构件的静力分析
《构件的静力分析》PPT课件
（一）柔性约束
由线绳、链条或胶带等非刚性体所形成的约束。它们 只能受拉不能受压，约束反力的方向沿着中心线而背离被 约束物体。约束反力通常用符号FT来表示。图中线绳上的 约束反力FT1 和FT2 。
（二）光滑面约束 物体与光滑面成点、线、面刚性接触（摩擦力很小，
固定端约束的构件可以用一端插入刚体内的 悬臂梁来表示（图a），这种约束限制物体沿任 何方向的移动和转动，其约束作用包括限制移动 的两个正交约束反力FAx、FAy和限制转动的约束 反力偶MA（图c）。
四、受力图 在对物体进行受力分析时，为了清楚地表示物体的
受力情况，需将研究对象从周围的物体中分离出来，即 解除全部约束，成为分离体。为了使分离体的受力情况 与原来的受力情况一致，必须在分离体上画出所有主动 力，在解除约束的地方画出相应的约束反力。这样所得 到的画有分离体及其全部主动力和约束反力的简图称为 受力图。
二、静力学公理 1．二力平衡公理
刚体仅受两力作用而保持平衡的充分必要条件是： 两力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。如图 所示，即F1=F2
在两个力作用下处于平衡 的刚体，称为二力构件，又称 为二力杆。二力构件受力的特 点是两个力的作用线必沿其作 用点的连线，且等值、反向。
2．加减平衡力系公理 在任意一个已知力系上加上或减去任意的平衡力系， 并不会改变原力系对刚体的作用效应。 力的可传性推理：作用在刚体上的力，沿其作用线移 到刚体上任意一点，不会改变它对刚体的作用效应。
一、平面汇交力系合成的几何法 （一）力的三角形法则
第一章 构件的静力分析
机器的运行是由于力的作用引起的，构件的受力情 况直接影响机器的工作能力。
力是物体间相互的机械作用。力的作用有两种效应： 使物体的机械运动状态发生变化和使物体的形状发生 改变，前者称为运动效应，后者称为变形效应。
汽车机械基础-教案(项目三 汽车构件静力学分析)
3.本次课程要求学生有认真、细心的学习态度，灵活的思维能力。
学情分析
1.学生对于平面力系的复杂性和抽象性可能还缺乏足够的认识和准备。
2.部分学生对理论推导和计算感到枯燥乏味，缺乏学习兴趣。
3.网络搜索资料能力强，但是逻辑分析能力较弱。
内容
教师活动
学生活动
思政元素
发布问卷调查[课程结束后1天内]
发布五道问题，对学生本节课的学习效果进行主观评价
通过问卷星发布问卷调查
及时、认真完成问卷调查
职教云作业[课程结束后2天内]
学习静力学基础在汽车上案例应用。
督促学生按时提交作业并及时批改反馈给学生及时改正。
按时完成书本作业及时上交，针对成绩反馈的知识点掌握不足及时查漏补缺。
观看视频，并聆听教师总结
培养学生的动手操作能力。
课堂评价[10分钟]
总结此次课程知识点，展示学生课堂过程得分，并发布课后作业。
总结课程知识点，职教云上传知识总结图片，展示职教云上本节课学生得分，鼓励得分低的同学，并下发课后作业
认真观看板书，课后查看职教云课程总结图片，并及时完成课后作业。
课后活动
环节
2.通过该课程的学习，学生能够理解并掌握平面力系的合成与分解、平衡条件、平衡方程等基本理论，以及运用这些理论解决实际工程问题的能力。
内容分析
1.通过对平面力系系统的学习和实践，包括平面一般力系的合成与简化、平衡条件及平衡方程的建立与求解等，学生将能够全面掌握平面力系的相关知识，提高分析问题和解决问题的能力，同时培养良好的科学态度和职业素养。。
1.了解平面力系的基本概念;
2.掌握平面力系的合成原理和方法;
模块一构件的静力分析 《工程力学》课后习题解
模块一构件的静力分析任务一刚体的受力分析（P11）一、简答题1．力的三要素是什么?两个力使刚体平衡的条件是什么？答：力的三要素，即力的大小、力的方向和力的作用点。
两个力使刚体处于平衡状态的必要和充分条件：两个力的大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
2．为什么说二力平衡公理、加减平衡力系公理和力的可传性都只适用于刚体？答：因为非刚体在力的作用下会产生变形，改变力的传递方向。
例如，软绳受两个等值反向的拉力作用可以平衡，而受两个等值反向的压力作用就不能平衡。
3．什么是二力构件？分析二力构件受力时与构件的形状有无关系。
答：工程上将只受到两个力作用处于平衡状态的构件称为二力构件。
二力构件受力时与构件的形状没有关系，只与两力作用点有关，且必定沿两力作用点连线，等值，反向。
4．二力平衡公理和作用与反作用公理都涉及二力等值、反向、共线，二者有什么区别？答：平衡力是作用在同一物体上，而作用力与反作用力是分别作用在两个不同的物体上。
5．确定约束力方向的原则是什么?活动铰链支座约束有什么特点？答：约束力的方向与该约束阻碍的运动方向相反。
在不计摩擦的情况下，活动铰链支座只能限制构件沿支承面垂直方向的移动。
因此活动铰链支座的约束力方向必垂直于支承面，且通过铰链中心。
