最新完美版建筑力学第二章刚体静力分析基础
建筑力学受力分析-PPT
约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反,大
小通常是未知的。
大家好
5
工程中常见的几类 约束
1. 具有光滑接触表面的约束
● 约束特征:
只限制物体沿 公法线趋向于支承 面方向的运动
齿轮传动
凸轮传动
大家好
6
● 反力特征: 方位:沿接触处的共法线 指向:指向物体(物体受压)
FNC
FNB
C
A B
FNA
物体的受力分析
确定物体受了几个力,每个力的作用位置和力的作用方向。
主动力与被动力
主动力:促使物体运动或有运动趋势的力,其大小和方向 都已知。如重力、水压力等。
被动力:由主动力引起并随其变化的力,其大小和方向都 不知。如约束反力。
受力图——施力物体对研究对象的所有作用力的简图。
大家好
29
例题1
A
C
B
(3)力的作用点。
F
F0
可用一矢量表示F F = F F0
(定位矢量或固定矢量)
力的单位
N(大牛家好顿)、kN(千牛) 4
§2-1 约束和约束反力
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:对非自由体的某些位移起限制作用的周围 物体称为约束。
★ 约束反力
约束对非自由体施加的力——约束反力
建筑力学
第二章 结构计算简图 物体受力分析
大家好
1
§2-0 刚体和力的概念
1. 刚体的概念
在力的作用下,其内部任意两点之间的距离始终保 持不变。
刚体是抽象化的力学模型
基础力学I研究的物体都是刚体 刚体力学
静力学——刚体静力学
建筑力学 沈养中 第二章 刚体静力分析基础新精品PPT课件
Fr=Fsin。由合力矩定理,得
MO(F)= MO(Ft)+MO(Fr)
因力Fr通过矩心O,故MO(Fr)=0,于是
MO(F)=
MO(Ft)=-Ft D2
=-(Fcos)D
2
=-75.2Nm
2.3 力偶的概念及性质
2.3.1 力偶的概念
两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成 的力系称为力偶,记为(F,F′)。
MO(FR)=MO(F1)+MO(F2)+…+MO(Fn) = MO(Fi)
●在许多情况下应用合力矩定理计算力对点之矩较
为简便。
07.10.2020
27
证明:
就两个力的简单情况进行
证明。设力F1、F2作用于物 体上A点,其合力为FR。任取 一点O为矩心,取过O点并与 C OA垂直的直线为x轴,过各力 F2 矢端B、C、D作x轴的垂线, 设垂足分别为b、c、d。各力 A 对点O之矩分别为
48
07.10.2020
49
2. 光滑接触面
当两物体的接触面之间的摩擦力很小、可忽略不计, 就构成光滑接触面约束。光滑接触面只能限制被约束物 体沿接触点处公法线朝接触面方向的运动,而不能限制 沿其他方向的运动。因此,光滑接触面的约束反力只能 沿接触面在接触点处的公法线,且指向被约束物体,即 为压力。这种约束反力也2020
51
单击播放动画
07.10.2020
52
单击播放动画
07.10.2020
53
3. 光滑铰链
在两个构件上各钻有同样大小的圆孔,并用圆柱形 销钉连接起来。如果销钉和圆孔都是光滑的,那么销钉 只限制两构件在垂直于销钉轴线的平面内相对移动,而 不限制两构件绕销钉轴线的相对转动。这样的约束称为 光滑铰链,简称铰链或铰。
建筑力学 第二章(最终)
力的方向包含方位和指向两 个含义。例如,重力的方向是铅 垂向下的,“铅垂”指其方位, 即重力的作用线,“向下”为其 作用指向。
力的作用点就是力作用 在物体上的位置
在描述一个力时,必 须全面地表明力的三要素。
2.1.3 力的图示法:
力是矢量,有大小和方向,用黑体字(F)表示,而普通字体如F 表示该矢量的大小。
