构件的受力分析
工程构件受力分析基础知识
工程构件受力分析基础知识1工程力学的研究对象工程力学是研究工程构件的受力分析、承载能力的基本原理和方法的科学。
工程中一般构件按宏观尺寸区分为：(1)杆件；(2)板、壳构件；(3)实体构件。
工程力学的研究对象主要是杆件。
2杆件的几何特征杆件是指物体的纵向(长度)尺寸远大于横截面的宽度和高度(横向)尺寸的构件。
即杆件的几何特征：细而长。
杆件主要几何因素是横截面和杆轴线。
横截面——垂直杆长度方向的截面。
杆轴线——所有横截面形心的连线。
3工程力学的研究内容和任务工程力学的任务是通过研究构件的强度、刚度、稳定性和材料的力学性能，在保证既安全可靠又经济节约的前提下，为构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供计算理论。
构件正常工作必须满足强度、刚度和稳定性的要求，即进行其承载能力计算。
强度是指构件抵抗破坏的能力。
刚度是指构件抵抗变形的能力。
稳定性是指构件保持原有平衡状态的能力。
构件的强度、刚度、稳定性与材料的力学性能有关，而材料的力学性能需要通过试验来测定。
此外，工程中还存在着单靠理论分析尚难解决的复杂问题，需要依靠实验来解决。
因此，在工程力学中，实验占有十分重要的地位。
工程力学的内容包含以下几个部分：(1)工程构件受力分析； (2)工程构件承载能力分析；(3)受压构件稳定性分析；(4)工程构件承载能力优化分析4刚体、变形固体及其基本假定1．刚体的概念所谓刚体就是指在外力的作用下，大小和形状都不变的物体。
2．理想变形固体及其基本假设变形固体是指受力后会产生变形的物体。
对理想变形固体材料的基本假设有：(1)连续均匀假设；(2)各向同性假设。
撤去荷载可完全消失的变形称为弹性变形。
撤去荷载不能恢复的变形称为塑性变形或残余变形。
工程中大多数构件在荷载作用下产生的变形量若与其原始尺寸相比很微小时，称为小变形，否则称为大变形。
工程力学中把所研究的构件作为连续、均匀、各向同性的理想变形固体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力。
钢结构设计中的构件受力分析
钢结构设计中的构件受力分析一、引言钢结构是一种重要的建筑结构形式，其具有高强度、轻质、抗震能力强等特点，被广泛应用于工业厂房、商业建筑、桥梁等领域。
在钢结构设计中，构件的受力分析是一个关键环节，它直接关系到结构的安全可靠性。
本文将从静力学的角度出发，探讨钢结构设计中构件受力分析的基本原理和方法。
二、构件受力的基本原理构件受力是指构件在外力作用下所受到的力和力矩。
根据静力学原理，构件在平衡状态下，合力和合力矩等于零。
对于钢结构构件而言，可以将受力分为内力和外力两个方面。
1. 内力：构件内部受力主要包括轴力、弯矩和剪力。
轴力是指构件上的拉力或压力，弯矩是指构件上的弯曲力矩，剪力是指构件上的剪切力。
通过对构件的截面分析，可以确定构件所受内力的大小和分布情况。
2. 外力：外力是指施加于构件上的力和力矩，包括重力、风载、地震力等。
根据静力学的原理，外力应该平衡在构件上，以确保结构的平衡和稳定。
三、构件受力分析的方法在钢结构设计中，构件受力分析是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素，如结构的几何形态、材料的性质以及受力条件等。
以下介绍几种常用的构件受力分析方法。
1. 截面法：截面法是一种重要的分析方法，它通过对构件截面进行简化，将构件看作点、线或面上等效的力，从而简化分析过程。
通过对截面进行力学分析，可以得到构件所受的内力大小和分布情况。
2. 变位法：变位法是一种基于位移理论的分析方法，它假设构件在受力过程中产生微小的位移，并根据位移的平衡条件进行力学分析。
通过变位法可以得到构件所受的内力和位移。
3. 有限元法：有限元法是一种数值计算方法，适用于复杂结构的受力分析。
它将结构分割成有限个小单元，通过数值模拟和计算，得到构件受力的数值解。
四、构件受力分析的应用案例钢结构设计中构件受力分析的应用案例有很多，以下仅以桥梁结构为例进行说明。
在桥梁设计中，主梁是承担桥梁荷载的主要构件之一。
主梁的受力分析需要考虑荷载和桥墩的支座情况。