6．如图1-20所示，已知作用于物体上的两个力F1与F2，满足大小相等、方向相反、作用线相同的条件，物体是否平衡？答：不平衡，平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态，而图中AC杆与CB杆会运动，两杆夹角会在力的作用下变大。
二、分析计算题1.试画出图1-21各图中物体A或构件AB的受力图（未画重力的物体重量不计，所有接触均为光滑接触）。
2.画出如图1-22所示机构中各杆件的受力图与系统整体的受力图（图中未画重力的各杆件的自重不计，所有接触均为光滑接触）。
任务二平面汇交力系平衡问题的求解（P20）一、简答题1.合力是否一定比分力大？为什么？答：合力不一定比分力大，当物体受力平衡时，合力为零，比分力小。
构件的静力分析课件
任务一画构件的受力图分析：受力分析在初中简单的接触，但未作矢量处理，学生接受起来存在一定的困难。
因此，可从生活中一些带方向的现象进行矢量分析，从而让学生接受矢量概念、及计算方法。
例：思考生活中速度：既存在大小又存在方向、两人同时向前、向右拉一个小车对比向后向右拉同一辆小车。
以此让学生接受力是存在方向的，思考我们应该如何表达。
（2课时）任务目标：1、理解力的基本概念和三要素及其基本性质2、通过现象分析，能独立进行受力分析和计算3、了解约束的概念，对生活中常见的约束现象能进行受力分析并画出受力图生活中力可以说无处不在，比如开车时，发动机要给车一个牵引力，骑自行车时，地面给予自行车的摩擦力等。
在初中我们也接触过力，那么力应该如何下定义呢？一、力的定义及三要素力：物体与物体之间的相互作用。
问：对受力分析时我们应该把握哪些要素呢？收集学生回答的关键词：大小、方向、位置，并要求学生多举一些案例，加深对力的三要素的理解。
并思考这些受力现象，引起物体哪方面的变化？最终予以总结：力的作用效果：1）力可以使运动状态发生改变2）力可以使物体发生形变二、力的基本性质好，让我们来进行一些简单的受力分析，比如，我们站到地面上我们受到几个力？地面受到什么样的力？教师绘制受力图，并按平衡力、作用力和反作用力分类，让学生观察这两组力的相同点和不同点。
（目的：让学生理解二力平衡和作用力及反作用力）提取学生所说有关语言，并让学生对悬挂的吊灯、桌面的物体、拔河、两个人向外拉一根杆、两人同时向内压缩一个杆。
让学生对力进行分组，并予以指导。
得出二力平衡公理，及作用力和反作用力定理。
1）二力平衡：作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态2）作用力和反作用力：大小相等、方向相反、作用在同一物体两者区别：二力平衡两力都是作用在同一物体，作用力和反作用力是作用在两个物体上思考：当一辆汽车受平衡力物体处于什么状态？结论：匀速或者静止状态（目的为下面引出刚体的概念做准备）思考：当我们用相同的力拉橡皮筋，橡皮筋发生什么变化？结论：引出刚体的概念，因此二力平衡强调刚体思考：如果我们施加力的方向不在同一条直线上，物体会如何运动呢？例：1）我们同时向前、向右用大小相同的力去拉一辆小车2）如果同时向后、向右呢？思考：我们能用一个力去代替吗？它和上述施加的两个力有什么联系？结论：他们应对物体产生同样的效果在此直接给出平行四边形定理，并让学生画出相应的受力图形，同时给出几种练习题加深对平行四边形法则的理解与应用。
第1章 构件的静力分析
活动铰链支座约束符号表示
约束反力的方向表示
1.1 静力分析基础-约束
4.固定端约束 （1）实例观察：外伸房屋的凉台、装卡加工用刀具的
刀架。 （2）概念：物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约
束称为固定端约束。Fra bibliotek1.1 静力分析基础-约束
（3）约束的特点:固定端约束限制物体在约束处沿任 何方向的移动和转动。
力在坐标轴上投影
1.2 平面汇力交系
2）投影的正负号规定为：从a到b（或从a1到b1）的指向 与坐标轴正向相同为正，相反为负。
力在坐标轴上投影
1.2 平面汇力交系
3）力在坐标轴上投影的大小： 若已知F的大小及其与x轴所夹的锐角α，则有
Fx F cos
Fy
F
sin
（3—3）
若已知Fx、Fy值，可求出F 的大小和方向，即
公理4 作用与反作用定律 两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方
向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体上。 ☆ 想一想 练一练
二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？
案例分析
1.1 静力分析基础-公理
1.1 静力分析基础-约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产 设备，如图,曲柄作为主动件带动冲头实现作业过程。
1.1 静力分析基础-受力图
1.绘制受力图的一般步骤为： （1）确定研究对象，解除约束，画出研究对象的分离体