通常用一段带箭头的线段表示力的三要素:
线段的长度(按选定的比例)表示力的大小; 线段与某定直线的夹角表示力的方位,箭头表示力的指向; 带箭头线段的起点或终点表示力的作用点。
如图2-1所示,按比例画出力F的大 小20 kN。力的方向与水平线成α 角,指 向右上方,作用在物体的A点上。
图2-1
为了便于研究和叙述,我们还要给出以下定义:
M抗倾 = M A (FG ) M A (FV )= 82.5 240= 322.5 (kN m)
显然, M 抗倾 M 倾覆 ,故该挡土墙满足抗倾稳定性要求。
2.5.2. 合力矩定理 力系合力对平面上任一点的矩等于各分力对同一点的矩的代数和。
图2-13
直接投影法(一次投影法) 当力F在空间的方向用直接法给出时,如图2-14a所示。根据力的投
影定义可得
Fx Fy
F F
cos cos
Fz
F
cos
(2-4)
间接投影法(二次投影法)
图2-14
当力F在空间的方向用间接法给出时,如图2-14b所示,则需投影两次 才能得到力在空间直角坐标轴上的投影。可先将力F投影到z轴和垂直于z 轴的xOy平面上,即
作用在结构上的主动力称为荷载,实际结构受到的荷载是相当复杂 的,为了便于分析,可从不同角度将荷载分类。
荷载
建筑力学知识点
建筑力学第一章绪论1.工程中习惯把主动作用于建筑物上的外力称为荷载。
例如自重,风压力,水压力,土压力等。
(主要讨论集中荷载、均匀荷载)2.在建筑物中,承受并传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。
3.结构按几何特征分:一,杆件结构。
可分为:平面和空间结构。
它的轴线长度远大于横截面的宽度和高度。
二,板壳结构。
(薄壁结构)三,实体结构。
4.建筑力学要进行静力分析即由作用于物体上的已知力求出未知力。
5.强度指结构和构件抵抗破坏的能力,刚度指结构和构件抵抗变形的能力。
稳定性指结构和构件保持原有平衡状态的能力。
6.建筑力学的基本任务是研究结构的强度,刚度,稳定性问题。
为此提供相关的计算方法和实验技术。
为构件选择合适的材料,合理的截面形式及尺寸,以及研究结构的组成规律和合理形式。
第二章刚体静力分析基础1.静力学公理。
一,二力平衡。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)二,加减平衡力系。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)三,三力平衡汇交。
2.平面内力对点之矩。
一,合力矩定理3.力偶。
性质:一,力偶对物体不产生移动效应,故力偶没有合力。
它既不能与一个力等效或平衡。
二,任一力偶可在其作用面内任意移动。
4.约束:施加在非自由体上使其位移受到限制的条件。
一般所说的支座或支承为约束。
一物体(如一刚性杆)在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐标和杆件的转角。
因此,对应的约束力是相对的。
约束类型:1、一个位移的约束及约束力。
a)柔索约束。
b)理想光滑面约束。
C)活动(滚动)铰支座。
D)链杆约束。
2、两个位移的约束及约束力。
A)光滑圆柱形铰链约束。
B)固定铰支座约束。
3、三个位移的约束及约束力。
A)固定端。
4、一个位移及一个转角的约束及约束力。
A)定向支座(将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接的支座)。
第五章弹性变形体静力分析基础1.变性固体的基本假设。
连续性假设:固体材料的整个体积内毫无空隙的充满物体。
建筑力学第2章静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
第二节 力 矩与力偶
