理论力学-受力图

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理论力学课件

理论力学课件

约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
第一章 静力学公理和物体的受力分析
§1–4 约束和约束反力
约束类型与实例
第一章
静力学公理和物体的受力分析
§1–4 约束和约束反力
约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
第一章 静力学公理和物体的受力分析
§1–4 约束和约束反力
约束类型与实例
光滑圆柱铰链约束实例
例如:研究飞机整体运动;机翼的强度或者刚度
第一章 静力学公理和物体的受力分析
§1–2

第一章
静力学公理和物体的受力分析 §1–2

§ 1–2

1.力的定义 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。 外效应—改变物体运动状态的效应。 2. 力的效应 内效应—引起物体变形的效应。材料力学 大小 方向

第一章
静力学公理和物体的受力分析
§ 1 –1


刚体——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持 不变的物体。 或者在力的作用下,任意两点 间的距离保持不变的物体。 刚体是一种理想的力学模型。 刚体是实际物体和构件的抽象和简化。
一个物体能否视为刚体,不仅取决于变形的大
小,而且和问题本身的要求有关。
第一章 静力学公理和物体的受力分析
§1–4 约束和约束反力
约束类型与实例
光滑球铰链约束实例
第一章 静力学公理和物体的受力分析
(3)止推轴承
约束特点:
止推轴承比径向轴承多
一个轴向的位移限制.
有三个正交分力 F Ax , F Ay , F Az
第一章
约束力:比径向轴承多一个轴向的约束力,亦 .

理论力学__受力分析

理论力学__受力分析
m x F yZ zY m y F zX xZ m z F xY yX
y
F
x
h
Fxy
mo F x mx F mo F y m y F mo F z mz F
Fxy
§1-4 力 偶 力偶:等值、反向、不共线的一对力 Z 1、力偶矩矢: F
大小、作用面方位、转向
m
m
F2 o
x
F1
1
c F2
a
y
F d
F
b
右手螺旋:


mF , F m Fd
2、力偶矩的性质: (1)、力偶无合力: (2)、力偶中的两个力对任意点之矩 的和等于力偶矩。
§1-4 物体的受力分析
(画受力图): 一、受力分析:
1、取分离体: (选取研究对象): 将物体从周围的约束中分离出来。 (画受力简图): 2、画所受力: (1)、画主动力。 (2)、解除约束、画约束力。
二、注意:只画外力、不画内力。
C
FCy
FCx
D
E
B
A
FNA
F
FCy FCx P F
Fy
o a
F F x b
Fx Fcos Fy Fsin
F asin bcos
3、力对轴之矩:
mz F mo Fxy Fxy h
z
力对轴之矩为零的条件: o (1)Fxy 0 力与轴平行 (2) h 0 力与轴相交 力与轴共面
4、力对点之矩与力对轴之矩的关系:
m x F yZ zY m y F zX xZ m z F xY yX

理论力学

理论力学

2-1试求图示中力F 对O 点的矩解:(a )l F F M F M F M M y O y O x O O ⋅==+=αsin )()()()(F (b )l F M O ⋅=αsin )(F(c ))(sin cos )()()(312l l Fl F F M F M M y O x O O +--=+=ααF (d )2221sin )()()()(l l F F M F M F M M y O y O x O O +==+=αF2-2 图示正方体的边长a =0.5m ,其上作用的力F =100N ,求力F 对O 点的矩及对x 轴的力矩。

解:)(2)()(j i k i Fr F M +-⨯+=⨯=Fa A O m kN )(36.35)(2⋅+--=+--=k j i k j i Fam kN 36.35)(⋅-=F x M2—4 正三棱柱的底面为等腰三角形,已知OA=OB =a ,在平面ABED 内沿对角线AE 有一个力F , 图中θ =30°,试求此力对各坐标轴之矩。

解:)sin 45sin cos 45cos cos ()(k j i i F r F M θθθ+︒+︒-⨯=⨯=F a A O )45sin cos sin (k j ︒+-=θθaF 力F 对x 、y 、z 轴之矩为:0)(=F x M230sin )(aF aF M y -=︒-==F Fa aF M z 4645sin 30cos )(=︒︒=F2-8 已知F 1 = 150N ,F 2 = 200N ,F 3 = 300N ,F =F '= 200N 。