汽车构件的受力分析教案
汽车构件的受力分析教案第一章：汽车构件受力分析概述1.1 学习目标1. 了解汽车构件受力分析的重要性。
2. 掌握汽车构件受力分析的基本概念。
3. 理解汽车构件受力分析的基本原理。
1.2 教学内容1. 汽车构件受力分析的意义。
2. 汽车构件受力分析的基本概念。
3. 汽车构件受力分析的基本原理。
1.3 教学活动1. 引入汽车构件受力分析的话题，引导学生思考汽车构件受力分析的重要性。
2. 讲解汽车构件受力分析的基本概念，通过实例进行解释。
3. 讲解汽车构件受力分析的基本原理，通过图示和模型进行演示。
1.4 作业与评估1. 布置作业：要求学生绘制一辆汽车的构件受力分析图。
2. 评估方式：教师根据学生的作业完成情况进行评估。
第二章：汽车构件受力分析的基本方法2.1 学习目标1. 掌握汽车构件受力分析的基本方法。
2. 学会应用基本方法进行汽车构件受力分析。
2.2 教学内容1. 汽车构件受力分析的基本方法。
2. 应用基本方法进行汽车构件受力分析的步骤。
2.3 教学活动1. 讲解汽车构件受力分析的基本方法，通过实例进行解释。
2. 引导学生进行实际操作，应用基本方法进行汽车构件受力分析。
2.4 作业与评估1. 布置作业：要求学生应用基本方法进行汽车构件受力分析，并绘制受力分析图。
2. 评估方式：教师根据学生的作业完成情况进行评估。
第三章：汽车构件受力分析的实例分析3.1 学习目标1. 学会分析汽车构件受力实例。
2. 掌握分析结果的应用。
3.2 教学内容1. 汽车构件受力实例分析。
2. 分析结果的应用。
3.3 教学活动1. 提供几个汽车构件受力实例，引导学生进行分析。
2. 讲解如何应用分析结果，以优化汽车构件设计。
3.4 作业与评估1. 布置作业：要求学生选择一个汽车构件受力实例进行分析，并提出优化设计建议。
2. 评估方式：教师根据学生的作业完成情况进行评估。
第四章：汽车构件受力分析的软件应用4.1 学习目标1. 了解汽车构件受力分析软件的应用。
钢筋混凝土构件的受力分析
钢筋混凝土构件的受力分析一、引言钢筋混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的结构材料，它的使用范围包括楼房、桥梁、水利工程等。
钢筋混凝土构件的受力分析是建筑工程设计的重要部分，它涉及到钢筋混凝土构件的力学性能、受力特点、受力机理等方面的知识。
本文将详细介绍钢筋混凝土构件的受力分析原理。
二、钢筋混凝土构件的力学性能1. 材料的力学性质钢筋混凝土的力学性质是指它的抗拉强度、抗压强度、弹性模量等指标。
钢筋混凝土通常由水泥、砂子、骨料、水和钢筋组成。
水泥是黏结剂，砂子和骨料是填料，水是调节材料的稠度和流动性，钢筋是增强材料的主要成分。
水泥的强度与其组成的矿物成分、熟化度、水泥砂比等因素有关。
砂子和骨料的强度与它们的种类、大小、形状等因素有关。
钢筋的强度与其材料、直径、表面形状等因素有关。
2. 断面受力特点钢筋混凝土构件的受力分析需要考虑它的断面受力特点。
钢筋混凝土构件通常由板、梁、柱、墙等构件组成。
不同构件的受力特点不同。
板的受力特点主要是受弯矩和剪力作用，梁的受力特点主要是受弯矩作用，柱的受力特点主要是受压力作用，墙的受力特点主要是受拉压力和剪力作用。
因此，不同构件的受力分析需要采用不同的理论和方法。
三、钢筋混凝土构件的受力分析方法1. 弹性力学方法弹性力学方法是一种基于弹性理论的受力分析方法，它假设材料在受力作用下的形变是可逆的、线性的、小的。
在弹性力学方法中，钢筋混凝土构件的受力分析可以看作是一个弹性体的受力分析问题。
弹性力学方法适用于小变形、小应力、单轴受力的情况。
弹性力学方法的主要理论是梁、板、壳的弯曲理论和轴心受压的柱理论等。
2. 塑性力学方法塑性力学方法是一种基于材料塑性特性的受力分析方法，它假设材料在受力作用下的形变是可逆的、非线性的、大的。
在塑性力学方法中，钢筋混凝土构件的受力分析可以看作是一个塑性体的受力分析问题。
塑性力学方法适用于大变形、大应力、多轴受力的情况。
塑性力学方法的主要理论是塑性弯曲理论和塑性轴心受压的柱理论等。
平面构件的受力分析
应去掉约束
应去掉约束
24
[例5] 画出下列各构件的受力图
25
三、画受力图应注意的问题
1.