简图； （2）根据已知条件，在分离体简图上画出的全部主动力； （3）在分离体的每一约束处，根据约束的类型画出约束
反力。
1.1 静力分析基础-受力图
案例1-3 如图所示，木板在水沟中挑起一重为G的球， 接触处的光滑无摩擦，试分别用图表示出木板、球的受力 情况。
构件的静力分析基础
任务实施
三 平面力偶系
四 平面任意力系
任务描述
如图2-46所示,水平梁受载荷 F=60 kN，均布载荷q=20 kN/m，梁的自重不计，试求A、B处的支座约束力。
二 平面汇交力系
任务描述
简易起重装置如图2-25所示， 重物用钢丝绳挂在支架的滑轮B 上，钢丝绳的另一端缠绕在铰 车C上。杆AB与杆BD铰接，并 以铰链A、D与墙连接。设重物 重力G=50 kN,两杆和滑轮的自 重不计，并忽略摩擦和滑轮的 大小，试求平衡时杆AB和杆BD 所受的力。
二 平面汇交力系
一 静力分析基础
1）力的三要素
（1） 高频感应加热
（2） 中频感应加热
（3） 工频感应加热
一 静力分析基础
3）力的单位 为了度量力的大小定计量单位即 (SI)为基础，力的单位采用牛顿，
符号为N。工程中常用千牛顿作为单位，符号 为kN，1 kN=1 000 N。
静力分析基础工 平面交汇力系 平面里偶系 平面任意力系
学习目标 1.掌握静力学的基本概念、静力学公理和推论的内 2. 3.了解力系和力偶系等相关定理，掌握力系的平衡 4.掌握零件平衡问题的求解方法。
一 静力分析基础
任务描述
如图2-1所示的三铰拱桥由左右两拱铰接而成。设各 拱自重不计，在拱AC上作用载荷P。试分别画出拱AC和 拱CB的受力图。
一、力和力系
一 静力分析基础
1.力
1）力的定义
汽车平面构件的静力分析和动力分析
公理四 作用于物体上同一点的两个力的合力也作用于该点，合 力的大小与方向是以这两个力为边所形成的平行四边形的对 角线来确定的。(如图1-10所示)
FR=F1+F2 （1-7）
即合力等于两分力的矢量和。 图1-10力的平行四边形公理
图1-11力的平行四边形公理应用实例
联接与支承零部件———主要介绍各种联接方式（键联结、螺纹联接、 坚固联接）及联接部件（联轴器、万向节、离合器、制动器）和支承零部 件（轴、滚动轴承、滑动轴承）等。
液压传动———介绍液压传动的基本原理与基本知识、主要元件、基 本回路，应用在汽车机械上典型液压系统与气压系统分析等。
第二节 本课程的学习目的和学习方法 本课程的学习目标
约束反力：约束反力通过接触点，沿接触面的公法线并 指向被约束物体显示为压力。
这种约束反力通常用N表示（如图1-12所示）。
图1-12光滑接触面约束
3. 1) 圆柱铰链简称铰接，门窗用的合页便是铰接的实例。圆 柱铰接是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成（如 图1-13(a)、(b)所示），且认为销钉与圆孔的表面都是完全 光滑的。圆柱铰链的简图如图1-13(c)所示。
（1-3）
规定在平面问题中，逆时针转向的力矩取正号，顺时针 转向的力矩取负号。
力矩的单位为N·m或kN·m。
图1-3扳手拧螺母
2） 从力矩的定义式（1-3）可知，力矩有以下几个性质： （1）力F对O点之矩不仅取决于F的大小，同时还与矩心 的位置即力臂d有关。 （2）力F对于任一点之矩，不因该力的作用点延其作用 线的移动而改变。 （3）力的大小等于零或力的作用线通过矩心时，力矩
图1-4力对点的矩的应用实例
解Ⅰ：按力对点的矩的定义，有
结构静力分析的基本方法(力学)
04
有限差分法
01
有限差分法是一种将偏微分方程离散化为差分方程的方法。
02
该方法通过将连续的时间和空间离散化为有限个点，并使用差
分近似代替微分，将偏微分方程转化为差分方程。
有限差分法在解决初值问题和偏微分方程时具有简单、直观的
03
特点。
边界元法
1
边界元法是一种基于边界积分方程的数值方法。
2
该方法通过将偏微分方程转化为边界积分方程， 并在边界上离散化，得到一组线性代数方程进行 求解。
选择求解方法
根据模型和载荷的特性，选择合适的求解方法，如有限元法的直 接求解法或迭代法。
进行求解
利用所选的求解方法对模型进行求解，得到各节点的位移、应力、 应变等结果。
结果分析
对求解结果进行详细分析，评估结构的强度、刚度、稳定性等性 能，并根据分析结果进行优化设计或改进。
05
静力分析的实例
简单结构的静力分析
传递载荷
分析各层之间的载荷传递和相 互作用。
结果评估
综合评估整体和各层的受力状 态，确保结构的安全性和稳定
性。
感谢您的观看
THANKS
为模型中的各个元素或节点定义材料属性， 如弹性模量、泊松比、密度等。
施加载荷
01
02
03
识别载荷类型
确定作用在结构上的载荷 类型，如重力、压力、扭 矩等。
确定载荷值和分布
根据实际情况和设计要求， 确定载荷的大小、作用点 和分布情况。
施加载荷
将载荷施加到模型上，通 常通过节点或元素来实现。
求解和结果分析
建立模型
根据结构形式，建立简化的力学 模型，如梁、柱、板等。
结果评估
建筑行业中的建筑结构设计与分析方法