第二章 静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
(一)力对点之矩
l
A
(1)用扳手拧螺母;
(2)开门,关门。
d
F
o
由上图知,力 F 使物体绕 o 点转动的效应,不仅与力的大小, 而且与 o 点到力的作用线的垂直距离 d 有关,故用乘积 Fd 来
度量力的转动效应。该乘积根据转动效应的转向取适当的正
有的则在某些处受到限制而使其沿某些方 向的运动成为不可能,称为非自由体。
对非自由体运动的限制条件(物体)称为 约束。
在静力学里,约束是以物体相互接触的方 式构成的。
第二章 静力学基本概念
第四节 约束与约束反力
物体受到的力一般可以分为两类: 主动力——是使物体运动或使物体有运动趋势的力。 如重力、水压力、土压力、风压力等。 在工程中通常称主动力为荷载。 被动力——是约束对于物体的约束反力。
AB施加两个拉力(图1-3a)或压力(图1-3b )F1
及F2,使F1=-F2 ,刚杆将保持静止。
F1 A
B F2 F1 A
B F2
(a)
(b)
二力平衡杆件
第二章 静力学基本概念
第一节 力 的 概 念
该公理指出了作用在刚体上最简单力系的平衡条件。但应 该注意对刚体而言,这条件既必要又充分,但对变形体而 言,这条件并不充分。以绳为例,如图所示。
负号称为力 F 对点 o 之矩,简称力矩,以符号M o (F) 表示。
第二章 静力学基本概念
第二节 力矩与力偶
即
M o (F ) Fd
o 点称为力矩的中心,简称矩心;o 点到力 F 作用 线的垂直距离 d ,称为力臂。
约束与约束力
工程实际中的约束往往比较复杂,必须根据具体实际情况分析
约束对物体运动的限制,然后确定其约束力。
目录
建筑力学
目录
刚体静力分析基础\约束与约束反力
7. 固定端 如果静止的物体与构件的一端紧密相连,使构件既不能移动, 又不能转动,则构件所受的约束称为固定端约束。例如梁图(a) 中,墙就是梁的固定端约束。固定端的约束力为一个方向待定的力 (通常也用两个正交分力Fx和Fy来表示)和一个转向待定的力偶。 图(b)是固定端约束的简化表示,图(c)是固定端的约束力表示。
目录Biblioteka 刚体静力分析基础\约束与约束反力 3. 光滑铰链 在两个构件上各钻有同样大小的圆孔,并用圆柱形销钉连接起
来[图(a)]。如果销钉和圆孔都是光滑的,那么销钉只限制两 构件在垂直于销钉轴线的平面内相对移动,而不限制两构件绕销钉 轴线的相对转动。这样的约束称为光滑铰链,简称铰链或铰。图(b) 是它的简化表示。
机架上的支座[图(a)],则这种约束称为固定铰支座,简称铰 支座。固定铰支座的约束力与铰链的情形相同,通常也用两个正交 分力Fx和Fy来表示[图(f)]。图(b)~(e)是固定铰支座的几 种简化表示。
目录
刚体静力分析基础\约束与约束反力 5. 活动铰支座
如果在支座与光滑支承面之间装上几个滚子,使支座可以沿着 支承面运动,就成为活动铰支座,也称为辊轴支座[图(a)]。 这种支座只限制构件沿支承面法线方向的移动。不限制构件沿支承 面的移动和绕销钉轴线的转动。因此,活动铰支座的约束力垂直于 支承面,通过铰链中心,指向待定[图(e)]。图(b)~(d) 是活动铰支座的几种简化表示。
目录
刚体静力分析基础\约束与约束反力 光滑铰链的约束力作用在垂直于销钉轴线的平面内,通过圆孔
第二章 静力学基础知识与物体的受力分析
[例4]
FTB FNE FND F’ND FAy
FAx
[例5] 画出下列各构件的受力图
F’ND
F’NB FNB FNE FND FNA
FNC
说明:三力平衡必汇交 当三力平行时,在无限
远处汇交,它是一种特
殊情况。
[例6] 尖点问题
例7:梁AC和CD用圆柱铰链C连接,并支承在三个支座 上,A处是固定铰支座,B和D处是可动铰支座,如图所 示。试画梁AC、CD及整梁AD的受力图。梁的自重不计。
