本未知量解超静定结构的力法和位移法,同时还将介绍与求解相关的方法、技巧和超静定结构的特性。
§7-1 求解超静定结构的一般方法静定结构是没有多余约束,因此仅利用平衡条件就可以求出全部反力和内力。
超静定结构由于存在多余约束,待求未知量总数多于可建立的独立平衡方程数,(a ) (b ) (c )因此仅满足平衡条件的解答如图7-1所示,可以有无穷多种(因为n 可取任意值)。
图7-1 超静定结构仅满足平衡条件的解答不唯一示意P1F P2F P1F P2F P1P2F RynF Ry F Ry 21F F F P P -+l F a F i Ry Pi -⋅∑lnF a F i Ry Pi -⋅∑Ry 21nF F F P P -+从材料力学可知,截面应力有无限个,仅从它应该平衡外荷载来说是超静定的。
第七章力法
§ 7-2 力法的基本概念
力法等方法的基本思想: 力法等方法的基本思想 1.找出未知问题不能求解的原因 找出未知问题不能求解的原因, 找出未知问题不能求解的原因 2.将其化成会求解的问题 将其化成会求解的问题, 将其化成会求解的问题 3.找出改造后的问题与原问题的差别 找出改造后的问题与原问题的差别, 找出改造后的问题与原问题的差别 4.消除差别后 改造后的问题的解即为原问题的解。 消除差别后,改造后的问题的解即为原问题的解 消除差别后 改造后的问题的解即为原问题的解。
∆1 = 0 ∆ 2 = 0
X1 X2
δ11 ⋅ X1 + δ12 ⋅ X2 + ∆1P = 0 δ21 ⋅ X1 +δ22 ⋅ X2 + ∆2P = 0
X1 = ql 2 / 20, X 2 = −ql 2 / 40
对于n次超静定结构有 个多余约束 也就是有n个 对于 次超静定结构有n个多余约束,也就是有 个 次超静定结构有 个多余约束, 多余未知力x 且在n个多余约束处有 个多余约束处有n个 多余未知力 1,x2,…,xn,且在 个多余约束处有 个 , 已知的位移条件,故可建立n个方程 个方程, 已知的位移条件,故可建立 个方程,例如原结构在荷 载作用下各多余约束处的位移为零时, 载作用下各多余约束处的位移为零时,有 δ11X1+δ12X2+…+δ1nXn+∆1P=0 …… δi1X1+δi2X2+…+δinXn+∆iP=0 …… δn1X1+δn2X2+…+δnnXn+∆nP=0 上式为力法方程的一般形式, 上式为力法方程的一般形式,常称为力法典型方 程。其中: 柔度系数δij为Xj=1时在 i方向产生的位移。 其中 柔度系数 时在X 方向产生的位移。 时在
《结构力学》第七章力法
沿X1方向:
沿X2方向:
沿X3方向:
据叠加原理,上述位移条件可写成
原结构
基本结构
△1=
(7—2)
(a)
(b)
11
21、22、23和△2P ;
31、32、33和△3P 。
△2=21X1+22X2+23X3+△2P=0 △3=31X1+32X2+33X3+△3P=0
11X1
+12X2
+13X3
11X1+12X2+△1P=0 21X1+22X2+△2P=0 33X3+△3P=0
则 X3=0 。
这表明:对称的超静定结构,在对称的荷载作用下, 只有对称的多余未知力,反对称的多余未知力必为零。
↓
↓
a
a
P
P
↓
↓
P
P
MP图
(2)对称结构作用反 对称荷载
MP图是反对称的,故
2 .确定超静定次数的方法:
解除多余联系的方式通 常有以下几种:
(1)去掉或切断一根链杆,相当于去掉一个联系。
↓
↑
(2)拆开一个单铰,相当 于去掉两个联系。
用力法解超静定结构时,首先必须确定多余联系 或多余未知力的数目。
↓
↑
←
→
多余联系或多余未知力的个数。
多余未知力:
多余联系中产生的力称为多余未 知力(也称赘余力)。
此超静定结构有一个多余联 系,既有一个多余未知力。
此超静定结构有二个多余联 系,既有二个多余未知力。
返 回
*
3. 超静定结构的类型
(1)超静定梁; (2)超静定桁架; (3)超静定拱;
新人教版第七章力知识点总结(详细)
第七章第一节力力的概念:力是一个物体对另一个物体的作用知道物体间力的作用是相互的。
提出施力物和受力物的概念一个力必然联系着两个物体,对一个力来说,一定有施力物也一定有受力物。
举例:并指出施力物和受力物,巩固对“力是物体对物体的作用”的理解。
力的单位是 ,简称,符号体会力的大小。
手托物理课本的力大约是3牛。