建筑行业中的建筑结构设计与分析方法在建筑行业中，建筑结构设计与分析是非常重要的环节。
只有确保建筑结构的安全性和稳定性，才能确保建筑物的可持续使用。
本文将介绍建筑行业中常用的建筑结构设计与分析方法，包括静力分析、有限元分析和结构优化等。
一、静力分析静力分析是建筑结构设计的基本方法之一。
在静力分析中，结构被认为是静止不动的，只考虑静力平衡。
通过计算结构受力和变形情况，确定结构的安全性。
静力分析可以分为刚性体系分析和柔性体系分析。
1. 刚性体系分析：刚性体系分析假设结构的刚度非常大，结构在受力作用下只产生很小的变形。
在刚性体系分析中，常用的方法有杆件法和板壳法。
杆件法适用于直线构件，如梁和柱；板壳法适用于平面和曲面构件，如板和壳体。
2. 柔性体系分析：柔性体系分析考虑结构的变形，结构被看作是弹性体系。
在柔性体系分析中，常用的方法有位移法和能量法。
位移法根据结构的变形和位移来计算结构的受力情况；能量法通过计算系统的能量及其变化来确定结构的变形和受力。
二、有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，广泛应用于建筑结构的设计与分析中。
有限元分析将复杂的结构问题离散化为有限个简单的子问题，通过求解这些子问题得到整个结构的解。
有限元分析可以考虑结构的非线性变形和材料的非线性力学性质。
有限元分析的基本步骤包括建立模型、离散化、确定边界条件、求解方程和后处理。
在建立模型时，将结构分割成有限个单元，并根据不同单元的特性来选择适当的数学模型。
然后，根据结构的几何和材料特性，确定每个单元的初始条件和受力情况。
最后，通过求解各个单元的方程，得到整个结构的受力和变形情况。
三、结构优化结构优化是一种通过调整结构形状和尺寸来提高结构性能的方法。
结构优化可以帮助设计师减少材料的使用、改善结构的刚度和稳定性，并满足特定的设计要求。
常见的结构优化方法包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化。
1. 拓扑优化：拓扑优化是通过改变结构的拓扑形态来提高结构的性能。
结构力学(I)-结构静力分析篇
受力明确
静定结构的内力分布和支座反力 可唯一确定，与结构刚度无关。
各类静定结构的受力性能比较
01
02
03
04
梁式结构
主要承受弯矩和剪力，适用于 较小跨度的桥梁、房屋等建筑 。
拱式结构
在竖向荷载作用下会产生水平 推力，适用于承受较大荷载的 大跨度建筑。
刚架结构
由梁和柱刚性连接而成，整体 刚度大，适用于工业厂房、仓 库等建筑。
间接荷载作用下的影响线
01
间接荷载定义
指通过其他构件传递到目标构件上的荷载，如楼面活荷载、风荷载等。
02
作图方法
首先确定间接荷载的作用位置和大小，然后根据结构静力学原理求解出
目标构件上的内力或位移表达式，最后在坐标系中绘制出影响线图形。
03
注意事项
在考虑间接荷载作用时，需要充分了解荷载的传递路径和分配方式，以
用静力法作单跨静定梁的影响线
静力法基本原理
利用结构静力学原理，通过平衡方程求解出结构上某一点在移动荷 载作用下的内力或位移表达式。
作图步骤
首先确定荷载作用位置和大小，然后根据平衡方程求解出内力或位 移表达式，最后在坐标系中绘制出影响线图形。
注意事项
在作图过程中，需要保证荷载作用位置和大小的准确性，同时要注意 内力或位移表达式的正确性和完整性。
三铰拱
拱的受力特点
三铰拱是一种具有水平推 力的结构，其内力分布与 荷载类型、矢高和跨度有 关。
内力计算
采用截面法求解三铰拱的 弯矩、剪力和轴力，注意 水平推力的影响。
稳定性分析
三铰拱在受到荷载作用时， 需考虑其稳定性问题，如 失稳形态和临界荷载等。
静定平面桁架
桁架的受力特点
静力学
第一章构件静力分析基础1.1 静力分析的基本概念1.1.1 力的概念1. 定义力是物体间的相互机械作用。
这种机械作用使物体的运动状态或形状尺寸发生改变。
力使物体的运动状态发生改变称为力的外效应；力使物体形状尺寸发生改变称为力的内效应。
2. 力的三要素及表示方法物体间机械作用的形式是多种多样的，如重力、压力、摩擦力等。
力对物体的效应（外效应和内效应）取决于力的大小、方向和作用点，这三者被称为力的三要素。
力是一个既有大小又有方向的物理量，称为力矢量。
用一条有向线段表示，线段的长度（按一定比例尺）表示力的大小；线段的方位和箭头表示力的方向；线段的起始点（或终点）表示力的作用点，如图所示。
力的国际单位为[牛顿]（N）。
3.力系与等效力系若干个力组成的系统称为力系。
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。
4.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。
若一力系使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。
1.1.2 刚体的概念所谓刚体，是指在外力作用下，大小和形状保持不变的物体。
这是一个理想化的力学模型，事实上是不存在的。