三、平衡的概念 平衡状态——物体相对于地球处于静止或作匀速直线运动的 状态。 力系——作用在同一物体上的一群力或一组力。 按各力作用线是否位于同一平面内,可分为平面力系和空间 力系,本章主要研究平面力系的平衡问题。
平面汇交力系
平面力系
平面力偶系 平面平行力系 平面任意力系
等效力系:对物体的作用效果相同的两个力系。 平衡力系:能使物体保持平衡状态的力系。 若一个力与一个力系等效,则这个力称为该力系的合力,而 力系中的各个力称为该合力的一个分力。
A A
固定铰支座 (物A固定) 圆柱铰链 (物A不固定)
A A
A
计算简图
A
受力图
A
A
FA
FAx A FAy
5.活动铰支座(辊轴支座) 在固定铰支座的底部安装几个辊轴(圆柱形滚轮),支承 于支承面上,这种约束称为可动铰支座,又称为活动铰支 座。
只能限制物体在 垂直于支承面方 向的运动
A
3.力的三要素:
力的大小:物体间相互机械作用的强弱程度。 力的方向:物体间相互机械作用具有方向性。 F
A
力的作用点:力作用在物体上的位置,是力的
最新完美版建筑力学
请单击相应章节
参考文献 1. 郝淑英、贾启芬、王鹏林研制由天津电子出版社 出版的理论力学多媒体教学系统。 2. 河海大学结构力学多媒体教学系统。 3. 山东理工大学材料力学多媒体实验教学系统。 4. 西北工业大学理论力学多媒体教学系统。 5. 广州大学土木工程学院吴庆华制作的材料力学多 媒体教学系统。 6. 沈养中、荣国瑞、杨梅、孙武研制由科学出版社 出版的建筑力学多媒体教学系统。 7. 李桐栋、闫礼平、王国菊研制由科学出版社出版 的建筑力学多媒体教学系统。 8. 李桐栋、沈滔研制由科学出版社出版的理论力学 力学多媒体教学系统。
高等职业教育“十二五”规划教材
建 筑 力 学
编著 沈养中 软件制作 李桐栋 郭玉霞Fra bibliotek建筑力学
第一章 绪论 第二章 刚体静力分析基础 第三章 力系的平衡 第四章 弹性变形体静力分析基础 第五章 杆件的内力 第六章 杆件的应力与强度 第七章 杆件的变形与刚度 第八章 压杆稳定 第九章 几何组成分析 第十章 静定结构的内力与位移 第十一章 超静定结构的内力与位移 第十二章 影响线
建筑力学课件 第二章 静力学基础
2.1 静力学公理
公理二、力的平行四边形法则 内容:作用于物体同一点的两
个力,可以合成为一个合力 ,合力也作用于该点,合力 的大小和方向由以两个分力 为邻边的平行四边形的对角 线表示,即合力矢等于这两 个分力矢的矢量和。 如图所示,其矢量表达式为 F1 + F2 = FR (2—1)
2.1 静力学公理
2.1 静力学公理 在这里,要区别二力平衡公理和作用 力与反作用力公理之间的关系:有相 同点,也注意不同点。 同样是等值、反向、共线,前者是对 一个物体而言,而后者则是对两个物 体之间而言。 显然,由于作用力与反作用力是分别 作用在两个不同的物体上,不能构成 平衡关系。
2.1 静力学公理
公理四、加减平衡力系公理 内容:在作用于刚体上的已知力系上,加上或减
2.1 静力学公理
平行四边形法则的逆定理
利用力的平行四边形法则,也可以把 作用在物体上的一个力,分解为相交 的两个分力,分力与合力作用于同一 点。
但是,由于具有相同对角线的平行四 边形可以画任意个,因此,要唯一确 定这两个分力,必须有相应的附加条 件。
2.1 静力学公理
实际计算中,常把一个力分解为方向已知的两个 (平面)或三个(空间)分力。如图即为把一个 任意力分解为方向已知且相互垂直的两个(平面 )或三个(空间)分力。这种分解称为正交分解 ,所得的分力称为正交分力
例如柔索,当受到两个等值、反向、共线 的压力作用时,会产生变形(被揉成一 团),因此就不能平衡。
2.1 静力学公理