求力系向点O 的简化结果,并求力系合力的大小及其与原点O 的距d 。

A rA习题2-2图(a )习题2-4图80200100131121FFF'解:N .64375210145cos 321-=--︒-=∑F F F F xN .61615110345sin 321-=+-︒-=∑F F F F ym N 44.2108.02.0511.045sin )(31⋅=-⨯+⨯︒=∑F F F M O F向O 点简化的结果如图(b );合力如图(c ),图中N 5.466)()(22'R =∑+∑=y x F F F ,m N 44.21⋅=O M合力N 5.466'R R ==F F ,mm 96.45R==F M d O2-9 图示平面任意力系中F 1 = 402N ,F 2 = 80N ,F 3 = 40N ,F 4 = 110M ,M = 2000 N ·mm 。

理论力学第一章 静力学基本概念与受力图

理论力学第一章 静力学基本概念与受力图

公理四: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,分别作用在两个物 体上。 作用力与反作用力常用相同字母F,F 表示。 (力总是成对出现)
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-2基本公理与定理
公理五:刚化公理 若变形体在某力系作用下处于平衡, 则将该变形体刚化为刚体,其平衡状态 不变。 W N N W
§1-3约束和约束反力
四、辊轴支座
简化符号:
FN FN
FN
单面约束(类似光滑面)
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-3约束和约束反力
五、二力构件 A
F B
B F
A
F B B
F
C 结论:
F' C
C C F'
只在两处受力平衡的物体叫二力构件。 二力构件一般当作约束处理。
二力构件的约束反力必沿两点的连线方向。
齿轮啮合力
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-3约束和约束反力
FR
FR´
齿轮啮合力
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-3约束和约束反力
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-3约束和约束反力
滑槽与销钉
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-3约束和约束反力
三、光滑铰链约束
1、固定铰链支座:
约束反力沿公法线方向
F2 F3
确定A、B二处 的约束力
画受力图
第一章 静力学基本概念与受力图
§1-4分离体和受力图
例1-3
已知:一简易梯子放在 光滑面上,梯子重量忽 略不计,设人重P 求:画出该梯子整体的 受力图,梯子的AC与 BC各部分及铰C的受力 图。

理论力学

理论力学
物体间的相互机械作用的基本量度是力,理论力学中还广泛用到力对点之矩和力对轴之矩的概念。
物体运动的改变除与作用力有关外,还与本身的惯性有关。对于质点,惯性的量度是其质量。对于刚体,除 其总质量外,惯性还与质量在体内的分布状况有关,即与质心位置及惯性矩、惯性积有关。刚体对于三个互相垂 直的坐标轴的各惯性矩及惯性积组成刚体对该坐标系的惯性张量。
理论力学从变分法出发,最早由拉格朗日《分析力学》作为开端,引出拉格朗日力学体系、哈密顿力学体系、 哈密顿-雅克比理论等,是理论物理学的基础学科。哈密顿方法是量子力学中的正则量子化的起点,拉格朗日方法 是量子力学中路径积分量子化的起点。
发展简史
发展简史
力学是最古老的科学之一,它是社会生产和科学实践长期发展的产物。随着古代建筑技术的发展,简单机械 的应用,静力学逐渐发展完善。公元前5—前 4世纪,在中国的《墨经》中已有关于水力学的叙述。古希腊的数 学家阿基米德(公元前 3世纪)提出了杠杆平衡公式(限于平行力)及重心公式,奠定了静力学基础。荷兰学者 S.斯蒂文(16世纪)解决了非平行力情况下的杠杆问题,发现了力的平行四边形法则。他还提出了著名的“黄金 定则”,是虚位移原理的萌芽。这一原理的现代提法是瑞士学者约翰·伯努利于1717年提出的。
理论力学建立科学抽象的力学模型(如质点、刚体等)。静力学和动力学都联系运动的物理原因——力,合 称为动理学。有些文献把kinetics和dynamics看成同义词而混用,两者都可译为动力学,或把其中之一译为运动 力学。此外,把运动学和动力学合并起来,将理论力学分成静力学和动力学两部分。
理论力学依据一些基本概念和反映理想物体运动基本规律的公理、定律作为研究的出发点。例如,静力学可 由五条静力学公理演绎而成;动力学是以牛顿运动定律、万有引力定律为研究基础的。理论力学的另一特点是广 泛采用数学工具,进行数学演绎,从而导出各种以数学形式表达的普遍定理和结论 。