实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形。
但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可以忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。
静力学中研究的物体均可视为刚体。
1.2 静力学公理公理1 二力平衡公理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：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。
对于变形体而言，二力平衡公理只是必要条件，但不是充分条件。
例如在绳索两端施加一对等值、反向、共线的拉力时可以平衡，但受到一对等值、反向、共线的压力时就不能平衡了。
公理2 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。
建筑结构的静力与动力分析方法
建筑结构的静力与动力分析方法建筑结构的静力与动力分析是在设计与施工阶段对建筑结构进行力学计算和分析的过程。
静力分析主要研究建筑结构在静力荷载作用下的力学特性，而动力分析则关注建筑结构在动力荷载作用下的响应与稳定性。
本文将介绍建筑结构的静力与动力分析方法。
一、静力分析方法静力分析是建筑设计的基础，通过对建筑结构静力平衡条件的建立和计算，确定建筑结构受力状态和内力分布。
常用的静力分析方法有刚度法和位移法。
刚度法是基于结构刚度矩阵的计算，通过建立结构梁、柱和墙等构件的刚度方程，求解结构的位移和内力。
该方法计算简单，适用于刚性结构。
位移法则是建立结构的位移方程，通过推导结构的位移和内力关系，求解结构的位移和内力。
该方法适用于柔性结构，计算结果更为准确。
二、动力分析方法动力分析是研究建筑结构在地震、风荷载等动力荷载作用下的响应与稳定性。
常用的动力分析方法有响应谱法和时程分析法。
响应谱法是利用结构的动力特性与输入地震波的响应谱进行对比，确定结构的受力响应。
该方法适用于地震荷载作用下的结构设计，其优点是计算简便。
时程分析法是通过数值模拟结构在地震或风荷载作用下的真实时程响应，考虑荷载的历时性与变化特性。
该方法适用于复杂结构的动力分析，计算结果更为精确。
三、静力与动力分析的比较静力分析和动力分析各有其特点，适用于不同的结构设计需求。
在设计过程中，静力分析常用于建筑结构的常规设计，能够满足建筑结构在正常使用荷载下的安全强度要求，计算简单快速。
而动力分析则主要应用于对建筑结构在地震、风荷载等极端荷载下的设计。
它能够更真实地预测结构在这些荷载作用下的响应，提供重要的设计依据。
四、结语建筑结构的静力与动力分析是建筑设计与施工过程中不可忽视的环节。
静力分析与动力分析各有其独特的应用场景，需要根据具体要求进行选择。
合理的分析方法能够为建筑结构的设计与施工提供准确的力学基础，保障建筑的安全与稳定。
通过本文对建筑结构的静力与动力分析方法的介绍，希望读者们对建筑结构的力学计算与分析有更深入的了解，提高设计与施工的质量和安全性。
《机械基础》构件静力分析课件
解平衡方程
求解平衡方程，得出未知 量的大小和方向。
构件的变形与内力
变形与内力的概念
了解变形和内力的定义，以及 它们与力和位移之间的关系。
变形与内力的分类
根据变形的特点和性质，将变形分 为弹性变形和塑性变形；根据内力 的性质，将内力分为拉伸、压缩、 弯曲、剪切等。
变形与内力的关系
分析变形与内力之间的关系，掌握 变形与内力之间的变化规律。
课程难点
针对课程中的难点进行了详细的讲解和总结，例如力矩平衡的条 件、复杂受力分析等。
实例解析
通过典型实例的解析，帮助学生更好地理解课程内容，掌握解题 方法。
研究展望
01
前沿技术
介绍了与《机械基础》构件静力分析相关的前沿技术和发展趋势，例如
有限元分析、计算机辅助工程等。
02
研究热点
探讨了当前的研究热点和存在的问题，例如复杂结构件的静力分析、多
场耦合问题等。
03
学生发展
鼓励学生继续深入学习和研究，为未来的机械工程领域做出贡献。同时
，介绍了相关的学习资源和研究方向，例如研究生入学考试准备、研究
方向和导师选择等。
感谢您的观看
THANKS
构件的强度分析
强度准则
最大应力准则
构件在工作过程中，最大应力不 得超过材料的许用应力。
最大应变准则
构件在工作过程中，最大应变不 得超过材料的许用应变。
弹性失效准则
构件在工作过程中，若出现弹性 失效，则应立即停止工作。
构件的强度计算
静力平衡方程
根据静力平衡条件，建立求解未知力的方程。
应力分析
根据材料力学知识，计算出各截面上的应力。
分离受力元素
将构件所受的外力分为已 知力、约束反力和惯性力 。
patran静力分析实例解析
patran静力分析实例解析在工程领域中，对于结构和构件的力学性能进行分析和评估是非常重要的。
其中一种常用的分析方法是静力分析，它对结构在静止状态下受力情况进行研究和计算。
