第9例扳手的受力分析
初中物理力学-受力分析示意图-方法详解与例题精选
初中物理力学受力分析示意图方法详解与例题精选方法详解对物体进行受力分析时，要正确画出力的示意图。
采用“三定三标”方法，具体步骤如下：1．“三定”（1）定作用点：在受力物体上面出作用点，压力作用点在接触面中心去，其他力的作用点都可以画在物体重心上。
如果物体同时受到几个力作用时，就将重心作为这几个力的作用点。
（2）定方向：以作用点为起点，沿力的方向画线段。
常见力的方向描述，如重力方向竖直向下，摩擦力方向与物体相对运动或相对趋势方向相反，压力、支持力方向与受力面垂直指向受力物体，拉力方向沿着绳子收缩的方向等。
（3）定长度：尽管长度不能准确的反映力的大小，但在同一图中，如果物体受到几个力的作用时，线段的长短要大致表示力的大小，力越大，线段应画得越长。
一对平衡力线段长度相同。
2．“三标”（1）标箭头：在线段的末端标上箭头表示力的方向。
（2）标符号：力一般用字母“F”表示，重力用符号“G”表示。
摩擦力一般用“f”表示。
（3）标数值和单位：若有力的大小，还应该在箭头旁边标上力的数值和单位。
3．画力的示意图需注意的问题（1）力的作用点一定要画在受力物体上，一般情况下，压力的作用点画在接触面上，其他力的作用点均可画在物体重心上（若是摩擦力使物体转动，则摩擦力只能画在接触面上），指定作用点的，只能画在指定作用点上。
当一个物体受多个力作用时，这几个力的作用点都要画在物体的重心上。
（2）在画力的示意图时，要正确分析物体的受力情况，若找不出一个力的施力物体，则该力一定是不存在的。
根据要求画出需要画的力（下一个专题详解）。
（3）受力分析的顺序：先分析重力，然后环绕物体一周找出与研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力，最后分析其他力。
简记为：重力一定有，弹力看四周，分析摩擦力，再看电磁浮。
类型一：画指定力的示意图1.如图所示是质量为50Kg的小明起跑时2.的情景，请画出小明所受重力（点O为重心）和右脚所受摩擦力的示意图。
创新设计方法在扳手设计中的应用研究
3扳手产品的创新设计过程
机械产品运动方案创新设计过程可以描述如下: 需求 ( 含潜在的需求 ) 的确认 技术可能 (含联想 [ 4] 到的可能解 ) 扫描 经济技术评价与决策 ( 贯穿全过程 ) 可能实现功能的运动方案的优选和确认 。 图 3 是扳手产品的创新设计的过程:
荣进 蒋威 陈晓平 : 创新设计方法在扳手设计中的应用研究
图 2 分离创新模式
运用分离创新原理, 人们获得了很多创新设计成果 , 例如 , 北京某家具公司开发设计的构件家具 , 摒 弃了整体家具结构固化的模式 , 采用了化整体为组件, 再由组件构整体的设计思路。研制的新型家具由 20 多种基本构件组成 , 通过不同的组合 , 能拼装出数百种不同的款式 , 以满足消费者求新求特的审美要 求。在机械行业 , 组合夹具、 组合机床、 模块化机床也是分离创新原理的运用。 2 . 3移植创新原理 把一个研究对象的概念、 原理和方法等运用于或渗透到其他研究对象, 而取得研究成果的方法就是 移植创新。在机械创新设计方面, 应用移植原理获得成功的例子比比皆是。例如 : 在设计汽车发动机的 化油器时, 人们移植了香水喷雾器的工作原理 ; 组合机床、 模块化机床的设计移植了积木玩具的结构方 式。因此, 移植方法也是一种广泛的应用创新原理。 移植原理能促使思维发散 , 只要某种科技原理转移至新的领域具有可行性, 通过新的结构或新的工 艺 , 就可以产生创新。 [ 3] 2 . 4价值优化原理 提高产品价值是产品设计的目标。在第二次世界大战以后 , 美国开展了价值分析 ( V alue Ana ly sis , 简称 VA) 和价值工程 ( Va lu e Eng in eering, 简称 VE ) 的研究。再设计研制产品或采用某种技术方案时, 设 F 为产品具有的功能 , C 为取得该功能所耗费的成本, 则产品的价值 V 为 : F V= ( 1) C 虽然产品的价值与其功能成正比 , 而与其成本却成反比。价值工程就是揭示产品 ( 或技术方案 ) 的 价值、 成本、 功能之间的内在联系, 它以提高产品的价值为目的, 实现技术经济效益的提高。它研究的不 是产品 ( 或技术方案 ) 而是其功能 , 研究功能与成本的内在联系 , 价值工程是一套完整的、 科学的系统分 析方法。 价值优化并不一定能使每项性能指标都达到最优, 一般可寻求一个综合考虑功能、 技术、 经济、 使用 等因素后都满意的系统, 有些从局部看不是最优, 但从整体来看是相对最优。除此之外 , 机械产品常用 的基本原理还有逆向创新原理、 还原创新原理、 物场分析原理等, 它们都是现代机械创新设计应用中不 可缺少的原理。
第8例 静力学问题的求解实例—扳手的受力分析2
第8例 静力学问题的求解实例—扳手的受力分析[本例提示] 介绍了利用ANSYS 进行空间问题静力学分析的方法、步骤和过程。
8.1 问题描述图8-1a 所示为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸见图8-1b ，横截面为一外接圆半径为10 mm 的正六边形，拧紧力F 为600 N ，计算扳手拧紧时的应力分布。
