构件的静力分析
《构件的静力分析》PPT课件
（一）柔性约束
由线绳、链条或胶带等非刚性体所形成的约束。它们 只能受拉不能受压，约束反力的方向沿着中心线而背离被 约束物体。约束反力通常用符号FT来表示。图中线绳上的 约束反力FT1 和FT2 。
（二）光滑面约束 物体与光滑面成点、线、面刚性接触（摩擦力很小，
固定端约束的构件可以用一端插入刚体内的 悬臂梁来表示（图a），这种约束限制物体沿任 何方向的移动和转动，其约束作用包括限制移动 的两个正交约束反力FAx、FAy和限制转动的约束 反力偶MA（图c）。
四、受力图 在对物体进行受力分析时，为了清楚地表示物体的
受力情况，需将研究对象从周围的物体中分离出来，即 解除全部约束，成为分离体。为了使分离体的受力情况 与原来的受力情况一致，必须在分离体上画出所有主动 力，在解除约束的地方画出相应的约束反力。这样所得 到的画有分离体及其全部主动力和约束反力的简图称为 受力图。
二、静力学公理 1．二力平衡公理
刚体仅受两力作用而保持平衡的充分必要条件是： 两力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。如图 所示，即F1=F2
在两个力作用下处于平衡 的刚体，称为二力构件，又称 为二力杆。二力构件受力的特 点是两个力的作用线必沿其作 用点的连线，且等值、反向。
2．加减平衡力系公理 在任意一个已知力系上加上或减去任意的平衡力系， 并不会改变原力系对刚体的作用效应。 力的可传性推理：作用在刚体上的力，沿其作用线移 到刚体上任意一点，不会改变它对刚体的作用效应。
一、平面汇交力系合成的几何法 （一）力的三角形法则
第一章 构件的静力分析
机器的运行是由于力的作用引起的，构件的受力情 况直接影响机器的工作能力。
力是物体间相互的机械作用。力的作用有两种效应： 使物体的机械运动状态发生变化和使物体的形状发生 改变，前者称为运动效应，后者称为变形效应。
汽车机械基础-教案(项目三 汽车构件静力学分析)
3.本次课程要求学生有认真、细心的学习态度，灵活的思维能力。
学情分析
1.学生对于平面力系的复杂性和抽象性可能还缺乏足够的认识和准备。
2.部分学生对理论推导和计算感到枯燥乏味，缺乏学习兴趣。
3.网络搜索资料能力强，但是逻辑分析能力较弱。
内容
教师活动
学生活动
思政元素
发布问卷调查[课程结束后1天内]
发布五道问题，对学生本节课的学习效果进行主观评价
通过问卷星发布问卷调查
及时、认真完成问卷调查
职教云作业[课程结束后2天内]
学习静力学基础在汽车上案例应用。
督促学生按时提交作业并及时批改反馈给学生及时改正。
按时完成书本作业及时上交，针对成绩反馈的知识点掌握不足及时查漏补缺。
观看视频，并聆听教师总结
培养学生的动手操作能力。
课堂评价[10分钟]
总结此次课程知识点，展示学生课堂过程得分，并发布课后作业。
总结课程知识点，职教云上传知识总结图片，展示职教云上本节课学生得分，鼓励得分低的同学，并下发课后作业
认真观看板书，课后查看职教云课程总结图片，并及时完成课后作业。
课后活动
环节
2.通过该课程的学习，学生能够理解并掌握平面力系的合成与分解、平衡条件、平衡方程等基本理论，以及运用这些理论解决实际工程问题的能力。
内容分析
1.通过对平面力系系统的学习和实践，包括平面一般力系的合成与简化、平衡条件及平衡方程的建立与求解等，学生将能够全面掌握平面力系的相关知识，提高分析问题和解决问题的能力，同时培养良好的科学态度和职业素养。。
1.了解平面力系的基本概念;
2.掌握平面力系的合成原理和方法;
模块一构件的静力分析 《工程力学》课后习题解
模块一构件的静力分析任务一刚体的受力分析（P11）一、简答题1．力的三要素是什么?两个力使刚体平衡的条件是什么？答：力的三要素，即力的大小、力的方向和力的作用点。
两个力使刚体处于平衡状态的必要和充分条件：两个力的大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