补充例子:托起两个鸡蛋所用的力大约为1N;成年男子右手的握力大约是700N;一个质量是40kg的同学对地面的压力大约是400N等等。
二、力的作用效果1.力可以改变物体的运动状态物体由静到动、由动到静,以及运动快慢和方向的改变,都被认为它的运动状态发生了改变。
上面的例子说明,力可以改变物体的运动状态。
2.力可以改变物体的形状明确物体受到的力越大,形变就越大。
进一步明确,用很小很小的力,物体也会发生形变,只不过形变很小,用眼睛看不出来。
三、力的三要素力的大小、方向、作用点都影响力的作用效果。
这就是力的三要素。
四、力的示意图画力的示意图方法:1.确定受力物体;2.在受力物体上找好作用点;3.沿力的方向画一条带箭头的线段;4.标出力的大小和单位。
线段的长短 ---------------------------表示力的大小;箭头 ---------------------------表示力的方向,线段的起点或终点--------------------表示力的作用点。
五、力的作用是相互的一个物体在对别的物体施加力的同时,也要受到别的物体对它施加的力,因此,物体间力的作用是相互的。
力总是成对出现的,我们把其中的一个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力。
从生活中的经验可知道,用手提一桶水时,会感到水桶也同时向下拉手;用脚踢球时,脚也会感到疼。
为什么我们对物体施加力的作用的同时,自己也会有受力的感觉呢? 1举例分析:投影“用手拍桌子”的图片,指出施力物和受力物,说明两个物体互为施力物,互为受力物。
第七章第2节弹力教学目标:(1)知识与技能目标1.知道什么是弹力,弹力产生的条件是什么. 2.能正确使用弹簧测力计. 3.知道形变越大,弹力越大.弹性:物体受力时发生形变,不受力时又恢复原状的特性.弹力:物体由于弹性形变而产生的力.受力时会发生形变.不受力时又恢复到原来的状态.我们把物质的这种特性叫做弹性.大家有没有发现有些物质表现的是和弹性不一样的特性呢?玩橡皮泥时,橡皮泥变形后就不能恢复原状.像橡皮泥和泥巴这样变形后不能自动恢复原来形状的特性叫做塑性1.弹力弯钢尺、拉橡皮筋(或弹簧)时,有什么感觉呢? [生]我拉弹簧时,感觉到它对手也有力的作用.我们把这种力就叫做弹力(elastic forcc),弹力是怎样产生的?它的施力物体是谁呢? 我们不拉弹簧也不压弹簧时,弹簧对手就没有作用力,如果用手去压或拉弹簧时,弹簧的形状改变,对手就会有力的作用,所以弹力是由于物体发生形变而产生的力,弹力的施力物体是发生形变的物体.任何物体只要发生形变就一定会产生弹力,日常生活中经常遇到的支持物的压力、绳的拉力等,其实质都是弹力.跳水运动中1m板和3 m板的跳水都是利用了弹力.]射箭运动员利用了弓的弹力才能把箭射出去.撑杆跳高运动员利用了杆形变后产生的弹力. \体操比赛中.跳马运动员利用踏板的弹力才能腾空拉力器也是利用了弹簧的弹力.2.[探究]弹簧测力计的使用实验室常用的弹簧测力计由弹簧、挂钩、拉环、刻度、指针等几部分组成.使用测力计应注意下面几点:(1)所测的力不能大于测力计的测量限度,以免损坏测力计.(2)使用前,如果测力计的指针没有指在零点,那么应该将弹簧秤的指针调到零点.(3)使用时力的方向必须和弹簧的轴线方向一致,使弹簧秤能自由伸缩而不受阻碍、若指针与外壳有摩擦,应及时消除.(4)观察弹簧秤的量程与最小刻度值,以便正确读数.(5)弹簧秤稳定时才可读数,读数时视线应正对刻度线,与刻度板面垂直.原理:弹性限度内,弹簧受的拉力越大,它的伸长越长制作(构造):弹簧、指针、刻度板、拉钩、吊环、外壳第3节重力地球附近的物体都会受到重力的作用,你知道重力能为我们做什么吗?人和各种动物是由于受到了重力的作用才能安然地在地球上生存,如果没有重力,可能就只能像在飞船中的宇航员一样到处漂了.……重力的大小怎样确定,它和什么因素有关呢?使用公式G=mg计算时,质量(m)的单位必须用kg.重力(G)的单位必须用N.粗略计算时,g的值可取10 N/kg.3.一块钢锭的质量是4 t,计算它所受到的重力.4.质量是50 g的鸡蛋,重是多少牛(取g=10 N/kg)?5.根据自己的体重,估算受到的重力的大小.6.重力的方向是怎么样的?小球受重力自由下落时的方向及悬挂的物体受重力作用使悬线下垂的方向便是重力的方向,这一方向是竖直向下的,所以重力的方向是竖直向下的.