第二章-物体受力分析与结构计算简图课件.ppt
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1、第二章物体受力分析与结构计算简图第二章物体受力分析与结构计算简图1243 3第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力第二节物体受力分析和受力图第二节物体受力分析和受力图第三节结构计算简图第三节结构计算简图本章小结本章小结返回第二章物体受力分析与结构计算简图第二章物体受力分析与结构计算简图教学教学:通过本章内容的学习,掌握约束与约束反力的绘制,熟练掌握物体通过本章内容的学习,掌握约束与约束反力的绘制,熟练掌握物体的受力分析方法,掌握结构计算简图的可简化方法。的受力分析方法,掌握结构计算简图的可简化方法。能力能力:1.能分析常见约束及约束反力。能分析常见约束及约束反力。2.能进行物体的受力分析。能
2、进行物体的受力分析。3.能熟练进行结构计算简图的简化。能熟练进行结构计算简图的简化。下一页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力一、约束与约束反力的定义一、约束与约束反力的定义力学中通常把物体分为自由体和非自由体两类。力学中通常把物体分为自由体和非自由体两类。在空间能自由作任意方向运动的物体称为自由体。如空气中的气球和飞在空间能自由作任意方向运动的物体称为自由体。如空气中的气球和飞行的炮弹就是自由体。某些方向的运动受到限制的物体称为非自由体。行的炮弹就是自由体。某些方向的运动受到限制的物体称为非自由体。工程构件的运动大都受到某些限制,因而都是非自由体。工程构件的运动大都受到某些限制,因而
3、都是非自由体。由此可知,自由体和非自由体两者的主要区别是:自由体可以自由位移,由此可知,自由体和非自由体两者的主要区别是:自由体可以自由位移,不受任何其他物体的限制,它可以任意地移动和旋转。非自由体则不能不受任何其他物体的限制,它可以任意地移动和旋转。非自由体则不能自由位移,其某些位移受其他物体的限制不能发生。自由位移,其某些位移受其他物体的限制不能发生。将限制阻碍非自由运动的物体称为约束物体,简称约束。约束总是将限制阻碍非自由运动的物体称为约束物体,简称约束。约束总是通过物体之间的直接接触形成的。例如基础是柱子的约束,墙是梁的约通过物体之间的直接接触形成的。例如基础是柱子的约束,墙是梁的约束
4、,轨道是火车的约束。如束,轨道是火车的约束。如图图2-1(a)所示,绳索便是小球的约束。所示,绳索便是小球的约束。下一页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力约束体在限制其他物体运动时,所施加的力称为约束反力。约束反力总约束体在限制其他物体运动时,所施加的力称为约束反力。约束反力总是与它所限制的物体的运动或运动趋势的方向相反。例如,墙阻碍梁向是与它所限制的物体的运动或运动趋势的方向相反。例如,墙阻碍梁向下落时,就必须对梁施加向上的反作用力等。如图下落时,就必须对梁施加向上的反作用力等。如图2-1(b)所示,柔绳拉所示,柔绳拉住小球以限制其下落的张力住小球以限制其下落的张力T便是约束反力。
5、约束反力的作用点就是约便是约束反力。约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接触点。在受力物体上,那些使物体有运动或运动趋束与被约束物体的接触点。在受力物体上,那些使物体有运动或运动趋势的力叫主动力,例如重力、水压力、土压力等,作用在工程上的主动势的力叫主动力,例如重力、水压力、土压力等,作用在工程上的主动力也就是所讲的荷载。通常情况下,主动力是已知的,而约束反力是未力也就是所讲的荷载。通常情况下,主动力是已知的,而约束反力是未知的。静力分析的任务之一就是确定未知的约束反力。知的。静力分析的任务之一就是确定未知的约束反力。二、几种基本类型的约束及其约束反力二、几种基本类型的约束及其约束反力1.柔