本文将以patran静力分析为例，介绍静力分析的基本概念、方法和应用。
一、静力分析简介静力分析是工程力学中的基础分析方法之一，它主要研究结构在静力平衡条件下的受力和变形情况。
通过对结构的受力分析，可以评估结构的安全性、稳定性和可靠性，为结构设计和改进提供基础数据。
二、patran静力分析软件介绍patran是一款常用的工程分析软件，它提供了丰富的分析和建模工具，可以对各种工程问题进行分析和求解。
静力分析是patran软件中的一个重要功能模块，它可以对结构进行受力分析和变形计算，得到结构的应力、变形和位移等结果。
三、patran静力分析的应用案例为了更好地理解和应用patran静力分析，下面将以一个简单的梁结构为例进行实例解析。
1. 问题描述考虑一个跨度为10米的简支梁结构，梁的材料为钢，截面形状为矩形。
施加在梁上的载荷为均布载荷，大小为1000牛顿/米。
要求通过patran静力分析求解该梁结构在受力情况下的弯矩分布和变形情况。
2. 建模和分析步骤（1）在patran软件中创建一个新的工程文件，并定义梁的几何形状和材料属性。
（2）引入约束条件，对梁进行简支约束。
（3）施加均布载荷，定义载荷的大小和分布情况。
（4）选择适当的求解方法和计算参数，进行静力分析求解。
（5）查看分析结果，包括弯矩分布和梁的变形情况。
3. 结果分析和讨论根据patran静力分析求解的结果，可以得到梁结构在受力情况下的弯矩分布图和变形图。
通过分析这些结果，可以评估梁的结构性能是否满足设计要求。
如果发现弯矩超过了材料的承载能力，就需要对梁进行结构优化或者增加支撑措施。
四、总结静力分析是工程领域中常用的分析方法，具有重要的理论和实际应用价值。
patran静力分析软件提供了快速精确的分析工具，可以帮助工程师进行结构分析和设计。
《机械基础》构件静力分析课件
3. 力的三要素
方向 作用点 确定力的必要因素
4. 力的表示法 ——力是一矢量，用数学上的矢量记号 来表示，如图。
FB
A
5. 力的单位 —— 在国际单位制中，力的单位是牛顿(N) 1 N= 1公斤•米/秒2 （kg •m/s2 )。
二、静力学的基本公理 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必要和充分条件是： 两力大小相等，方向相反且作用在同一条直线上。如图2-2所示。
——————————————————
1.3
一、柔性体约束 （柔索约束）
约 束 与 约 束 反
力
约束反力为拉力，方向确定，作用线沿柔索
背离物体。
———————————————————
约束的基本类型
——————————————————
1.3
二、光滑接触面约束
约
限制：1.方向确定
束
2. a）接触点已知
与
1.3
2、可动铰支座约束
约
束
与
约
Y
束
反
力
辊轴支座约束。
方向假设
§2-4 约束与约束力
1.光滑接触表面约束 两物体以点、线、面接触，略去接
触处的摩擦，所形成的约束称为光滑接 触表面约束，这类约束不能限制物体沿 约束表面切线的位移，只能阻碍物体沿 接触表面的公法线并向约束内部的位移。 约束力作用在接触点，方向沿接触表面 的公法线并指向受力物体。如图2-15所 示表，示这。种约束反力称为法向反力，用FN
图2-15 光滑接触表面约束
2.柔性约束 由柔软的绳索、链条等构成的约束
（假设其不可伸长）称为柔性约束。 其约束力为拉力，作用在接触点，方 向沿绳索背离物体。链条对物体的约 束反力，如图2-16所示。
《汽车机械基础》汽车构件静力分析
汽车机械基础
约 束： 限制非自由体位移的周围物体。
约束反力： 约束对被约束体的反作用力，是被动力。 •列车是非自由体 •铁轨是约束 •铁轨作用在车轮上 的力为约束力
主 动 力： 约束力以外的力。重力、风力、推力等。
汽车机械基础
约束反力的分析和计算是力学中一个非常重要的基本问题。 确定约束反力三要素的原则： 作用点：总是在约束与被约束物体相互接触处； 方 向：必与约束所限制的运动方向相反； 大 小：根据平衡条件计算其大小。
汽车机械基础
例8-1 画出杆AB的受力图（不计杆重，假设接触面光滑）。
解：以AB杆为研究对象，画分离体，进行受力分析。
汽车机械基础
例8-2 试分别画出定滑轮结构中重物与滑轮的受力图。设滑轮 本身重力不计，滑轮与轴之间的摩擦忽略不计。
解：
汽车机械基础
画分离体与受力图应注意的问题:
①分析两物体间相互的机械作用时，应该注意运用作用力与反 作用力定理来判断和检查。
（2）合力投影定理 力系的合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。
FRy
F2
F3
F1
FRx
Fx F1x F2x Fnx Fy F1y F2y Fny
汽车机械基础
同理，对n个力组成的平面汇交力学，可得
FRx F1x F2x FRy F1y F2 y
即
Fbsin FPa 0
解得 FP 193.7N
方向如图所示。
汽车机械基础
（2）列平衡方程，支座O的约束反力。
Fx 0 即 FOx F sin 0