8.2 分析步骤8.2.1 改变工作名拾取菜单Utility Menu →File →Change Jobname 。
弹出图8-2所示的对话框，在“[/FILNAM]” 文本框中输入EXAMPLE8 ，单击“Ok ”按钮。
8.2.2 过滤界面拾取菜单Main Menu →Preferences 。
弹出图8-3所示的对话框，选中“Structural ”项，单击“Ok ” 按钮。
a)b)图 8-1 扳手图 8-2 改变工作名对话框... 图8-4 单元类型对话框8.2.3 创建单元类型拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete。
弹出图8-4所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出图8-5所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在右侧列表中选“Quad 4node 42”，单击“Apply”按钮；再在右侧列表中选“Brick 8node 45”, 单击“Ok”按钮；单击图8-4所示的对话框的“Close”按钮。
8.2.4 定义材料特性拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models。
弹出图8-6所示的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出图8-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“Ok”按钮，然后关闭图8-6所示的对话框。
初中物理最全受力分析图组知识讲解
初物理最全力中受分组图析．受力分析一、下面各图的接触面均光滑，对小球受力分析：图2图图图图图图图F图12图图11 图二、下面各图的接触面均粗糙，对物体受力分析：v v FFvF图1615图图13图14物体处于静图图图物体静止在斜面物体随传送带一物体刚放在传送带vv v F F图图图图物体处于静止（请画出物体vF F图图图图物体随传送带一物体刚放在传送带物体处于静29图30 图28 图杆处于静止状态，其杆处于静止状杆处于静止状态，A B v vO C33 图34 图31 图32图匀速上匀速下、B两物体受力分析：A三、分别对AAFAAFFB B B C图图图两物体一A、BA、B两物体均静、两物体均静止B、AC vA v B图两物体一起匀速AB、随电梯匀速上升．进行受力分析）（对物体A(2) (1)(3)水平地面粗糙碗光滑水平地面粗糙(6)(4)(5)(9(7)(8)(12) (11)(10)以下各球均为光滑刚性小(15) (14) (13)滑轮重力不计(18)(16)(17)(19)(20)(21)(22)(23)(24)A静止小球三球静止(27)(25)(26)表面光滑AO表面粗糙，OBO弹簧处于压缩状态APQ(30)(29)(28)B分别画出各物块的受力分析图(33)(31)(32)B匀速运动A、匀速运动A、B(36) (35)(34)、））（）（）（（37383940ABABC三者都静止，分别画出、C三者的受力图(38) (39)(37)(42) (40) (41)A沿墙壁向上匀速滑动此环为轻环，重力忽略(45) (44) (43)猫虽沿杆往上爬，但不能上A匀速上升升，保持在原来的高度。
足(48)(47) (46)试题A物体都静止，分析A物体的受力情况解：①因为A物体处于静止状态，所以受到的合力为零，所以在竖直方向受到的重力和支持力．在水平方向不受力的作用．②根据题干图可知A物体在水平方向受到力F处于静止状态，所以水平方向肯定还受到向左的摩擦力，因为A处于静止状态．受到合力为零．在竖直方向受到重力和支持力是一对平衡力．③因为A物体处于静止状态，所以受到的合力为零，所以在竖直方向受到的重力和支持力．在水平方向上受到向右的推力F，根据平衡力的条件，一定受到墙壁向左的推力．④分析本题关键是知道A处于静止状态，所以它受到的力一定是平衡力．所以A 物体受到重力，水平面向上的支持力，和倾斜的墙面虽然接触，但是没有挤压，所以没有相互作用力．如图：解：（1）物体A处于静止状态，即平衡状态，所受的力一定是平衡力．在水平方向上受到推力F和墙壁对它的向左的推力，这两个力是一对平衡力；黑板擦在竖直方向上受到重力的作用没有掉下来，是由于墙壁给它施加了一个向上的摩擦力．由于其静止，所以摩擦力与重力是一对平衡力，故摩擦力的大小等于物体所受的重力．（2）物体A处于匀速直线运动状态，即平衡状态，所受的力一定是平衡力．在水平方向上受到推力F和墙壁对它的向左的推力，这两个力是一对平衡力；黑板擦受到竖直方向下受到重力和一个竖直向上的摩擦力．由于物体做匀速直线运动，所以摩擦力与重力是一对平衡力，故摩擦力的大小等于物体所受的重力．（3）如果物体与传送带之间存在摩擦力，那么这个力必在水平方向上，或水平向右，或水平向左．由于物体做匀速运动，如果受到一个向右（或向左）的摩擦力，则必有一个向左（或向右）的力与之平衡．