理论力学基本概念和受力分析

理论力学基本概念和受力分析

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19
(2)二次投影法(间 接投影法)
当力与各轴正向夹 角不易确定时,可先将 F 投影到xy面上,然后 再投影到x、y轴上, 即
FxyFsin
X Fxycojs Fsin cojs YFxysinjFsin sinj Z Fcos
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20
4.若已知力在直角坐标轴上的投影X、Y、Z,则
力的大小: F X2Y2Z2
[例] 吊灯
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13
公理5 刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡,如将此变形体 变成刚体(刚化为刚体),则平衡状态保持不变。
公理5告诉我们:处 于平衡状态的变形体, 可用刚体静力学的平 衡理论。
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14
§1-2 力的投影及荷载分类
一、力的投影 1.力F 在任一轴上的投影 (1)F力 与轴共面: 以X表示力F 在x轴上的投影,则 X=±ab。
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33
约束反力特点: ①大小是未知的。故称为被动力。 ②方向总是与所限制的物体的位移方向相反; ③作用点在物体与约束相接触的那一点。
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34
二、常见约束及约束反力: 1.柔索约束(不计重的绳索、链条或皮带等) 由于柔索只能阻碍物体沿柔索伸长的方向运动,故柔索的约 束力通过柔索与物体的连接点,方位沿柔索而指向背离物体。 即恒为拉力。
大小与力偶臂的乘积:
'
mm(F,F)Fd
规定:逆时针转向为正,反之为负 。
单位:N.m,kN.m
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29
(2)空间问题中的力偶矩是矢量,其对物体的作用决定于力 偶三要素:
●力偶矩的大小 :m Fd
●力偶作用面在空间的方位
●力偶在作用面内的转向:力偶 矩矢与力偶的转向符合右手螺旋 法则 。 力偶对刚体的作用完全决定于力偶矩矢。

理论力学课件-02第二章静力学(2)

理论力学课件-02第二章静力学(2)
研究方法:几何法,解析法。
例:起重机的挂钩。
3
第二章 平面汇交力系与平面力偶系
§2–1 平面汇交力系合成与平衡的几何法 §2–2 平面汇交力系合成与平衡的解析法 §2–3 平面力对点之矩的概念及计算 §2–4 平面力偶
4
§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法
一、平面汇交力系的合成
1.两个共点力的合成
力偶矩矢量有关.
45
力偶在任何轴上的投影为零,本身又不平衡。
y
F
d
F'
x
力偶不能合成为一个力,不能用一个力来等效 替换;力偶也不能用一个力来平衡,只能由力偶来 平衡。力和力偶是静力学的两个基本要素。
46
力偶对平面内任意一点的矩: MO (F , F ) MO(F ) MO(F) F(x d) F x
力对刚体可以产生 移动效应—用力矢度量 转动效应—用力对点的矩度量
F
O—矩心
h —力臂
o
h
MO(F) F h
+-
37
B
F o rA
h
MO(F) F h
2AOB
说明:① M O (F )是代数量,逆时针为正
②单位N·m,工程单位kgf·m。
38
二、合力矩定理
定理:平面汇交力系的合力对平面内任一点的矩, 等于所有各分力对同一点的矩的代数和
力的平行四边形法则或力三角形
5
2. 任意个汇交力的合成
F1 F2
A F3
F4
R F1 F2 F3 F4 即:R Fi
结论: 平面汇交力系的合力等于各分力的矢量和,合力
的作用线通过各力的汇交点。
6
F2
F3
R1

静力学的基本概念受力图

静力学的基本概念受力图

推论:力的可传性原理
作用在刚体上的力可以沿其作用线移动到刚体的任意一点。
证明:
B
AF
F2 B F1 AF
B F2
A
作用于刚体上力的三要素变为:力的大小,力的方向 和力的作用线。可见作用于刚体上的力为滑动矢量。
3.公理三(力的平行四边形法则) 作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个合力。合力
这种约束包括:
z
导向轴承 万向接头约束

M Az
FAz

y
FAy M Ay
x
z


FAz
FAy

y
x
FAx M Ay
5个自由度约束
5个自由度约束:
向转指动的位是移限中制的刚5个体位三移个的方约向束平。动位 z移和三个方
这种约束包括:
FAz
M Az
y
带销子夹板约束
M Ax
x
FAx
FAy
O1
O2
光滑面约束 固定平面 固定曲面
齿轮的齿面
PA
A PA
A
C
PA
FA
A