Fy 0
FOy Fcos FP 0
解得
FOx 1472.2N FOy 656.3N
模块一：构件的静力分析
14
任务三 约束和约束反力
常见的几种类型的约束
光滑接触面约束实例
15
任务三 约束和约束反力
常见的几种类型的约束 3、光滑圆柱铰链约束
A B
N A B
16
任务三 约束和约束反力
常见的几种类型的约束
(1) 固定铰链支座：
N
Ny
Nx
17
任务三 约束和约束反力
常见的几种类型的约束
3、力——力是物体相互间的机械作用，其作用 结果使物体的形状和运动状态发生改变。
3
任务一构件静力分析的基本概念
力的效应
外效应—改变物体运动状态的效应 内效应—引起物体变形的效应
力的三要素 大小 方向 作用点
确定力的必要因素
力的表示法 ——力是一矢量，用数学上的矢量 记号来表示，如图。
F
力的单位 —— 在国际单位制中，力的单位是牛顿 (N) 1N= 1公斤•米/秒2 （kg •m/s2 )。
31
公理五 (刚化公理) 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则
如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化）， 其平衡不受影响。
10
任务三 约束和约束反力
基本概念：
1、自由体：可以任意运动（获得任意位移）的物体。 2、非自由体：不可能产生某方向的位移的物体。 3、约束： 由周围物体所构成的、限制非自由体
模块一： 构件的静力分析
机械基础
1
【模块描述】
构件的静力分析是研究物体在力系作用下 处于平衡的规律。它是研究变形体力学， 建立构件承载能力计算，机械设计基础的 基本篇。本模块着重研究以下几个问题： 静力分析基础；平面汇交力系，力矩与平 面力偶系，平面任意力系；摩擦与自锁。
第四章构件的静力分析
作用在型钢上的力系
作用在吊环上的力系
第四章
1）．力的合成
构件的静力分析
合力——用一个力代替几个力的共同作用，且效果完 全相同。
力的合成——已知几个力，求其合力的过程。
(力的合成遵循力的平行四边形公理)
第四章
2）．力的分解
构件的静力分析
力的分解——将一个已知力分解为两个分力的过程。
– 力的合成的逆运算。 – 已知平行四边形的对角线求两邻边的过程。 – 由一条对角线可以做出无数个平行四边形，这就有 无数个解。因此必须要有附加条件，才可求出其确 定的解
第四章
构件的静力分析
共线力系——各力的作用方向在同一条直线上的力系。
FR = - F1 +F2 - F3 + F4 F=ΣFi 物体在共线力系作用下平衡的充要条件为：各力沿 作用线方向的代数和等于零。即：
F = F1 +F2 + … + Fn＝ΣFi ＝0
第四章
构件的静力分析
二、平面汇交力系 1、平面汇交力系
（3）在接触点存在约束的地方，按约束类型逐一画出
约束反力。画约束反力时，应取消约束，而用约束反力来
代替它的作用。
第四章
构件的静力分析
【例4－1】 重量为G的梯子AB，放置在光滑的水平地面上，并靠在铅直墙上，在D 点用一根水平绳索与墙相连，如图a所示。试画出梯子的受力图。 解： （1）将梯子从周围物体中分离出来，作为研究对象画出其隔离体。 （2）画出主动力，即梯子所受重力G，作用于梯子的重心，方向垂直向下。 （3）画墙和地面对梯子的约束反力。根据光滑结束面约束的特点，A、C处 的约束反力FNA 、FNC 与地面、梯子垂直并指向梯子。 （4）D点绳索提供的约束反力FT 应沿着绳索的方向并离开梯子。 梯子受力图如图b所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1 静力分析基础-约束
案例分析——柔性约束实例：带传动
1.1 静力分析基础-约束
2.光滑面约束
（1）观察实例：当摩擦忽略不计，观察啮合齿轮的齿 面 、自行车车轮与地面接触的特点。
1
2
3
4
合力投影定理、力的平移定理、 平面任意力系的简化。
1.1 静力分析基础-概念
机器的运行是由于力的作用引起的，构件的受力情况直 接 影 响 机 器 的 工 作 能 力 。 力是物体间相互的机械作用。力的作用有两种效应： 使物体的机械运动状态发生变化和使物体的形状发生改变， 前 者 称 为 运 动 效 应 ， 后 者 称 为 变 形 效 应 。 力系是指作用于被研究物体上的一组力。物体平衡时 的 力 系 称 为 平 衡 力 系 。 平衡是运动的特殊情形，是指物体相对于惯性参 考系（如地面）保持静止或匀速直线运动的状态。
1.1 静力分析基础-约束
2.工程中常见约束的分析与比较 1.柔性约束 （1）观察实例：自行车的链传动、升降台绳索的联接特 点。 （2）概念：由绳索、胶带、链条等形成的约束。
1.1 静力分析基础-约束
（3）约束特点：只能承受拉力的方向：总是沿柔索伸长方向背离被约 束物体，常用符号FT 为表示。
小车的运动
吊车梁的变形
1.1 静力分析基础-概念
4.力的三要素及表示方法 （1）力的三要素：力的大小、方向和作用点。力是矢量 （2）力的表示方法：力是矢量，可用一带箭头的有向线 段表示