显然题中并不存在这样一个力，故物体与传送带之间不存在摩擦力．故答案为：A静止时受到的摩擦力与重力相等；A匀速下滑时受到的摩擦力与重力相等；A在传送带匀速运动时不受摩擦力．点评：对于二力平衡的条件的考查，一般有两种思路：①告诉处于平衡状态的物体受到的一个力，求其中的另外一个力．②给出两个力，判定这两个力是否平衡．此题属于第一种思路．水平传送带上放有一待传送的货物，当传送带启动后，货物也随传送带一起移动并未发生滑动，作出货物在传送带上受力示意图．考点：力的示意图．专题：应用题；作图题．分析：（1）对物体进行受力分析，物体在传送带上受重力、支持力作用，物体与传送带原来相对静止，当传送带启动后，货物也随传送带一起移动并未发生滑动，但物体相对于传送带有向后移动的趋势，所以，物体还会受到静摩擦力的作用．（2）重力的方向竖直向下；支持力方向垂直于传送带向上，摩擦力方向与物体的相对运动趋势相反，因为物体相对于传送带有向后移动的趋势，所以摩擦力方向与物体运动方向相同．解答：解：画出物体的重心，由重心竖直向下作线段，末端画出箭头，标出重力G，如图：，如图：F由重心向下作传送带的垂线，末端画出箭头，标出支持力，如图：由重心沿物体运动方向作线段，末端画出箭头，标出摩擦力f弹力的产生条件：（1）两物体接触，（2）接触面上发生弹性形变．摩擦力的产生条件：（1）两物体接触，（2）接触面上发生弹性形变，（3）接触面粗糙，（4）有相对运动或相对运动趋势．受力分析的顺序为：一重二弹三摩擦，逐一分析每个物体的受力．解答：解：（1）物体受重）：1fF2F1G力、地面的支持力、绳的拉力、地面的摩擦力，如图（）：2 、绳的拉力F2，如图（、地面的支持力（2）物体受重力GF1，如图：f、竖直墙的支持力F2、地面的摩擦力（3）物体受重力G、地面的支持力F1）：4，如图（F2、地面的摩擦力f、墙角的支持力）物体受重力（4G、地面的支持力F1）：5，如图（的弹力、物体、半球体的支持力、地面的支持力）物体受重力（5GF1F2AF3）：6、F2如图（6（）物体受重力G、支持力F1点评：受力分析要根据力的产生条件，按受力分析的步骤去分析，分析完成后要根据物体运动状态、假设法等对各个力进行验证，已保证各个力的正确性对于物体A，在地面上，受到重力、支持力、拉力、摩擦力；而B物体静止或匀速运动，受到重力、拉力的作用；分析时注意定滑轮不省力，即A对B的拉力等于B对A的拉力．解答：答：题目左图中，物体A受到重力、支持力、拉力、摩擦力的作用，物体B受到拉力和重力作用，如下图所示：题目右图中，物体A受到重力、支持力、B的压力、拉力、摩擦力的作用，因为AB一起匀之间没有力的作用，如下图所示：速运动，AB受到支持力和重力作用，如下图所示：题目右图中，物体B点评：本题难点：物体AB一起匀速运动时，B物体靠惯性运动，AB之间没有力的作用．（1）我们把研究对象在特定的物理环境中所受的所以外力找出来，并画出受力图，就是受力分析，研究对象可以是单个的物体，也可以是多个相关联物体组成的系统．（2）受力分析时的顺序：一般是遵从重力、弹力、摩擦力的顺序，对物体进行受力分析时应注意以下几点：①画受力图时，一般把力的作用点画在物体的重心上；②若某个力的方向难以确定，可以先假设这个力不存在，分析物体发生怎样的运动，然后确定其方向；③不要把研究对象所受的力与它对其它物体的作用力相混淆，注意分析受到的力，而施加的）物体处于静止状态，受到重力、支持力、拉力和摩擦力四个1力是不分析的．解答：解：（．力的作用，物体有向右运动的趋势，因此摩擦力的方向水平向左，如下图：（2）物体处于静止状态，受到重力、支持力、压力和摩擦力四个力的作用，物体有向下运动的趋势，因此摩擦力的方向竖直向上，如下图：（3）物体位于斜面上，处于静止状态，受到重力、支持力和摩擦力三个力的作用，物体有向下运动的趋势，因此摩擦力的方向沿斜面向上，如下图：（4）物体沿竖直墙壁向上运动，受到重力、支持力、推力和摩擦力四个力的作用，物体向上运动，因此摩擦力的方向竖直向下，如下图：（5）物体沿水平面向右运动，受到重力、支持力、压力和摩擦力四个力的作用，物体沿水平面向右运动，因此摩擦力的方向水平向左，如下图：（6）物体沿着斜面向上运动，受到重力、支持力、推力和摩擦力四个力的作用，物体沿斜面向上运动，因此摩擦力的方向沿斜面向下，如下图：点评：对物体进行受力分析时应该注意以下几个问题：）首先应该确定研究对象，并把研究对象从周围物体中隔离出来；（1（2）研究力要按照一定的步骤，先研究重力，然后再研究与研究对象接触的物体，逐个分析弹力和摩擦力；（3）每分析一个力都要先找施力物体；（4）受力分析只分析研究对象受到的力，不分析研究对象施加的力；（5）分析物体受力时，除了考虑它与周围物体的作用外，还要考虑物体的运动情况：力是改变物体运动状态的原，当物体的运动情况不同时，其受力情况就是不同的；（6）为了使问题简化，常忽略某些次要的力，如物体速度不大时的空气阻力物体在空气中所受的浮力，物体在水中运动时所受的阻力等．一个物体的受力分析，第一步，锁定目标：是看看被分析物体是什么，锁定它，只去考虑周围物体对它的影响。
内六方扳手的受力分析
0.015 LSTR,1,4 ASBL, 1, 10
What model is the following figures?