PA
FA
A
C FC
向心轴承
A
y

A
FAy A
x
FAz z
固定铰链支座
A
A
FAy
A
FAx
A

FAx

FAy
圆柱铰链
C
A
B
F (1)
Cy
C

F (1) Cx
FAy
A
刚体和联结点。 4)联结点:
指刚体之间的联结部分。它可以是联结构件和相联结点。
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物体的受力分析,就是分析物体上受到那些力 的作用,它们的大小、方向、位置如何?只有在对 物体进行正确的受力分析之后,才能作进一步的计 算,从而为强度、刚度等设计和校核打下基础。
受力图是反映物体受力状态的图。错误的受力 图必将导致错误的结果。因此必须正确熟练的掌握 受力图的画法。其实——
画受力图一点也不难!
解释: A、 F马 F车
(F马和F车是作用力与反作用力) B、 F马 F车 m车a起Fra bibliotek F静摩max
F马>F静摩max C、 马没有拉动车时,F马 F车 F静摩 D、 F马 F车 =F动摩 E、 F马 F车 m车a匀 F动摩
图 (1)
(2)
▲画出杆AD和DH的受 力图
力的平移定理的实验解 析
这样坐着的定是民间高手,没事别去招惹她!
髋 BG
关 节
二椅
力子
构 件
+
臀 部

A
靠臀 摩部 擦与 力椅 固面 定接 。触
点 ,

大 腿 骨 , 二 力
腿 骨 , 二 力 杆

C
膝 关 节
F
力小 ,腿 否向 则后
会稍
倒稍
。用
踝 关 节
画受力图的基本要领
就两点—— 1、记住各种约束的反力形式; 2、记住画受力图的三个步骤。
约束是一个或一组物体对另一物体的限制。
约束的实质就是物体对物体的力的作用。
请记住——各种约束的约束反力
固定铰链支座约束
约束反力是正交的2个分量
活动铰链支座约束
约束反力垂直于支撑面
柔性约束
约束反力沿柔索背离物体
固定端约束
约束反力为两个正交的分量FAX、FAY 和一个限制转动的约束反力偶MA。
各种约束都有自己的反力模式,应 用时只需辨别属哪种约束,然后像套 公式一样做就行了。
画受力图的3个步骤: 1、解除约束,取分离体; 2、画主动力; 3、画出全部约束反力。
画受力图时,当物体被解除约束后,
就要在原约束处代之以力。
4、满足平面汇交 力系的平衡条件: ∑X=0;∑Y=0
6、尽管FNA、FNB的作用线都在 公法线上,但FNB不是指向被约 束物体(圆球),使得∑X≠0; ∑Y≠0。与实际(圆球处于平衡 状态)不符。有时,力的指向要
凭经验判断的。那么,判断不了 又咋办涅?
3、作用线不在公法线上,所以错了!
7、其实不要紧的。因为构件处于平衡状态时, 一定满足平衡方程∑X=0,∑Y=0,∑M=0,你只需 把各方向的力分别带入平衡方程计算就是了,如 计算出的力为负值,说明你所设的方向反了。
D
一般情况下的受 力
G
髋 关
B

二椅
力子
构 件
+
臀 部

A
靠臀 摩部 擦与 力椅 固面 定接 。触
点 ,
特殊情况下的受 力
例、关于“牛三”的练习。经典的“马拉车”问题—— 马拉着车在平直的 公路上跑动,以下说法正确的是:
A 、车从静止被马拉动,是因为马拉车的力大于车拉马的力; B 、车从静止被马拉动,是因为马拉车的力大于车受到的地面摩擦力; C 、马没有拉动车时,马拉车的力小于车受到的地面摩擦力; D、 马拉着车做匀速直线运动时,马拉车的力等于车拉马的力; E、 马拉车做匀加速直线运动时,马拉车的力大于车拉马的力。
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请记住——各种约束的约束反力
中间铰链约束
约束反力是正交的2个分量
连杆支座约束
约束反力沿2铰链的连线
光滑面约束
约束反力沿接触面的公法线方 向并指向被约束物体
▲画出轮O的受力 图
▲画出节点A、B的受力 图
柔性约束的约束反力
沿着柔索中心背离物体, 这是不允许搞反的。
▲画出AB杆的受力光滑面约束

(1)
(2)
(3)
光滑面约束
柔性约束 固定铰支座约束
▲作图说明下列4种情况中,AB杆的受力有何不同?
▲画出AB杆的受力
图 (1)
(2)
(3)
▲画出各构件的受力
以上都弄明白了吗? 好,你现在就可以当老师了!
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▲圆球受力图正确的是( )。
1、辨别:属光滑面约束,约束反力的作用线沿接触面的公法 线方向并指向被约束物体。
判断:圆球处于平衡状态,这是一个平面汇交力系。
2、作用线在接触点的公法线上,但是——
5、为何不是(b) 呢? 取出隔离体,作受力图。
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