2．为什么说二力平衡公理、加减平衡力系公理和力的可传性都只适用于刚体？答：因为非刚体在力的作用下会产生变形，改变力的传递方向。
例如，软绳受两个等值反向的拉力作用可以平衡，而受两个等值反向的压力作用就不能平衡。
3．什么是二力构件？分析二力构件受力时与构件的形状有无关系。
答：工程上将只受到两个力作用处于平衡状态的构件称为二力构件。
二力构件受力时与构件的形状没有关系，只与两力作用点有关，且必定沿两力作用点连线，等值，反向。
4．二力平衡公理和作用与反作用公理都涉及二力等值、反向、共线，二者有什么区别？答：平衡力是作用在同一物体上，而作用力与反作用力是分别作用在两个不同的物体上。
5．确定约束力方向的原则是什么?活动铰链支座约束有什么特点？答：约束力的方向与该约束阻碍的运动方向相反。
在不计摩擦的情况下，活动铰链支座只能限制构件沿支承面垂直方向的移动。
因此活动铰链支座的约束力方向必垂直于支承面，且通过铰链中心。
6．如图1-20所示，已知作用于物体上的两个力F1与F2，满足大小相等、方向相反、作用线相同的条件，物体是否平衡？答：不平衡，平衡是指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动的状态，而图中AC杆与CB杆会运动，两杆夹角会在力的作用下变大。
二、分析计算题1.试画出图1-21各图中物体A或构件AB的受力图（未画重力的物体重量不计，所有接触均为光滑接触）。
2.画出如图1-22所示机构中各杆件的受力图与系统整体的受力图（图中未画重力的各杆件的自重不计，所有接触均为光滑接触）。
任务二平面汇交力系平衡问题的求解（P20）一、简答题1.合力是否一定比分力大？为什么？答：合力不一定比分力大，当物体受力平衡时，合力为零，比分力小。
构件的静力分析课件
任务一画构件的受力图分析：受力分析在初中简单的接触，但未作矢量处理，学生接受起来存在一定的困难。
因此，可从生活中一些带方向的现象进行矢量分析，从而让学生接受矢量概念、及计算方法。
例：思考生活中速度：既存在大小又存在方向、两人同时向前、向右拉一个小车对比向后向右拉同一辆小车。
以此让学生接受力是存在方向的，思考我们应该如何表达。
（2课时）任务目标：1、理解力的基本概念和三要素及其基本性质2、通过现象分析，能独立进行受力分析和计算3、了解约束的概念，对生活中常见的约束现象能进行受力分析并画出受力图生活中力可以说无处不在，比如开车时，发动机要给车一个牵引力，骑自行车时，地面给予自行车的摩擦力等。
在初中我们也接触过力，那么力应该如何下定义呢？一、力的定义及三要素力：物体与物体之间的相互作用。
问：对受力分析时我们应该把握哪些要素呢？收集学生回答的关键词：大小、方向、位置，并要求学生多举一些案例，加深对力的三要素的理解。
并思考这些受力现象，引起物体哪方面的变化？最终予以总结：力的作用效果：1）力可以使运动状态发生改变2）力可以使物体发生形变二、力的基本性质好，让我们来进行一些简单的受力分析，比如，我们站到地面上我们受到几个力？地面受到什么样的力？教师绘制受力图，并按平衡力、作用力和反作用力分类，让学生观察这两组力的相同点和不同点。
（目的：让学生理解二力平衡和作用力及反作用力）提取学生所说有关语言，并让学生对悬挂的吊灯、桌面的物体、拔河、两个人向外拉一根杆、两人同时向内压缩一个杆。
让学生对力进行分组，并予以指导。
得出二力平衡公理，及作用力和反作用力定理。
1）二力平衡：作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态2）作用力和反作用力：大小相等、方向相反、作用在同一物体两者区别：二力平衡两力都是作用在同一物体，作用力和反作用力是作用在两个物体上思考：当一辆汽车受平衡力物体处于什么状态？结论：匀速或者静止状态（目的为下面引出刚体的概念做准备）思考：当我们用相同的力拉橡皮筋，橡皮筋发生什么变化？结论：引出刚体的概念，因此二力平衡强调刚体思考：如果我们施加力的方向不在同一条直线上，物体会如何运动呢？例：1）我们同时向前、向右用大小相同的力去拉一辆小车2）如果同时向后、向右呢？思考：我们能用一个力去代替吗？它和上述施加的两个力有什么联系？结论：他们应对物体产生同样的效果在此直接给出平行四边形定理，并让学生画出相应的受力图形，同时给出几种练习题加深对平行四边形法则的理解与应用。