Under what conditions? The steady loads The fixed dject to be studied: elastic body
Elemental volume
1. 标示工作名（To set a job name) 2.定义分析类型（To define the analysis type) 3.选择单元类型（To define the element types ） 4. 定义材料性能（To define material properties） 5. 建立几何模型和有限元模型(To build the model) 6. 施加载荷(To apply loads) 7. 求解（To obtain the solution) 8. 查看结果（To review the results)
④划分网格（Generate Area Mesh ） a)
b)
⑤由2D网格拖出3D扳手体（Drag the 2-D Mesh to Produce 3-D Elements）
案例8的分析过程 (The analysis process of the case No.8)
6. 施加载荷和求解（Apply loads and obtain the solution)
The procedure for a static analysis in ANSYS
Which 4 tasks do consist of in the procedure for a static analysis ?
静力学问题的求解实例—扳手的受力分析
a)
b)
图 5-54 扳手
5.3.2 分析步骤
一、在 WINDOWS“开始”菜单执行 ANSYS →Workbench。 二、创建项目 A，进行结构静力学分析，如图 5-55 所示。
⑴拾取。 ⑵拾取。常规材料。
⑺拾取。关闭 Engineering Data。
⑸拾取 。保存修改。
⑵保存工程。
⑶拾取 。允许修改。
别如图 5-66、图 5-67 所示。
10.作切片图观察模型内部的结果情况，如图 5-68 所示。
11.查询固定约束处的支反力大小，如图 5-69 所示。
12.退出 Mechanical。
13.在 ANSYS Workbench 界面保存工程。
⑵拾取。
⑹拾取。
切片图
⑺拾取；等轴测视图。
⑶画剖切位置线。
⒄拾取两直线。
图 5-58 画路径线
⑻拾取。生成。
⑶拾取。扫略轮廓。 ⑹拾取。扫略路径。
⑼拾取。退出。 ⑵拾取扫略特征按钮。
⑷拾取“Apply”。 ⑸拾取。出现 “Apply”按钮。
⑺拾取“Apply”。
⑴拾取。等轴测视图。
图 5-59 扫略
五、建立有限元模型，施加载荷和约束，求解，查看结果。 1.因上格数据（A3 格 Geometry）发生变化，需刷新数据，如图 5-60 所示。 2.双击图 5-60 所示项目流程图 A4 格的“Model”项，启动 Mechanical。 3.为几何体分配材料，如图 5-61 所示。 4.划分单元，如图 5-62 所示。 5.在扳手长臂端面施加集中力载荷，如图 5-63 所示。 6.在扳手短臂端面施加固定约束，如图 5-64 所示。
《ANSYS Workbench 18.2 机械工程应用实践》
第9例扳手的受力分析
创建的直线，单击“OK”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .12 将六边形面划分成2部分
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .13 划分单元 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Meshing-MeshTool，弹出如 图9-11所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines ”后面的 “Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线2, 3和4，单击“OK”按钮， 弹出如图9-12所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击 “Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取直线7、 9和8，单击“OK'’ 按钮，删除"NDIV”文本框中的3，在“SIZE”文本框中输入0.01，单 击"OK”按钮。 在图9-11所示对话框中的“Mesh ”区域，选择单元形状为 “Quad”(四边形)，选择划分单元的方法为“Mapped”(映射)，单击 “Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击“OK” 按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .6 改变视点
拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Pan Zoom Rotate，在所弹出的
对话框中，依次单击"Iso”、 "Fit”按钮，或者单击图形窗口右侧显 示控制工具条上的侧按钮。
建筑力学力矩课件
力矩平面力偶系的合成与平衡（一）
请一位同学转动用扳手拧螺母。 在这些物体绕某点的转动中,瞧（如上 图），它的绕哪点转动的？转动能力的 大小与哪些因素有关？
二、新课讲解 1、力矩 a、力矩的概念 （1）导入：如上图，力F使扳手绕螺母中心O转动，实践
经验告诉我们，转动效果不仅与力的大小成正比，而
且还与该力作用线到O点的垂直距离d成正比。
M o ( F 2) F 2 d 2 100 0.2
cos30 M o ( F 3) F 3 d 3 100 0 0 N .m
23.1பைடு நூலகம் .m
3.均布线荷载力矩的计算
均布线荷载力矩的计算公式： Mo(q)=Mo(FR)=± FR.d
均布线荷载力矩计算举例
LOGO
力矩 平面力偶系的合成
与平衡（一）
力矩平面力偶系的合成与平衡
力不仅能使物体移动，还能使物体转动。如 用扳手拧紧螺母，就是一个力使物体产生 转动效果的实例。在我的生活中，还有哪 些实例是一个力使物体产生转动效应呢？
[观察与思考] 如图 所示，用手推门、开窗时门、窗会发生转动， 雨篷在力的作用下倾覆。这是为什么呢？
三、课堂小结
1、力矩的
概念 2、力矩的
性质 3、合力矩
定理
四、作业
1、P61 2-9 （d） （c） （e）
LOGO
很高兴与大家共度一段美好的时光!