重心粉笔受不受重力的作用?将一根粉笔分成几段后.各段粉笔受不受重力?地球吸引物体的每一部分,但是,物体受到的重力可以看成是集中在一点,这个点叫做物体的重心.如何确定物体的重心呢?双脚分开站好,大家一定能很稳地站在地面上,如果身体的各个部位都不动,只让你抬起一只脚,还能站稳吗?试一试,根据自己的体验讨论“不倒翁”为什么不倒.走钢丝的演员为什么要握一根长杆?小结1.地面附近的物体,由于受到地球的吸引而受到的力叫重力,重力的施力物体是地球. 2.重力是一种常见的力,重力的大小跟物体的质量成正比,用G=mg来计算大小,g=9.8 N/kg重力的方向是竖直向下的,重力的作用点叫重心.。
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kFSiQFSj ds GA
ip
MiMP ds EI
NFNi FNP ds EA
kFSi FSP ds GA
结构的刚度越小, 位移(影响)系数就越大,
——又称为柔度系数;
对不同具体刚架 ——只计M一项;
桁架
—— 只有N一项;
组合结构 ——(梁式杆)只计M一项;
由叠加原理
M FSMFPSP FN FNP
M χi i FS FN
FSχi i
F Nχi i
典型方程——系数和自由项 ——用单位荷载法计算
ii
M
2 i
ds
EI
FN2i ds EA
kFS2i ds GA
ij ji
MiM j ds EI
FNi FNj ds EA
(4)力法基本方程
δ11 X1
δ12 X 2
δ13 X 3
△ 1P
0
δ21 X1
δ22 X 2
δ13 X 3
△ 2
P
0
δ31 X1
δ32 X 2
δ33 X 3
△ 3P
0
物理意义:(p131) 基本结构 在全部多余未知力和荷载的共同作用下, 在去掉各多余联系处 沿各多余未知力方向的位移, 应与原结构相应的位移相等。
(3)最后结果 (a)基本体系作用
已知力F,X1,X2 —— 静定结构的内力计算, —— M,FS,FN。
4Pa/11
-3Pa/88
(b)叠加原理 M = MP + X1M1 + X2M2 由M→FS→FN
MA=Pa/2+4P/11(-a)+(-3P/88)(-a)=15Pa/88 MC=0+0+(-3P/88)(-a)=3Pa/88 MAC中=(3Pa/88+15Pa/88)/2-Pa/4=-13Pa/88
第七章 力 法
§7—1 超静定结构概述
1.超静定结构的基本特征
静力特征
静定结构 反力及内力可由静力平衡
条件唯一确定
几何特征
几何不变 无多余约束
反力及内力不能完全由静
超静定结构 力平衡条件确定,还须考
虑变形协调条件。 (未知力数>独立的平衡 方程数)
几何不变 有多余约束
2.多余未知力(赘zhui余力、冗rong力) 多余联系(约束)中产生的力,
(3)力法方程求解
x1
△
1P
δ
11
(
ql 4 8EI
).
3EI l3
3 ql 8
(4)叠加原理 M=MP+X1M1
M→FS→FN (简单的可直接求)
或:基本体系—— (作用q、x1)
平衡条件求解静定结构
计算步骤:
1、超静定次数n→基本未知量x1→基本体系; 2、基本结构分别作用:
荷载→MP x1=1 → M1
( 链杆)只有N一项;
力法典型方程是表示位移条件, 因此称之为结构的柔度方程; 力法亦称柔度法。
§7-5 力法的计算步骤和示例
以二次超静定刚架为例 (1)取基本体系——(F)X1,X2
(2)力法基本方程
δ δ1211XX11
δ12 X 2 δ22 X 2
△1P 0 △2P 0
δ11δ12 δ21δ22
δ 11
a3 6 EI1
δ 12
δ21
a3 4 EI1
δ 22
5a3 6 EI1
△ 1P
5Pa3 96 EI1
△ 2P
Pa3 16 EI1
= a3
12EI1
2 3
3 10
P
=
Pa3 96EI1
5 6
矩阵运算——解方程
a3 12EI1
2 3 310
X1 X2
Pa3 96EI1
5 6
0 0
a2 2
2a 3
a3 6 EI1
δ 12
δ21
1
a2
a
2EI1 2
a3 4 EI1
δ= 22
1 2 EI1
a2
a
1 EI1
a2 2
2a 3
5a3 6 EI1
△ 1P
1 2EI1
(1 2
Pa 2
a) 2
5a 6
5Pa3 96EI1
△ 2P
1 2EI1
(1 2
Pa 2
a )a 2
Pa3 16EI1