第1章 构件的静力分析
活动铰链支座约束符号表示
约束反力的方向表示
1.1 静力分析基础-约束
4.固定端约束 （1）实例观察：外伸房屋的凉台、装卡加工用刀具的
刀架。 （2）概念：物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约
束称为固定端约束。Fra bibliotek1.1 静力分析基础-约束
（3）约束的特点:固定端约束限制物体在约束处沿任 何方向的移动和转动。
力在坐标轴上投影
1.2 平面汇力交系
2）投影的正负号规定为：从a到b（或从a1到b1）的指向 与坐标轴正向相同为正，相反为负。
力在坐标轴上投影
1.2 平面汇力交系
3）力在坐标轴上投影的大小： 若已知F的大小及其与x轴所夹的锐角α，则有
Fx F cos
Fy
F
sin
（3—3）
若已知Fx、Fy值，可求出F 的大小和方向，即
公理4 作用与反作用定律 两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方
向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体上。 ☆ 想一想 练一练
二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？
案例分析
1.1 静力分析基础-公理
1.1 静力分析基础-约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产 设备，如图,曲柄作为主动件带动冲头实现作业过程。
1.1 静力分析基础-受力图
1.绘制受力图的一般步骤为： （1）确定研究对象，解除约束，画出研究对象的分离体
简图； （2）根据已知条件，在分离体简图上画出的全部主动力； （3）在分离体的每一约束处，根据约束的类型画出约束
反力。
1.1 静力分析基础-受力图
案例1-3 如图所示，木板在水沟中挑起一重为G的球， 接触处的光滑无摩擦，试分别用图表示出木板、球的受力 情况。
构件的静力分析基础
任务实施
三 平面力偶系
四 平面任意力系
任务描述
如图2-46所示,水平梁受载荷 F=60 kN，均布载荷q=20 kN/m，梁的自重不计，试求A、B处的支座约束力。
二 平面汇交力系
任务描述
简易起重装置如图2-25所示， 重物用钢丝绳挂在支架的滑轮B 上，钢丝绳的另一端缠绕在铰 车C上。杆AB与杆BD铰接，并 以铰链A、D与墙连接。设重物 重力G=50 kN,两杆和滑轮的自 重不计，并忽略摩擦和滑轮的 大小，试求平衡时杆AB和杆BD 所受的力。
二 平面汇交力系
一 静力分析基础
1）力的三要素
（1） 高频感应加热
（2） 中频感应加热
（3） 工频感应加热
一 静力分析基础
3）力的单位 为了度量力的大小定计量单位即 (SI)为基础，力的单位采用牛顿，
符号为N。工程中常用千牛顿作为单位，符号 为kN，1 kN=1 000 N。
静力分析基础工 平面交汇力系 平面里偶系 平面任意力系
学习目标 1.掌握静力学的基本概念、静力学公理和推论的内 2. 3.了解力系和力偶系等相关定理，掌握力系的平衡 4.掌握零件平衡问题的求解方法。
一 静力分析基础
任务描述
如图2-1所示的三铰拱桥由左右两拱铰接而成。设各 拱自重不计，在拱AC上作用载荷P。试分别画出拱AC和 拱CB的受力图。
一、力和力系
一 静力分析基础
1.力
1）力的定义
汽车平面构件的静力分析和动力分析
公理四 作用于物体上同一点的两个力的合力也作用于该点，合 力的大小与方向是以这两个力为边所形成的平行四边形的对 角线来确定的。(如图1-10所示)
FR=F1+F2 （1-7）
即合力等于两分力的矢量和。 图1-10力的平行四边形公理
图1-11力的平行四边形公理应用实例