（2）分析：当改变F的指向时，扳手的转向也随之改变。
力F使物体绕O点的转动效应用什么来度量呢？
要点讲解
（3）概念：力F使物体绕O点的转动效应用力矩来
度量，F与d的乘积加上正负号叫做力F对O点的矩，
简称力矩。O点叫做矩心。O点到力F作用线的垂直
Ansys-综合实例(含40例)
第一章前处理第1例 关键点和线的创建实例—正弦曲线FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7K,100,0,0,0CIRCLE,100,1,,,90 CSYS,1KFILL,2,1,4,3,1K,7,1+3.1415926/2,0,0 CSYS,0KFILL,7,1,4,8,1 KGEN,2,7,11,1,,1 LSTR,8,13 LSTR,9,14 LSTR,10,15 LSTR,11,16 LANG,5,6,90,,0 LANG,4,5,90,,0 LANG,3,4,90,,0 LANG,2,3,90,,0BSPLIN,1,17,18,19,20,12 LSEL,U,,,14LDELE,ALL LSEL,ALL KWPAVE,12 CSYS,4LSYMM,X,14NUMMRG,KP,,,,LOWLCOMB,ALL,,0FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7 PI=3.14159 J=0*DO,I,0,PI,PI/10.0 J=J+1 X=IY=SIN(I) I=I+1 K,J,X,Y *ENDDOBSPLIN,1,2,3,4,5,6 BSPLIN,6,7,8,9,10,11 csys,4 KWPAVE,11LSYMM,y,1,2,,,,0 KWPAVE,11LSYMM,x,3,4,,,,1以上程序有意没算到2 为了使用几个命令第2例工作平面的应用实例—相交圆柱体[本例提示]通过相交圆柱体的创建，本例主要介绍了工作平面的使用方法。
通过本例，读者可以了解并掌握工作平面与所创建体的位置、方向的关系，学习工作平面的设置、偏移、旋转和激活为当前坐标系的方法。
FINISH/CLEAR，NOSTART/PREP7CYLIND,0.015,0,0,0.08,0,360CYLIND,0.03,0,0,0.08,0,360/VIEW,1,1,1,1/PNUM,VOLU,1WPOFF,0,0.05,0.03WPROT,0,60CYLIND,0.012,0,0,0.055,0,360CYLIND,0.006,0,0,0.055,0,360VSEL,S,,,2,3,1CM,VV1,VOLUVSEL,INVECM,VV2,VOLUVSEL,ALLVSBV,VV1,VV2BLOCK,-0.002,0.002,-0.013,-0.009，0,0.008WPSTYLE,,,,,,1CSYS,4VGEN,3,1,,,,120VSBV,5,1VSBV,4,2VSBV,1,3WPROT,0,0,90VSBW,ALLVDELE,1,4,3VADD,ALLVPLOT/REPLOT第3例复杂形状实体的创建实例—螺栓[本例提示]在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂最难以掌握的一个过程。
物体受力分析及典型例题
物体的受力〔动态平衡〕分析及典型例题受力分析就是分析物体的受力，受力分析是研究力学问题的根底，是研究力学问题的关键。
受力分析的依据是各种力的产生条件及方向特点。
一.几种常见力的产生条件及方向特点。
重力。
重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，只要物体在地球上，物体就会受到重力。
重力不是地球对物体的引力。
重力与万有引力的关系是高中物理的一个小难点。
重力的方向：竖直向下。
弹力。
弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。
判断弹力有无的方法：假设法和运动状态分析法。
弹力的方向与施力物体形变的方向相反，与施力物体恢复形变的方向相同。
弹力的方向的判断：面面接触垂直于面，点面接触垂直于面，点线接触垂直于线。
【例1】如图1—1所示，判断接触面对球有无弹力，球静止，接触面光滑。
图 a中接触面对球无弹力；图b中斜面对小球有支持力。
a b图1—1图1—2【例2】如图1—2所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，球静止，接触面光滑。
水平面ON对球有支持力，斜面MO对球无弹力。
【例3】如图1—4所示，画出物体A所受的弹力。
a图中物体A静止在斜面上。
b图中杆A静止在光滑的半圆形的碗中。
c图中A球光滑，O为圆心，O＇为重心。
a b c图1—4【例4】如图1—6所示，小车上固定着一根弯成α角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，试分析以下情况下杆对球的弹力的大小和方向：〔1〕小车静止；〔2〕小车以加速度a水平向右加速运动；〔3〕小车以加速度a水平向左加速运动；〔4〕加速度满足什么条件时，杆对小球的弹力沿着杆的方向。
摩擦力。
摩擦力的产生条件为：〔1〕两物体相互接触，且接触面粗糙；〔2〕接触面间有挤压；3〕有相对运动或相对运动趋势。
摩擦力的方向为与接触面相切，与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。
判断摩擦力有无和方向的方法：假设法、运动状态分析法、牛顿第三定律分析法。
【例5】如图1—8所示，判断以下几种情况下物体A与接触面间有、无摩擦力。
初中物理受力分析方法和步骤
初中物理受力分析方法和步骤受力分析在进行受力分析前，需要先了解一些概念：1.平衡力、相互作用力、平衡状态平衡力是指一个物体受到大小相等、方向相反的力，两个力的受力物体是同一个产生的效果互相抵消，合力为零。
相互作用力是两个物体之间的相互作用，相互作用力的受力物体是两个。
产生的效果不能互相抵消。
平衡状态：不受力或者所受合力为零。
处于平衡状态受力一定是成对的。
一个力的效果必定有另一个力与之相抵消。
2.摩擦力、静摩擦力与动摩擦力摩擦力产生的条件包括物体间相互接触、物体间有相互挤压作用、物体接触面粗糙、物体间有相对运动趋势或相对运动。
