工程力学基础之构件的受力分析

（7~8学时）
郑州大学化工与能源学院
第1章 构件的受力分析
化工设备设计基础
构件的受力分析： ➢ 构件上受到哪些外力作用．其大小、方向如 何? ➢ 构件的受力分析是指构件处在平衡状态下的 受力分析。
平衡状态： 构件在外力作用下，相对于地面保持静止
或匀速直线运动状态。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
➢ 固定铰链（固铰）支座（固支）：轴承
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1-2 约束与约束反力
（4）固定端约束
化工设备设计基础
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1-3 受力图
化工设备设计基础
1、受力图： 表示构件及其所受全部外力的图。
2、分离体：
把所分析的构件(即研究对象)从与它们联系 的周围约束物体中分离出来，单独画出。
N
NA
NB
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1-2 约束与约束反力
（3）圆柱铰链约束
化工设备设计基础
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1-2 约束与约束反力
化工设备设计基础
➢活动铰链（活铰）支座（活支）： 在支座下装一滚轴，使其能沿支撑面移动。
只能阻止物体沿着垂直于支撑面的方向运动。
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1-2 约束与约束反力
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
4、力的表示： 力是一个矢量，矢量用黑体字或在白体字
上方加一箭头；
FFF
5、单位： 按照国际单位制，力的单位用“牛顿
(N) ”或“千牛顿（KN）”
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
二、力的基本性质 1、几个概念： （1）力系:
成绩评定：
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第一篇 工程力学基础
化工设备设计基础
构件
—必须满足以下三方面要求： ➢要有足够的强度：
—构件抵抗外力对其破坏的能力。 ➢要有足够的刚度：
—构件在外力作用下不发生超出许可变形 的能力。 ➢要有足够的稳定性：
—构件在外力作用下能保持它原有几何形 状而不发生突然失去原形的能力。
1-3 受力图
化工设备设计基础
例1-2 水平梁AB用斜杠CD支撑，A、D、C三处 均为圆柱铰链联接(图)。水平梁的重力为G，其 上放置一个重为Q的电动机。如不计斜杆CD的重 力，试画出斜杆CD和水平梁AB的受力图。
化工设备设计基础
一、力的概念 力是物体之间的相互机械作用。
1、力的两种效应： 使物体的运动状态发生改变—外效应。 使物体产生变形—内效应。
2、刚体： —在外力作用下不变形的物体。 刚体只考虑力的外效应。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
3、力的三要素： 力的大小、方向和作用点（线）
作用在同一物体上的两个或两个以上的力。 （2）平衡力系:
使物体处于平衡状态的力系。 平衡力系中的各力对物体作用的外效应彼
此抵消，因此平衡力系是对物体作用的外 效应等于零的力系。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
（3）等效力系： 若两个力系分别作用于同一物体．它们所
产生的外效应相同，则这两个力系互为等效 力系。 （4）合力与分力、合成与分解：
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1-3 受力图
化工设备设计基础
例1-1 图所示为两个油桶堆放在地下槽中．桶I、
Ⅱ的重力分别为G1，G2，试作出每个桶的受力 图。
I
I
II
O1 B
C
O2
D
A
II
O1 A
B
NB`
NB
NB
G1 G1
NNAA
NNCC
O2
B N/B
C G2
D G2
ND ND
（a）
（c） （b）
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（1）柔软体约束： 由绳索、胶带、钢丝绳等 柔性物体产生的约束。
约束反力的方向：沿着柔软体的中心线且 背离被约束的物体。
T
T A
A
A
G
G
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1-2 约束与约束反力
化工设备设计基础
（2）光滑面约束：一些光滑支承表面(如导轨、 托轮等)产生的约束。 光滑面约束反力的方向：沿着接触点的公 法线，并指向被约束的物体。
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第一篇 工程力学基础
化工设备设计基础
工程力学的任务:
—研究构件的强度、刚度和稳定性问题。 主要内容
➢研究构件的受力情况及平衡条件，进行受力 大小的计算。
➢研究构件的受力变形与破坏规律，进行构件 的强度，刚度和稳定性计算。
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化工设备设计基础
第1章 构件的受力分析
1-2 约束与约束反力
化工设备设计基础
1、概念： （1）自由体：
在空间能沿任何方向、不受限制的自由运 动的物体。 （2）非自由体或被约束体：
在某些方向上受到限制而不能完全自由运 动的物体。 （3）约束：
限制非自由体运动的物体。
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1-2 约束与约束反力
化工设备设计基础
2、约束分类：
若一个力与一个力系等效，则这个力是该 力系的合力，而该力系中的各个力为其合力 的分力。
➢合成：由力系求合力的过程。 ➢分解：将合力转化成几个分力的过程。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
2、力的基本性质：
（1）力的成对性：分别作用在两个物体上；
（2）二力平衡条件：刚体只受两个力作用而 处于平衡状态，则该二力必大小相等、方向 相反，且作用在同一直线上；
AA
m Am A F1 F1 nn
C
Cm
mm
m n
Fn1 F1 C
C
注：分力不具唯一性。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
三力平衡汇交定理： 某刚体受三个力作用而处于平衡状态．若其
中两个力的作用线相交于一点，则第三个力的 作用线必交于同一点。
F1
F3
A3
B
R A1
A2
F2 郑州大学化工与能源学院
化工设备设计基础
主讲教师: 开课院系:
方书起 袁振伟 化工与能源学院 过程装备与控制系
化工设备设计基础
本课程内容组成： 工程力学基础 薄壁容器设计 典型化工设备设计
本课程目的： 掌握必要的力学基础知识 初步具备压力容器和化工设备的设计能力
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化工设备设计基础
上课要求： 上课不能迟到（不早退、不旷课）； 作业按时独立完成； 上课关闭手机； 上课禁止吃东西。
二力构件(二力杆) （3）力的可传性：
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
（4）力的可合性与可分性 (力的平行四边形法则和力三角形法则)
注：合力具有唯一性。
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1-1 力的概念及性质
化工设备设计基础
nn DD
F2 F2
RR
BB
nn DD
F2 F2 R R