——相当去除一∕二个约束
图7-4
图7-5
注意:
(5)几何不变 ——必要约束不能拆(否则几何可变)
(6)无多余约束 —— 内部:闭和框架有3个多余约束 外部
(7)解除多余约束后的静定结构不是唯一的。
封闭无铰框架,n=3 每增加一个铰减少一个约束,即少一次超静定 地基作为开口刚片 【例】图7-6
——受力(变形)与原结构相同
(3)基本方程——变形条件
基本体系沿X1方向的位移△1 ——与原结构相同。
△1=0 △11 ——X1产生的位移 △1P ——荷载产生位移
叠加原理
△1=△11+△1P=0 其中△11 =δ11X1 ∴基本方程
δ11X1 +△1P =0 X1 = -△1P / δ11
力法的计算:
讨论:
1、基本结构选择不是唯一的, 但必须是静定的 ——几何不变,无多余约束
2、基本未知量与撤除的约束相 对应(方向;数目)
【例】
(a)
x2 x4 x3
(b)
x1
n=4
(c)
x1
X△P 0
3、基本方程的物理意义 第i个方程: δi1x1+δi2x2+…+δiixi+…+δinxn+ΔiP=0
5.求解方法
两种基本方法: 力 法——以多余未知力为基本未知量; 位移法——以结点位移为基本未知量
其他方法: 力矩分配法——以位移法为理论基础的渐近解法 矩阵位移法——适于计算机的矩阵表示的位移法 混 合 法——力法与位移法的联合应用
。。。。。。
§7-2 超静定次数的确定
1.超静定次数(n)
超静定次数 n = 多余约束数(几何构造分析) (变原结构成静定结构所需撤除的约束)
所谓‘多余’——仅就保持几何不变性而言
3.超静定结构的类型
梁 桁架 拱 刚架 组合结构
?区别:组合结构——刚架、桁架
4.求解超静定结构的三个方面条件:
(1)平衡条件 ——各部分受力状态满足平衡方程
(2)几何条件 (变形或位移条件、协调条件、相容条件) ——位移满足支承约束和变形连续
(3)物理条件 ——变形或位移--力之间的物理关系
X3=1——δ13,δ23 ,δ33 , X3:△13=δ13 X3、△23=δ23 X3 、△33=δ33 X3
由叠加原理得各力的共同作用
△1=δ11 X1+δ12 X2+δ13 X3 +△1P △2=δ21 X1+δ22 X2+δ23 X3 +△2P △3=δ31 X1+δ32 X2+δ33 X3 +△3P
Mi ——xi=1单独作用 (3)求位移系数 △iP 、δij (4)代入力法方程——求解xi (5)结果:M=MP+Σ xiMi
(M→FS→FN)
例:力法计算桁架
图示桁架,
各杆EA相同,
A
求各杆轴力。
B
l
D
El
C
(a)
F
l
l
【解】
①n=1,x1 A
基本体系
B
D
x1
E
C
(b)
F
② FNP,、FN1
EI
基本体系
单位和荷载弯矩图 Mi , MP 为:
… …
1n xn 1P 0 2n xn 2P 0
……
n1x1 n2 x2 L nnxn nP 0
δ1δ 1 12..δ . 1n x1 1P 0
δ2δ 1 22..δ . 2n ...... δnδ 1 n2..δ . nn
x2 ...
xn
X1 X2
△ △12PP
0 0
X△P 0
X δ-1△P
两个未知量的方程,对应的2阶柔度矩阵, 其逆矩阵简单,用矩阵运算求解简便:
X1 X2
-
δ11δ12 δ21δ22
-1
△ △12PP
=- 1
δ22 -δ21
-δ 12 δ 11
△ △12PP
δ 11
1 2 EI1
【例】一次超静定梁。
(1)选择基本体系, 确定基本未知量 x1
(2)计算位移系数 (基本体系的位移)
MP ——荷载作用 M1 ——x1=1作用
1P=
M PM1 ds 1 (1 ql2 l) 3 l ql4
EI
EI 3 2 4 8EI
11=
2
M 1 ds
1 [1 l l 2l]
l3
EI EI 2 3 3EI
计算自由度:n = -w
§7—3 力法的基本概念
力法——计算超静定结构最基本的方法 (柔度法)
1、基本思路 超静定结构内力计算
→ →静定结构的 内力/位移 计算
力法中的三个基本概念:(以超静定梁为例)
超静定梁:n=1 (1)基本未知量
——多余约束力X1 关键地位的
多余未知力
(2)基本体系 基本结构:撤去多余约束的静定结构 作用:荷载 X1 — FRB 由被动力→主动力
A
F
(0.586P )
( 2 2 )F B
FN
D
B1