静摩擦力等于其方向上的拉力或重力。
动摩擦力等于拉力、重力或其和差（一定要在平衡状态下分析）。
接下来是受力分析的方法与步骤：1.明确研究对象进行受力分析前，需要先确定受力的对象。
我们常说的“隔离法”、“整体法”，指的是受力的对象是单个物体，还是由多个物体组成的整体。
对于连接体，在进行受力分析时，往往要变换几次研究对象之后才能解决问题。
有时候，选取所求力的受力物体为研究对象，却很难求出这个力，这时可以转移对象，选取这个力的施力物体为研究对象，求出它的反作用力，再根据牛顿第三定律，求出所求力。
2.有序地分析受力养成按一定的步骤进行受力分析的惯，这样可以避免漏力或添力。
一般分三步走：先分析重力；然后找出跟研究对象接触的物体，分析接触力，如弹力、摩擦力等；最后分析电场力、磁场力等。
3.确定物体是否受到力的作用有三个常用的方法：假设法、根据运动状态判断受力情况、用牛顿第三定律。
4.具体方法整体法与隔离法是两种常用的方法。
整体法指的是把几个物体视为一个整体，作为研究对象，只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(外力)，不考虑整体内部之间的相互作用力(内力)。
隔离法是指对物理问题中的单个物体或单个过程进行分析、研究的方法。
在力学中，就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来，作为研究对象，只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力。
苏教版物理物体受力分析典型例题解析
苏教版物理物体受力分析典型例题解析一、分类例析1．弹力有、无的判断弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。
但有的形变明显，有的不明显。
那么如何判断相互接触的物体间有无弹力？法1：“假设法”，即假设接触物体撤去，判断研究对象是否能维持现状。
若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力，因为接触物体使研究对象维持现状等同于没有接触物，即接触物形同虚设，故没有弹力。
若不能维持现状则有弹力，因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力，从而改变了研究对象的现状。
可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用，故有弹力。
例1：如图所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。
a b图1—1【审题】在a、b图中，若撤去细线，则球都将下滑，故细线中均有拉力, a图中若撤去接触面，球仍能保持原来位置不动，所以接触面对球没有弹力；b图中若撤去斜面，球就不会停在原位置静止，所以斜面对小球有支持力。
【解析】图a中接触面对球没有弹力；图b中斜面对小球有支持力法2：根据“物体的运动状态”分析弹力。
即可以先假设有弹力，分析是否符合物体所处的运动状态。
或者由物体所处的运动状态反推弹力是否存在。
总之，物体的受力必须与物体的运动状态符合。
同时依据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律）还可以列方程求解弹力。
例2：如图所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。
图1—2【审题】图中球由于受重力，对水平面ON一定有挤压，故水平面ON对球一定有支持力，假设还受到斜面MO的弹力，如图1—3所示，则球将不会静止，所以斜面MO对球没有弹力。
【解析】水平面ON 对球有支持力，斜面MO 对球没有弹力。
再如例1的a 图中，若斜面对球有弹力，其方向应是垂直斜面且指向球，这样球也不会处于静止状态，所以斜面对球也没有弹力作用。
【总结】弹力有、无的判断是难点，分析时常用“假设法”并结合“物体的运动状态”分析。
2.弹力的方向弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状，而对它接触的物体产生的力的作用 。
基本概念及物体受力分析
F
F2 x
F2 y
cos
Fx c, os
Fy
F2 x
F2 y
Fx2 Fy 2
式中 cos和 cos 称为力 F 的方向余弦。
1.力在平面上投影是矢量
Fxy [F ]xoy •
Fxy | Fxy | F cos
2.力在轴上投影是标量 Fx
(1)直接投影
Fx F cos x
z
F
y
O
Fxy
度量。 M (F, F ') Fd 或 M Fd
2．同平面内力偶的等效定理
定理：在同平面内的两个力偶，如果力偶矩相 等，则两力偶彼此等效• 。
3. 力偶的性质 （1）力偶在任何坐标轴上的投影等于零； （2）力偶不能合成为一• 力，或者说力偶没有合 力，即它不能与一个力等效，因而也不能 被一个力平衡； （3）力偶对物体不产生移动效应，只产生转动 效应，既它可以也只能改变物体的转动状 态。
如下图(a)、(b)所示。
d A
F2
D
BA
F2
B
F1
F1
( a ) 其中 F1d F2D ( b)
第六节 约束和约束反力
一、约束的概念 •
1、 自由体与非自由体
自由体 在空间能向一切方向自由运动的 物体。如飞鸟等。
非自由体 当物体受到了其他物体的限制， 而不能沿某些方向运动时，这 种物体称为非自由体。如轨道 等。
二节 静力学基本原理 •
公理是人们在生活和生产实践中长期积累的经验总结， 又经过实践反复检验，被公认为是符合客观实际的最普遍、 最一般的规律。它们是静力学的理论基础。
公理1 二力平衡条件
作用在刚体上的两个力，• 使 刚体保持平衡的必要和充分条件 是这两个力的大小相等、方向相 反、且作用在同一直线上。如图 所示。
扭力扳手的使用和悬架、车桥、车架的受力分析
这就是平衡的充要条件。可以表示为
平 衡
FR＝0 ， MO＝0
满足这一条件的力系称为“ 平衡力系”。
平面一般力系
平衡条件:
主矢为零：FR’=0 主矩为零：Mo=0
平衡方程：
Fy 0 M O ( F ) 0 Fx 0
平面平行力系 :平面平行力系是指各力作用 线在同一平面内并相互平行的力系 .