二力平衡公理的应用:判别二力杆 在两个力作用下并且处于平衡的物体称为二力体 ;若为杆件,则称为二力杆。根据二力平衡公理 可知,作用在二力体上的两个力,它们必通过两 个力作用点的连线(与杆件的形状无关),且等 值、反向,如图2-5所示。
建筑力学(第2章)
2.2 平面汇交力系的合成和平衡
力系中所有力的作用线都位于同一平面内时,这类力系称为平面力
系。在平面力系中,各力的作用线均汇交于一点的力系叫平面汇交力系, 它是力系中最简单的一种。力系中所有力的作用线位于不同平面内的, 称为空间力系。 1. 平面力系合成的几何法、力多边形法则 平面汇交力系可简化为一合力,其合力的大小与方向等于各分力的 矢量和(几何和),合力的作用线通过汇交点。设平面汇交力系包括n个 力,以FR表示它们的合力矢,则有
2.4 平面一般力系
在平面力系中,如果各力的作用线不全汇交于一点,也不全相互 平行,这样的力系叫作平面一般力系。 在工程实际中,有些结构的厚度比其他两个方向的尺寸小得多, 因此可以忽略其厚度而把它们看成平面结构。
2.4.1 力的平移定理
作用于物体上某点的力可以平行移动到此物体上任意一点,如
果不改变原有力对刚体的作用效果,则必须附加一个力偶,这个
2. 力偶的基本性质 (1)力偶没有合力,所以不能用一个力来代替。
(2)只要保持力偶的转向和力偶矩的大小不变,可以同时改变力和力
偶臂的大小,或在其作用平面内任意移动或转动,不会改变力偶对物体 的效应,如图2.25所示。
推论1 力偶可在其作用面内任意移动和转动,而不改变它对物体的转
动效应,即力偶对物体的转动效应与它在作用面内的位置无关。 推论2 只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变,可同时改变组成力
第 2章
平面力系的பைடு நூலகம்成与平衡
2.1 静力学的基本概念和基本公理
2.1.1 静力学的基本概念
力是物体对物体的机械作用。静力学是研究物体或物体系统在力系作用下平 衡规律的科学。力系指作用在同一物体或同一物体系统上的一组力。物体系统 在静力学中往往首先简化为各种力学模型,如质点、刚体、刚体系统、变形体 及一般质点系。在工程上物体相对地球处于静止或作匀速直线运动的状态称为 平衡。必须注意,运动是绝对的,而平衡、静止则是相对的。所谓相对,就是 暂时的,有条件的。如果作用于物体上的力系满足一定条件,物体就可以处于 平衡状态;但当物体所受的力发生变化,平衡的条件就被破坏,物体就由平衡 状态转化为不平衡状态。如果物体在力系作用下处于平衡状态,这种力系称为 平衡力系。力系平衡所满足的条件称为平衡条件。 作用在物体上所产生的效果,不但与力的大小和方向有关,而且与力的作用 点有关。我们把力的大小、方向和作用点称为力的三要素。
建筑力学第二章
上一页
返回
第一节 基本概念
• 三、力对点之矩 • 力对点之矩是很早以前人们在使用杠杆、滑车、绞盘等机械搬运或提
升重物时所形成的一个概念.现以扳手拧螺母为例来说明.如图2-10 (a)所示,在扳手的A 点施加一力F,将使扳手和螺母一起绕螺钉中心O 转动,这就是说,力有使物体(扳手)产生转动的效应. • 实践经验表明,扳手的转动效果不仅与力F 的大小有关,而且还与点O 到力作用线的垂直距离d 有关.当d 保持不变时,力F 越大,转动越快;当 力F 不变时,d 值越大,转动也越快.若改变力的作用方向, 加上适当的正 负号来表示力F 使物体绕O 点转动的效应, 并称为力F 对O 点之矩, 简 称力矩, 以符号MO(F)表示.其计算公式如下:
上一页 下一页 返回
第一节 基本概念
• 式中,距离d 称为力偶臂. • 力偶符号规定:力偶使物体作逆时针方向转动时为正;反之为负.力偶矩
的单位与力矩的单位相同,常用单位有N·m 或kN·m 等. • 力偶的几个主要性质如下: • (1)力偶不能与一个力等效, 也不能与一个力平衡. 因为力既能产生移
必汇交于该点.