除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才
不 要
有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）
漏 画
都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处
力
必有力，力的方向由约束类型而定。
2. 不
要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对
1.1 静力分析基础
静力学研究的范畴：刚体(系)在力(系)作用下的平衡问题。
一、基本概念 1.力的概念
（1）定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 体的运动状态，或使物体变形。
（2） 力的效应：①运动效应(外效应) ②变形效应(内效应)。
1
（3）力对物体的效应取决于力的三要素：大小，方向，作用点
R F1 F2
平行四边形法则是力的合成法则，也是 力的分解法则。例如在右图中，拉力F作 用在螺钉A 上，与水平方向的夹角为a ，按此法则可将其沿水平及铅垂方向分 解为两个分力F1 和F2
6
推论2：三力平衡汇交定理
若刚体受到同一平面内互不平行的三个力 而平衡时，则该三个力的作用线必汇交于一 点。
[证] ∵ F1 , F2 , F3为平衡力系，
T
P
P
11
2.光滑面约束 (光滑指摩擦不计) 概念：当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦所构成对物体 运动限制时，称为光滑接触面的约束。
约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体
P P
N
N
NB NA
12
3.光滑圆柱铰链约束 概念：物体经圆柱铰链联接所形成的约束，圆柱铰链是由两个 端部带圆孔的构件，用一个销轴连接而成的。
构件受力分析与平衡理论课件
未来发展方向包括新型材料和结 构的受力分析、复杂系统的动力 学分析、智能结构的稳定性与控
制等。
学生应关注学科前沿动态，不断 更新知识结构，提高解决复杂工
程问题的能力。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
超静定结构的平衡条件是各力系在三个坐标轴上的投影代数和为零，以
及所有多余约束力之和为零。
结构优化设计
结构优化设计
结构优化设计是指在满足结构功能和安全要求的前提下，通过合理选择材料的种类、截面 尺寸和布置方式等，使结构的重量最轻、经济性最好、受力状态最优。
结构优化设计的原则
结构优化设计的原则是在满足使用要求和安全性能的前提下，尽可能减少材料的用量和结 构的重量，同时要便于施工和降低成本。
本章重点介绍了静力学的基本概念、构件的受力分析、力的平衡条件、 重心和稳定性等核心内容，并通过实例和习题帮助学生加深理解和应用
。
学习过程中，学生应注重理论与实践相结合，通过实际问题和案例分析 提高解决实际问题的能力。
学习建议
深入理解基本概念
静力学和力的平衡条件是构件受力分析与平衡理论的基础，学生 应深入理解这些基本概念，为后续学习打下坚实基础。
平衡方程的求解
01
02
03
解方程组
通过代数运算，解出平衡 方程组，得到各力的具体 数值。
验证解的合理性
根据实际情况，验证解的 合理性，确保构件处于平 衡状态。
分析解的意义
根据解的结果，分析各力 的作用效果和影响，为实 际应用提供指导。
04
构件受力分析实例
杆件受力分析
总结词
杆件受力分析是构件受力分析的基础 ，主要研究杆件在力作用下的平衡状 态和变形情况。
第3单元工程构件的受力分析
a ) 曲柄压力机外观结构图
b ) 曲柄压力机机构运动示意图
图 3-9 曲柄压力机
3.2 工程中常见约束