平 衡 方 程
2、平面力系平衡方程应用
用平面力系平衡方程可解决工程平衡问题。
解题步骤： 根据题意选取研究对象，画分离体受力图 建立适当的直角坐标系（使尽可能多的力与坐 标轴处于特殊位置，力矩中心尽量选在未知力 交点上） 根据平衡条件列平衡方程并求解 !!!平面力系一般形式的平衡方程是三个，最多可 以求解三个未知量。
项目一
力学知识
任务二
任务2 扭力扳手的使用和悬架、车桥、车 架的受力分析
任务导入 任务要求 基本知识 任务实施
任务导入
汽车的车架、车桥和悬架等受力 复杂，有许多零件是采用螺纹连接 的。通过扭力扳手或定力偶矩扳手 对连接螺纹施加一定的预紧力 (即俗 称上扭矩 )，保证螺纹连接牢固可靠。 通过本任务的学习，可以进一步了 解力和力偶矩的相关知识。
力偶的形成
实例：钳工用丝锥攻螺纹
A
O B
•力偶实例:
F1
F2
（1）力偶
力偶和力偶矩
力 偶 : 由一对大小相等,方向相反,且作用线相互 平行的两个力所组成的力系. 力偶系是一种基本力系，同时也是一种特 殊力系，是研究一般力系的基础。
d
P F2
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所示的对话框，选中
“Structural "项，单击 “OK”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .3 选择单元类型
拾取菜单Main Menu- Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete，弹出如图9-4所示的对话框，单击“Add...”按钮， 弹出如图9-5所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在 右侧列表中选“Quad 4 node 182”，单击“Apply”按钮；再在右侧列 表中选“Brick 8node 185”，单击“OK”按钮，最后单击如图9-4所
9.2 .7 显示关键点号、线号 拾取菜单Utility Menu - PlotCtrls -- Numbering，在所弹出对话 框中，将Keypoint numbers(关键点号)和Line numbers(线号)打开，单 击“OK”按钮。 9.2 .78 创建关键点 创建关键点7、8、9，坐标为（0，0，0）、（0，0，0.05）、 （0，0.1，0.05）。
单元的详细特性请参考ANSYS理论手册。与本单元类似的一个具有 各向异性功能的单元是SOLID64。SOLID185的高阶单元是SOLID95。 下图是本单元的示意图：
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
SOLID185
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 分析步骤
9.2 .1改变任务名 拾取菜单Utility Menu--File--Change Jobname，改变任务名。 9.2 .2 过滤界面 拾取菜单Main MenuPreferences，弹出如图9-3
ST - ANSYS/Structural
EM - ANSYS/Emag 3D
ED - ANSYS/ED
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
SOLID185 —三维结构实体单元
单元描述： SOLID185 用于建立三维实体结构模型。该单元由八个节点定义， 每个节点有三个自由度：节点坐标系的x、y、z方向的平动。本单 元具有塑性、超弹性、应力刚化、蠕变、大变形和大应变等功能。 该单元具有塑性、超弹、应力刚化、大变形以及大应变等功能。也 可利用混合公式模拟几乎或完全不可压超弹材料的变形。
“Structural", "Linear", "Elastic", "Isotropic"，弹出如图9-7所示的对 话框，在"EX”文本框中输入2e11(弹性模量)，在“PRXY”文本框中 输入0.3(泊松比)，单击"OK”按钮，然后关闭如图9-6所示的对话框。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .13 划分单元
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .14 显示直线 拾取菜单Utility Menu- Plot--Lines。
9.2 .15 由面沿直线挤出体
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .16 清除面单元
示对话框中的“Close”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .3 选择单元类型
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .4 定义材料模型 拾取菜单Main Menu-Preprocessor- Material Props---Material
Models，弹出如图9-6所示的对话框，在右侧列表中依次拾取
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .20 求解 9.2 .21 查看结果，显示变形
创建的直线，单击“OK”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .12 将六边形面划分成2部分