（3）力的单位为N（牛顿）或kN（千牛），通常用黑体 字母（如F 表示）代表力矢，以字母 F 代表力的大小。
力的表示法
二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？
1.1 静力分析基础-公理
案例分析
1.1 静力分析基础-约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产 设备，如图,曲柄作为主动件带动冲头实现作业过程。
a ) 曲柄压力机外观结构图
b ) 曲柄压力机机构运动示意图 曲柄压力机
1.1 静力分析基础-约束
1. 约束与约束反力
1.1.1 静力学基本概念
1.刚体：就是在力的作用下不变形的物体。 2.由若干个刚体组成的系统称为物体系统，简称物系。
1.1 静力分析基础-概念
3.力的概念 力的概念：力是物体间的相互机械作用。 力对物体的作用会产生两种效应： （1）外效应：指力使物体的运动状态发生改变。 （2）内效应：指力使物体使产生变形。
1.1 静力分析基础-概念
（4）按力与物体接触的面积可为：集中力、分布载荷
集中力
分布载荷
1.1 静力分析基础-概念
5.力系的概念
（1）力系是指作用于物体上的一群力。
（2）平衡力系：物体在力系的作用下处于平衡状态 ， 这种力系成为平衡力系。 （ 3 ）力系的简化：将复杂的力系进行简化，而作用效 应不变的过程称为力系的简化。 （ 4 ）等效力系：若两个力系对物体的作用效应相同， 则称为此两个力系等效。
(b)
1.1 静力分析基础-公理
二力杆：在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力 构件，因为工程上，大多数二力构件是杆件，所以常简称 为二力杆。二力杆可以是直杆，也可以是曲杆。 二力杆的受力特点是：两个力的方向必在二力作用点 的连线上。
二力杆实例-曲杆
1.1 静力分析基础-公理
2.公理2 加减平衡力系公理 在任意一个力系上，可随意加上或减去一平衡力系， 不会改变原力系对刚体的作用效应。 本公理成为力系简化的基本方法之一 。 推论1 力的可传性原理 作用于刚体上的力可以沿其作用线移至刚体内任一点， 而不改变原力对刚体的作用效应。
1.1 静力分析基础-公理
1.公理1 二力平衡公理
刚体受两个力作用而平衡，其必要与充分的条件是： 两力等值、反向、共线。
二力平衡
吊车结构中的直杆-二力平衡实例
1.1 静力分析基础-公理
本公理1 只适用刚体。对于变形体，它只是平衡的必 要条件，而不是充分条件。如图(a) 所示的软绳受两个等 值、反向、共线的拉力作用可以平衡，而如图(b) 所示的 软绳受两个等值、反向共线的压力作用就不能平衡。 (a)
（1）约束：一物体的空间位置受到周围物体的限制时， 这种限制就称为约束。
（2）约束反力：约束限制物体运动的力称为约束反力 或约束力。
桥梁结构图
1.1 静力分析基础-约束
1 ）约束反力作用点：在约束与被约束物体的接触
处 2 ）约束反力的方向：总是与该约束所限制的运动或 运动趋势的方向相反。 3 ）约束反力的大小：是未知的，在静力学中，可用 平衡条件由主动力求出。
机械基础—构件的静力分析
案例导入
如图所示为一工件的夹紧机构，工件能否被夹紧直接 关系到工件的加工精度，其工作过程为活塞杆D在压力油 作用下，推动摆杆AOB绕O点转动， AOB杆的A端推动钳 子钳子夹紧工件。
第一章 构件的静力分析
1 静力学分析基础 平面汇交力系 力矩与平面力偶系 平面任意力系 空间力系简介 滑动摩擦简介
2
3 4 5 6
学习目标
理解静力学的基本概念——刚体 、力、平衡和约束
1
2
掌握工程中常见的约束和约束反 力的画法，能熟练而正确地画出 物体的受力图；
理解平面力系的合成和平衡条件 ，能利用平衡的条件求解平面汇 交力系的平衡问题。
3
学习重点和难点
力、刚体、平衡和约束等概念 静力学公理及其推论 柔性约束、光滑面约束、铰链约 束的特征及约束反力的画法； 物体的受力分析和受力图绘制
1.1 静力分析基础-公理
推论2 三力平衡汇交定理
物体受三个力作用而平衡时，此三个力的作用线必汇 交于一点。
三个力矢量按首尾连接的顺序构成一封闭三角形。
1.1 静力分析基础-公理
公理4 作用与反作用定律
两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方 向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体上。 ☆ 想一想 练一练
1.1 静力分析基础-公理
3.公理3 力的平行四边形法则
作用于刚体同一点的两个力可以合成为一个合力，合 力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为邻边所构 成的平行四边形的对角线所确定。
1.1 静力分析基础-公理
力的三角形法则：
三角形的两个边分别表示两个分力，第三边表示合力， 合力的作用点仍在汇交点。