3.2.1 约束与约束反力 （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
3.2 工程中常见约束
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。
3.1 静力学基本概念及其公理
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。
3.1 静力学基本概念及其公理
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。
3.1 静力学基本概念及其公理
3.4 平面力系
3. 平面汇交力系合成的解析法与平衡的解析条件 （1）力在坐标轴上的投影
1）定义：F在x轴和y轴上的投影分别计作Fx、Fy 。
4）约束反力的方向：通常用两个通过铰心大小未知
的正交力Fx、Fy来表示。
固定铰链支座
约束反力的表示
固定铰链约束的符号表示
3.2 工程中常见约束
(2)中间铰链 1）观察实例：剪刀的两个刀片联接点的特点。 2）概念：若相联的两个构件均无固定，则称为中间
铰链，简称铰。通常在两个构件连接处用一个小圆圈表示 铰链。
小车的运动
吊车梁的变形
3.1 静力学基本概念及其公理
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。
工程力学基础之构件的受力分析
工程力学基础之构件的受力分析概述在工程中，构件的受力分析是一个重要的问题。
只有了解构件受力情况，才能保证结构的安全可靠性。
本文将介绍工程力学基础中构件的受力分析原理和方法。
构件受力分析原理构件的受力分析基于牛顿第二定律和平衡条件。
根据牛顿第二定律，当一个物体处于平衡状态时，外力对物体的合力为零，合力矩也为零。
因此，在进行构件受力分析时，需要找到构件上的所有受力，并用受力平衡条件解方程组，求解未知受力。
构件受力分析步骤构件受力分析的一般步骤如下：1.给出构件的几何形状和受力情况。
2.对构件进行自由体图分析，即在受力平衡的前提下，将构件从结构中分离出来，并标出受力所在的位置。
3.对受力部分进行受力分析，找出构件上的所有受力，并确定受力的方向和大小。
常见的受力有拉力、压力、弯矩和剪力等。
4.利用受力平衡条件，根据牛顿第二定律和合力为零、合力矩为零求解未知受力，得到受力方程组。
5.解方程组，求解未知受力的数值，并进行验证。
6.分析结果，判断构件的受力情况是否满足设计要求，有无安全隐患。
构件受力分析的例子下面通过一个简单的例子来演示构件受力分析的步骤。
假设有一根悬挑梁，长度为L，横截面为矩形，受到一根集中力F的作用。
我们需要进行该构件的受力分析。
1.给出构件的几何形状和受力情况：悬挑梁的长度为L，横截面为矩形，受到一根集中力F的作用。
2.对构件进行自由体图分析：将悬挑梁从结构中分离出来，并标出受力所在的位置。
3.对受力部分进行受力分析：找出悬挑梁上的所有受力，并确定受力的方向和大小。
在这个例子中，受力有悬挑梁的重力以及受力F。
4.利用受力平衡条件，根据牛顿第二定律和合力为零、合力矩为零求解未知受力，得到受力方程组。
假设悬挑梁的重力为G，那么根据受力平衡条件可以得到以下方程：$\\sum F_x = 0: -F + R = 0$$\\sum M_A = 0: -FL + GR = 0$5.解方程组，求解未知受力的数值。
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课题：构件的受力分析
知 ➢认识力的概念。
识 ➢学会分析构件在受力情况下的基本受
目
力图，面一般力系的简化概念。
➢知道力矩、力偶、力偶矩的概念。
技
能
通过拆卸及安装汽车车轮体验力
目
矩与力偶的关系。
标
一、力
力的概念
力是物体间相互的机械作用。 力使物体的运动状态发生变化， 即改变物体的运动速度或方向的 效应，称为外效应或运动效应。 力使物体产生形变的效应，称为