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .13 划分单元 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Meshing-MeshTool，弹出如 图9-11所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines ”后面的 “Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线2, 3和4，单击“OK”按钮， 弹出如图9-12所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击 “Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取直线7、 9和8，单击“OK'’ 按钮，删除"NDIV”文本框中的3，在“SIZE”文本框中输入0.01，单 击"OK”按钮。 在图9-11所示对话框中的“Mesh ”区域，选择单元形状为 “Quad”(四边形)，选择划分单元的方法为“Mapped”(映射)，单击 “Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击“OK” 按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .18 施加约束
拾取菜单Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural--
Displacement-OnAreas，弹出拾取窗口，拾取Z=0的两个平面即扳手
短臂端面，单击“OK”按钮，弹出如图9-13所示的对话框，在列表 中选择“All DOF"，单击“OK”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .9 创建直线 拾取菜单Main Menu一
Preprocessor- Modeling-Create--Lines- Lines-Straight Line弹出拾取窗口，分别拾 取关键点7和8、 8和9，创建 两条直线，单击“OK”按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .6 改变视点
拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Pan Zoom Rotate，在所弹出的
对话框中，依次单击"Iso”、 "Fit”按钮，或者单击图形窗口右侧显 示控制工具条上的侧按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .19 施加载荷 拾取菜单Main Menu-- Solution 一Define Loads--Apply--StructuralForce/Moment- On Key points，弹出
拾取窗口，拾取扳手长臂端面的六
个顶点，单击“OK”按钮，弹出如 图9-14所示的对话框，选择“Lab”为 “FX "，在“VALUE”文本框中输入 100，单击“OK"按钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
PLANE182
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
182单元
182单元可用来对固体结构进行二维建模。182单元可以当作一 个平面单元，或者一个轴对称单元。它由4个结点组成，每个结点
有2个自由度，分别在x，y方向。这个单元有可塑性，超弹性，大
拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Meshing-Clear-Areas，弹出 拾取窗口，抬取Z=0的两个平面，单击“OK”按钮。面单元模拟着 一个平面结构，如果不清除掉，分析模型实际上有两个结构。
9.2 .17 显示单元 拾取菜单Utility Menu--Plot---Elements。
ANSYS 机械工程应用精华60例
内蒙古工业大学机械系
李宗学
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
图9-1 (a)所示为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸如图9-1 (b) 所示，横截面是一个外接圆半径为10mm的正六边形，拧紧力F为 600N，计算扳手拧紧时的应力分布。
பைடு நூலகம்
（a） 9-1 内六角螺栓扳手
9.2 .4 定义材料模型
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .5 创建正六边形
拾取菜单Main Menu一 Preprocessor-Modeling-Create-
Areas-Polygon- Hexagon，弹出
如图9-8所示的拾取窗口，在 “WP X”. “WP Y”和“Radius” 文本框中分别输入0、0和0.01， 单击“OK"按钮。
9.2 .10 创建圆角
拾取菜单Main Menu- PreprocessorModeling--Create-Lines-Line Fillet，弹出拾
取窗口，分别拾取直线7和8，单击“OK”
按钮，弹出如图9-10所示的对话框，在 “RAD"本框中输入0.015，单击“OK”按 钮。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
9.2 .11 创建直线 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Modeling-Create-Lines-
Lines-Straight Line，弹出拾取窗口，分别拾取关键点1和4，单击
"OK”按钮。 9.2 .12 将六边形面划分成2部分 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Modeling --OperateBooleans- Divide--Area by Line，弹出拾取窗口，拾取六边形面，单 击“OK”按钮，再次弹出拾取窗口，拾取上一步在关键点1和4之间
变形，大应变，应力强化等特性。它也可以用来模拟不可压缩的弹 塑性材料和不可压缩的超弹性材料。
第九例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析
182单元
MP - ANSYS/Multiphysics ME - ANSYS/Mechanical DY - ANSYS/LS-Dyna3D PR - ANSYS/Professional FL - ANSYS/Flotran PP - ANSYS/PrepPost