上一页 下一页 返回
第一节 基本概念
• (三)作用与反作用公理 • 两物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相反,沿同一直线并分别
作用在两个相互作用的物体上. • 这个定律概括了物体间相互作用的关系.其普遍适用于任何相互作用
的物体,即作用力与反作用力总是成对出现,成对消失.如图2-6所 示,C 铰处FC =F′C 为一对作用力与反作用力. • (四)平行四边形法则 • 作用在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 对角线确定.
最新完美版建筑力学第二章刚体静力分析基础
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
2-2-3 力偶的概念和性质
1.力偶的概念 在日常生活和工程中,经常会遇到物体受大小相等、 方向相反、作用线互相平行的两个力作用的情形。
汽车司机用双 手转动方向盘
钳工用丝锥攻螺纹
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
实践证明,这样的两个力 F 、 F′ 对物体只产生转动效 应,而不产生移动效应,把它称为力偶,用符号(F,F′) 表示。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
由图可知,力 F对 O 点之矩也可用△ OAB 面积的两倍 来表示,即 Mo(F)=±2A△OAB
力矩在下列两种情况下等于零: ①力等于零。 ②力的作用线通过矩心。 力矩的单位为N· m或kN· m。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
2.合力矩定理 对于有合力的力系,可以证明:合力对平面内任一点 之矩等于各分力对同一点之矩的代数和。即
其中力F对A点的力矩是根据合力矩定理计算的。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
各力对A点力矩的代数和为 MA=MA(W1)+MA(W2)+MA(F) =-6 kNm-56 kNm+1.3 kNm=-60.7 kNm 负号表示各力使挡土墙绕A点作顺时针转动,即挡土 墙不会绕A点向左倾倒。 挡土墙的重力以及土压力的竖向分力对A点的力矩是 使墙体稳定的力矩,而土压力的水平分力对A点的力矩是 使墙体倾覆的力矩。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
4.力的表示 力既有大小又有方向,因而力是矢 量。 对于集中力,我们可以用带有箭 头的直线段表示。 该线段的长度按一定比例尺绘出 集中力的表示方法 表示力的大小;线段的箭头指向表示 力的方向;线段的始端或终端表示力 的作用点;矢量所沿的直线称为力的 作用线。 规定用黑体字母F表示力,而用普通字母F表示力的 大小。
最新建筑力学 第2章
R( F X)2( F Y)20
上式 ( FX)2 与 ( FY)2 恒为正数,要使R=0,必须且只须
FX 0
FY
0
(2-4)
所以平面汇交力系平衡的必要和充分的解析条件是:力系中所有各力
在两个坐标轴中每一轴上的投影的代数和都等于零。式(2-4)称为
平面汇交力系的平衡方程。应用这两个独立的平衡方程可以求解两个未知量
图2-7
R RX 2RY2 59.1kN
【例】固定于墙内的环形螺钉上,作用有3个力
F1、
F
、
2
F 3 ,各力的方向如图所示,各力的大小分别为F1 3kN,
F2 4kN ,F3 5kN。试求螺钉作用在墙上的力。
解:要求螺钉作用在墙上的力可先求作用在螺钉上所有力
的合力。
R x F x i F x 1 F x 2 F x 3 0 4 5 c o s 3 0 8 . 3 3 k N
RX
FX
(2-3)
图2-5
式中 为合力R与x轴所夹的锐角, 角在哪个象限由
F x 和 F y 的正负号来确定。
例2-1 如图2-7所示,已知F1=20kN,F2=40kN,如果 三个力F1、F2、F3的合力R沿铅垂向下,试求力F3和R 的大小。 解: 取直角坐标系如图所示。因已知合力R沿y轴向下,故
RX=0,RY= -R。由式(2-2)知,得
RX FX0
0 F 1 F 2co s2 5 F 3co sa
即 020400.906F332442
解得 F3 70.3kN
图2-7
又由
RY FY
0 F2 sin 25 F3 sin
40 0.423 70.3 3 32 42
建筑力学第二章完整版