作用在同一平 面内的两个力偶， 如果这两个力偶的 力偶矩大小相等且 转向相同，则这两 个力偶对刚体的作 用等效。
力偶与力矩的性质
20
四、构件受力的基本形式 轴向拉伸和压缩
四、构件受力的基本形式 剪切
四、构件受力的基本形式 扭转
四、构件受力的基本形式 弯曲
课堂练习
1.力是物体之间的（ C）
A．相互冲击 B．相互振动 C．相互作用 D．相对运动 2.湖面上相距一定距离的甲、乙两只完全相同的 小船，现用一根绳子将两船船头相连。若两船 上各坐一个质量相等的人，当甲船上的人用力
力的过程称为 来进行。
力的分解。
两个共点力
的合力仍然通过
原作用点，合力
的大小和方向由
以这两个力为邻
边所构成的平行
四边形的对角线
来决定。
12
二、力系
作用于同一刚体上的且同一平面的三个相互平 衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则 第三个力的作用线通过汇交点。
二、力系
作用力与反作用力
两个物体间的作用力和反作 用力总是同时存在、同时消失， 且两个力的大小相等、方向相 反，沿着同一直线分别作用在这 两个相互作用的物体上。
➢ 力偶矩的符号为M（F，F）， 公式为M=±Fd =±Fd
➢ 正负号表示力偶的转向，逆 时针方向转动为正，顺时针方向 转动为负。
➢ 力偶矩的单位和力矩的单位 相同，为N·m 或kN·m。
三、力矩、力偶与力偶矩
力偶在任一 轴上的投影恒等 于零。
力偶对其作 用面内任一点之 矩恒等于力偶矩， 而与矩心的位置 无关。
正号表示力距为逆时针方向，负号表示 力距为顺时针方向。
力矩单位通常用N·m 或kN·m。
三、力矩、力偶与力偶矩
力偶中两个力
之间的垂直距离
d 称为力偶臂。 力偶中的力F与 力偶臂d 的乘积
称为力偶矩。
力偶是指两个 大小相等、方向相 反，作用线平行但 不共线的两个力组 成的力系。
力偶与力偶矩 18
三、力矩、力偶与力偶矩
C．扭转变形
D．弯曲变形
课堂小结
力矩、
构件的
力
力系
力偶及 基本受
力偶矩 力形式
27
课后作业
1 简述力的概念与力的作用效果。
2
力的三要素是什么？力
的单位是什么？
3 构件受力的基本形式有哪些？
4
汽车板簧的形状设计有什么
特点？说明这样设计的原因。
拉绳子时，将会出现（ C）
A．乙船向甲船驶来 B．甲船向乙船靠去 C．甲、乙两船互相靠拢 D．甲、乙两船静止不动
课堂练习
3.作用力和反作用力（ C）
A．是平衡的
B．有时是平衡的
C．是不能平衡的 D．关系无法确定
4.根据汽车发动机中活塞销的受力状况，分析
其可能发生的变形为（ A）
A．拉伸和压缩变形 B．剪切变形
内效应或变形效应。
8
一、力
力的三要素及表示方法
➢ 力的大小、方向和作用点，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。 ➢ 力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，线段的方位和箭头的指向表示力的方 向，线段的起始点（或终点）表示力的作用点。
二、力系
同时作用于一个物体上的若干个力组成的 系统称为力系。
平衡力系 知识 等效力系
二、力系
如果一个力和一个力系的 作用效果相同，那么这个力就 称为这个力系的合力。
合力
分力
该力系中的各个力 称为这个力的分力。
合力与分力
11
二、力系
力的合成与分解
力的分解
矢量合成
共点力合力
已知分力 求合力的过程 称为力的合成，
力是矢 量，矢量合 成应按平行
已知合力求分 四边形法则
二、力系
平面力系是指各力的作用线都在同一平 面内的力系。
二、力系
在平面力系中，若各力的作用线交于一点， 则称为平面汇交力系。
若各力的作用线相互平行，则称为平面平行 力系。
三、力矩、力偶与力偶矩
力的大小与力臂的乘积F·d，再加上适当的正负 号来表示力F使物体绕O点转动的效应，称为力F 对
O 点之矩，简称力矩，用MO（F）来表示，即MO（F） =±Fd。