6、体约束柔体约束由柔绳、胶带、链条等形成的约束称为柔体约束。由柔绳、胶带、链条等形成的约束称为柔体约束。上一页 下一页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力由于柔体只能拉物体,不能压物体,限制物体沿着柔索的中心线伸长方由于柔体只能拉物体,不能压物体,限制物体沿着柔索的中心线伸长方向的运动,而不能限制物体在其他方向的运动,所以柔索约束的约束反向的运动,而不能限制物体在其他方向的运动,所以柔索约束的约束反力为拉力,沿着柔索的中心线背离被约束的物体,用符号力为拉力,沿着柔索的中心线背离被约束的物体,用符号F1或或T表示,表示,如图如图2-1所示。所示。光滑接触面约束光滑接触面约束两物体直接接触,
7、当接触面光滑,摩擦力很小可以忽略不计时,形成的两物体直接接触,当接触面光滑,摩擦力很小可以忽略不计时,形成的约束就是光滑接触面约束。这种约束只能限制物体沿着接触面的公法线约束就是光滑接触面约束。这种约束只能限制物体沿着接触面的公法线指向接触面的运动,而不能阻碍物体沿着接触面切线方向的运动或运动指向接触面的运动,而不能阻碍物体沿着接触面切线方向的运动或运动趋势。由此,光滑接触面约束的约束反力为压力,通过接触点,方向沿趋势。由此,光滑接触面约束的约束反力为压力,通过接触点,方向沿着接触面的公法线指向被约束的物体,通常用着接触面的公法线指向被约束的物体,通常用FN或或N表示,如表示,如图图2-2所示
8、。所示。3.圆柱铰链约束圆柱铰链约束上一页 下一页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力常见门、窗用的合页就是圆柱铰链。理想的圆柱铰链是由一个圆柱形销常见门、窗用的合页就是圆柱铰链。理想的圆柱铰链是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成的,且认为销钉和圆孔的表面都是完全光钉插入两个物体的圆孔中构成的,且认为销钉和圆孔的表面都是完全光滑的,如滑的,如图图2-3(a)所示。所示。这种约束力可以用这种约束力可以用2-3(b)所示的力学简图表示,其特点是只限制两物体所示的力学简图表示,其特点是只限制两物体在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的相对移动,而不能限制物体绕在垂直于销钉轴线的平面内沿任
9、意方向的相对移动,而不能限制物体绕销钉轴线的相对转动和沿其轴线方向的相对滑动。因此,铰链的约束反销钉轴线的相对转动和沿其轴线方向的相对滑动。因此,铰链的约束反力作用在与销钉轴线垂直的平面内,并通过销钉中心,但方向待定,如力作用在与销钉轴线垂直的平面内,并通过销钉中心,但方向待定,如图图2-3(c)所示的所示的FA。工程中常用通过铰链中心的相互垂直的两个分力。工程中常用通过铰链中心的相互垂直的两个分力XA、YA表示,如图表示,如图2-3(d)所示。所示。4.链杆约束链杆约束链杆就是两端用光滑销钉与物体相连而中间不受力的刚性直杆。链杆就是两端用光滑销钉与物体相连而中间不受力的刚性直杆。上一页 下一
10、页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力图图2-4中的中的AB杆即为链杆。链杆只能限制物体沿链杆轴线方向的运动。杆即为链杆。链杆只能限制物体沿链杆轴线方向的运动。由此,链杆约束反力是沿着链杆中心线,指向待定,常用符号由此,链杆约束反力是沿着链杆中心线,指向待定,常用符号R表示。表示。链杆约束的简图如图链杆约束的简图如图2-4(b)所示,约束反力的表示如图所示,约束反力的表示如图2-4(c),(d)所示所示(指指向假设向假设)。5.铰链支座约来铰链支座约来工程上将结构或构件连接在支承物上的装置,称为支座。在工程上常常工程上将结构或构件连接在支承物上的装置,称为支座。在工程上常常通过支座将构