各力的作用线在同一平面内且汇交于一点的力系,称为平面汇交力系(coplanar concurrent forces),它是一种基本的力系,也是工程结构中常见的较为简单的力系。
本章研究平面汇交力系的合成(简化)与平衡,重点是讨论平衡问题。
研究的方法有:(1) 几何法(矢量法);(2) 解析法(投影法)。
平面汇交力系的平衡问题不仅是研究复杂力系平衡问题的基础,而且由于它所涉及的基本概念和分析方法具有一般性,因而在整个静力学理论中占有重要的地位。
一、三力情况设刚体上作用有汇交于同一点O的三个力 F → 1 、 F → 2 、 F → 3 ,如图2-1a 所示。
显然,连续应用力的平行四边形法则,或力的三角形法则,就可以求出合力(resultant force)。
首先,根据力的可传性原理,将各力沿其作用线移至O点,变为平面共点力系(图2-1b),然后,按力的三角形法则,将这些力依次相加。
为此,先选一点A,按一定比例尺,作矢量AB →平行且等于 F → 1 ,再从B点作矢量 BC →平行且等于 F → 2 ,于是矢 AC →即表示力 F → 1 与 F → 2 的合力 F → 12 (图2-1c)。
仿此,再从C点作矢量 CD →平行且等于 F → 3 ,于是矢量 AD →即表示力 F → 12 与 F → 3 的合力,也就是 F →1 、 F → 2 和 F → 3 的合力 F → R 。
其大小可由图上量出,方向即为图示方向,而合力的作用线通过汇交点O(图2-1e)。
图2-1其实,由图2-1c可见,作图时中间矢量 AC →是可以省略的。
只要把各矢量 F → 1 、F → 2 、 F → 3 首尾相接,形成一条折线ABCD,最后将 F → 1 的始端A与 F → 3 的末端D相连,所得的矢量 AD →就代表合力 F → R 的大小和方向。
这个多边形ABCD叫力多边形(force polygon),而代表合力的 AD →边叫力多边形的封闭边。
- 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)。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
(3)如果把在某一力系作用下处于平衡的变形体刚化 为刚体,则该物体的平衡状态不会改变。这一性质也称为 刚化原理。 由此可知,作用于刚体上的力系所必须满足的平衡条 件,在变形体平衡时也同样必须遵守。 (4)作用于物体上同一点的二个力的合力,等于这二 个力的矢量和(如图),即 F=F1+F2 这一性质也称为力的平行四边形法则。
第2章 刚体静力分析基础
第2章 刚体静力分析基础
§2-1 刚体与变形体 §2-2 力与力偶 §2-3 约束与约束力
§2-4 结构计算简图
§2-5 受力分析与受力图
返回
第2章 刚体静力分析基础\刚体与变形体
§2-1 刚体与变形体
所谓刚体是指在外力的作用下,其内部任意两点之间 的距离始终保持不变的物体。 这是一个理想化的力学模型。实际上物体在受到外力 作用时,其内部各点间的相对距离都要发生改变,从而引 起物体形状和尺寸的改变,即物体产生了变形。当物体的 变形很小时,变形对研究物体的平衡和运动规律的影响很 小,可以略去不计,这时可把物体抽象为刚体,从而使问 题的研究大为简化。但当研究的问题与物体的变形密切相 关时,即使是极其微小的变形也必须加以考虑,这时就必 须把物体抽象为变形体这一力学模型。
地下室外墙单位长度墙段上的 土压力和地下水压力
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
3.力的性质 实践表明,力有如下一些性质: (1)作用于同一刚体上的二个力使刚体保持平衡的 充分必要条件是:这二个力大小相等,方向相反,作 用在同—直线上。这一性质也称为二力平衡公理。 受二个力作用处于平衡的构件称为二力构件。 (2)在作用于刚体上的任一已知力系中,加上或减去 任一平衡力系,并不改变原力系对刚体的效应。这一性质 也称为加减平衡力系公理。
第2章 刚体静力【内容提要】 本章介绍刚体与变形体的概念,力的概念和性质,力矩的概 念和计算,力偶的概念和性质,约束与约束力的概念,工程中常 见的约束与约束力,结构的计算简图,物体的受力分析与受力图。 这些构成了刚体静力分析的基础。 【学习要求】 1. 了解刚体和变形体的概念。理解力的概念和性质。理解力 矩的概念,熟练掌握力矩的计算。理解力偶的概念和性质。 2. 理解约束与约束力的概念,掌握工程中常见约束的性质、 简化表示和约束力的画法。 3. 了解结构计算简图的概念,掌握杆件结构计算简图的选取 方法。 4. 熟练掌握物体的受力分析和正确画出受力图。 返回
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
§2-2 力与力偶
2-2-1 力的概念和性质
1.力的概念 力是物体间的相互机械作用。这种作用使物体的运动 状态或形状发生改变。 力对物体的作用结果称为力的效应。力使物体运动状 态发生改变的效应称为运动效应或外效应;力使物体的形 状发生改变的效应称为变形效应或内效应。 力的运动效应又分为移动效应和转动效应。
D F2 C
FR
F1 B
A
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
有时为了方便,可由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F。这种求合力的方法称为力
的三角形法则。
C FR F2 A F1
B
(5)两物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相 反、沿同一直线,分别作用于该两物体上。这一性质也称 为作用与反作用定律。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
对于分布力,若力的集度为常量,则该分布力称为均 布力;否则,就称为非均布力。分布力的集度通常用q表 示。
q
作用于楼板上向下的面分布力
搁置在墙上的梁沿其长度方向 作用着向下的线分布力,其集 度q=2kN/m
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
挡土墙单位长度墙 段上的土压力
由上可得如下推论:作用于刚体上的力可沿其作用线 移动到该刚体上任一点,而不改变此力对刚体的效应。这 一推论称为力的可传性原理。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
必须指出,上面的性质只适用于刚体,不适用于变形 体。
绳索的两端若受到大小相等、方向相反、沿同一直 线的二个压力的作用.则其不会平衡。
变形杆在平衡力系F1、F2作用下产生拉伸变形,若除 去这一对平衡力,则杆就不会发生变形;若将力F1、F2分 别沿作用线移到杆的另一端,则杆将产生压缩变形。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点。 称为力的三要素。 在国际单位制(SI)中,力的单位为N(牛顿)或kN (千牛顿)。 力的方向包含方位和指向。 力的作用点是力在物体上的作用位置。
实际上,力的作用位置不是一个点而是一定的面积, 但当力作用的面积与物体的尺寸相比很小以至可以忽略时, 就可近似地看成一个点。作用于一点上的力称为集中力。 而当力的作用面积较大而不可忽略时,这种力称为分布力。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
分布力的大小用力的集度表示。作用在一定面积上的分布 力,称为面分布力,其集度单位为N/m2或kN/m2;分布在 狭长面积或体积上的力可看作线分布力,其集度单位为 N/m或kN/m。 作用于一个物体上的若干个力称为力系。如果两个力 系对物体的运动效应完全相同,则该两个力系称为等效力 系。 如果一个力与一个力系等效,则此力称为该力系的 合力,而该力系中的各力称为合力的分力。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
4.力的表示 力既有大小又有方向,因而力是矢 量。 对于集中力,我们可以用带有箭 头的直线段表示。 该线段的长度按一定比例尺绘出 集中力的表示方法 表示力的大小;线段的箭头指向表示 力的方向;线段的始端或终端表示力 的作用点;矢量所沿的直线称为力的 作用线。 规定用黑体字母F表示力,而用普通字母F表示力的 大小。
目录
第2章 刚体静力分析基础\力与力偶
4.三力平衡汇交定理 由二力平衡公理和力的平行四边形法则容易证明:当 刚体受三个力作用而平衡时,若其中两个力的作用线相交 于一点,则第三个力的作用线也通过该交点,且此三个力 的作用线在同一平面内。
证明:设刚体在作用于A、 F1 B、C三点的三个力F1、F2、 A FR12 F3作用下处于平衡状态,且力 O C F1、F2汇交于O点 。 F3 B 根据力的可传性原理,可 F2 将力F1和F2移到汇交点O。 然后根据力的平行四边形法则,得合力F R12。 则力F3应与F R12平衡。由于两个力平衡必须共线,所以力F3必通过 力F1与F2的交点O,且此三个力的作用线在同一平面内。 目录