11、件支承在基础或另一静止的构件上。支座对构件就是一种通过支座将构件支承在基础或另一静止的构件上。支座对构件就是一种约束。支座对它所支承的构件的约束反力也叫支座反力。铰链支座包括约束。支座对它所支承的构件的约束反力也叫支座反力。铰链支座包括固定铰支座和可动铰支座两种。固定铰支座和可动铰支座两种。(1)固定铰支座约束。圆柱形铰链所连接的两个构件中,如果有一个被固固定铰支座约束。圆柱形铰链所连接的两个构件中,如果有一个被固定在基础上,便构成了固定铰支座,如定在基础上,便构成了固定铰支座,如图图2-5(a)所示。所示。上一页 下一页返回第一节约束与约束反力第一节约束与约束反力这种支座不能限制构件绕销钉轴
12、线的转动,只能限制构件在垂直于销钉这种支座不能限制构件绕销钉轴线的转动,只能限制构件在垂直于销钉轴线的平面内向任意方向的移动。可见固定铰支座的约束性能与圆柱铰轴线的平面内向任意方向的移动。可见固定铰支座的约束性能与圆柱铰链相同。所以,固定铰支座的支座反力在垂直于销钉轴线的平面内,通链相同。所以,固定铰支座的支座反力在垂直于销钉轴线的平面内,通过铰心,且方向未定。过铰心,且方向未定。固定铰支座的计算简图如图固定铰支座的计算简图如图2-5(b)所示,约束反力如图所示,约束反力如图2-5(c)所示。所示。(2)可动铰支座约束。可动铰支座约束又叫滚轴支座约束。在固定铰支座可动铰支座约束。可动铰支座约束
13、又叫滚轴支座约束。在固定铰支座下面加几个滚轴支承于平面上,但支座的连接使它不能离开支承面,就下面加几个滚轴支承于平面上,但支座的连接使它不能离开支承面,就构成了可动铰支座,如构成了可动铰支座,如图图2-6(a)所示。这种支座只能限制构件在垂直于所示。这种支座只能限制构件在垂直于支承面方向上的移动,而不能限制构件绕销钉轴线的转动和沿支承面方支承面方向上的移动,而不能限制构件绕销钉轴线的转动和沿支承面方向上的移动。所以,可动铰支座的支座反力是通过销钉中心,并垂直于向上的移动。所以,可动铰支座的支座反力是通过销钉中心,并垂直于支承面,但指向未定。支承面,但指向未定。上一页 下一页返回第一节约束与约束
14、反力第一节约束与约束反力可动铰支座的计算简图如图可动铰支座的计算简图如图2-6(b)所示,约束反力如图所示,约束反力如图2-6(c)所示。所示。6.固定端支座约来固定端支座约来工程中将构件牢固地嵌在墙或基础内,使构件既不能向任意方向移动,工程中将构件牢固地嵌在墙或基础内,使构件既不能向任意方向移动,也不能转动,这种约束称为固定端支座,如也不能转动,这种约束称为固定端支座,如图图2-7所示。由于这种支座所示。由于这种支座既限制构件的移动,又限制构件的转动,所以固定端支座的约束反力为既限制构件的移动,又限制构件的转动,所以固定端支座的约束反力为两个互相垂直的分力和一个约束反力偶,其分力和反力偶的指
15、向和大小两个互相垂直的分力和一个约束反力偶,其分力和反力偶的指向和大小待求,箭头指向可以假设。固定端支座的计算简图如图待求,箭头指向可以假设。固定端支座的计算简图如图2-7(b)所示,约所示,约束反力如图束反力如图2-7 (c)所示。所示。上一页返回第二节第二节 物体受力分析和受力图物体受力分析和受力图一、物体受力分析一、物体受力分析1.物体受力分析的定义物体受力分析的定义在工程中常常将若干构件通过某种连接方式组成机构或结构,用以传递在工程中常常将若干构件通过某种连接方式组成机构或结构,用以传递运动或承受荷载,这些机构或结构统称为物体系统。运动或承受荷载,这些机构或结构统称为物体系统。在求解静
16、力平衡问题时,一般首先要分析物体的受力情况,了解物体受在求解静力平衡问题时,一般首先要分析物体的受力情况,了解物体受到哪些力的作用,其中哪些力是已知的,哪些力是未知的,这个过程称到哪些力的作用,其中哪些力是已知的,哪些力是未知的,这个过程称为对物体进行受力分析。为对物体进行受力分析。2.脱离体脱离体在工程实际中,经常遇到几个物体或几个构件相互联系,构成一个系统在工程实际中,经常遇到几个物体或几个构件相互联系,构成一个系统的情况。例如,楼板放在梁上,梁支承在墙上,墙又支承在基础上。的情况。例如,楼板放在梁上,梁支承在墙上,墙又支承在基础上。下一页返回第二节第二节 物体受力分析和受力图物体受力分析
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