联接与支承零部件———主要介绍各种联接方式（键联结、螺纹联接、 坚固联接）及联接部件（联轴器、万向节、离合器、制动器）和支承零部 件（轴、滚动轴承、滑动轴承）等。
液压传动———介绍液压传动的基本原理与基本知识、主要元件、基 本回路，应用在汽车机械上典型液压系统与气压系统分析等。
第二节 本课程的学习目的和学习方法 本课程的学习目标
约束反力：约束反力通过接触点，沿接触面的公法线并 指向被约束物体显示为压力。
这种约束反力通常用N表示（如图1-12所示）。
图1-12光滑接触面约束
3. 1) 圆柱铰链简称铰接，门窗用的合页便是铰接的实例。圆 柱铰接是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成（如 图1-13(a)、(b)所示），且认为销钉与圆孔的表面都是完全 光滑的。圆柱铰链的简图如图1-13(c)所示。
（1-3）
规定在平面问题中，逆时针转向的力矩取正号，顺时针 转向的力矩取负号。
力矩的单位为N·m或kN·m。
图1-3扳手拧螺母
2） 从力矩的定义式（1-3）可知，力矩有以下几个性质： （1）力F对O点之矩不仅取决于F的大小，同时还与矩心 的位置即力臂d有关。 （2）力F对于任一点之矩，不因该力的作用点延其作用 线的移动而改变。 （3）力的大小等于零或力的作用线通过矩心时，力矩
图1-4力对点的矩的应用实例
解Ⅰ：按力对点的矩的定义，有
结构静力分析的基本方法(力学)
04
有限差分法
01
有限差分法是一种将偏微分方程离散化为差分方程的方法。
02
该方法通过将连续的时间和空间离散化为有限个点，并使用差
分近似代替微分，将偏微分方程转化为差分方程。
有限差分法在解决初值问题和偏微分方程时具有简单、直观的
03
特点。
边界元法
1
边界元法是一种基于边界积分方程的数值方法。
2
该方法通过将偏微分方程转化为边界积分方程， 并在边界上离散化，得到一组线性代数方程进行 求解。
选择求解方法
根据模型和载荷的特性，选择合适的求解方法，如有限元法的直 接求解法或迭代法。
进行求解
利用所选的求解方法对模型进行求解，得到各节点的位移、应力、 应变等结果。
结果分析
对求解结果进行详细分析，评估结构的强度、刚度、稳定性等性 能，并根据分析结果进行优化设计或改进。
05
静力分析的实例
简单结构的静力分析
传递载荷
分析各层之间的载荷传递和相 互作用。
结果评估
综合评估整体和各层的受力状 态，确保结构的安全性和稳定
性。
感谢您的观看
THANKS
为模型中的各个元素或节点定义材料属性， 如弹性模量、泊松比、密度等。
施加载荷
01
02
03
识别载荷类型
确定作用在结构上的载荷 类型，如重力、压力、扭 矩等。
确定载荷值和分布
根据实际情况和设计要求， 确定载荷的大小、作用点 和分布情况。
施加载荷
将载荷施加到模型上，通 常通过节点或元素来实现。
求解和结果分析
建立模型
根据结构形式，建立简化的力学 模型，如梁、柱、板等。
结果评估
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1.1 静力分析基础-约束
案例分析——柔性约束实例：带传动
1.1 静力分析基础-约束
2.光滑面约束
（1）观察实例：当摩擦忽略不计，观察啮合齿轮的齿 面 、自行车车轮与地面接触的特点。
1
2
3
4
合力投影定理、力的平移定理、 平面任意力系的简化。
1.1 静力分析基础-概念
机器的运行是由于力的作用引起的，构件的受力情况直 接 影 响 机 器 的 工 作 能 力 。 力是物体间相互的机械作用。力的作用有两种效应： 使物体的机械运动状态发生变化和使物体的形状发生改变， 前 者 称 为 运 动 效 应 ， 后 者 称 为 变 形 效 应 。 力系是指作用于被研究物体上的一组力。物体平衡时 的 力 系 称 为 平 衡 力 系 。 平衡是运动的特殊情形，是指物体相对于惯性参 考系（如地面）保持静止或匀速直线运动的状态。
1.1 静力分析基础-约束
2.工程中常见约束的分析与比较 1.柔性约束 （1）观察实例：自行车的链传动、升降台绳索的联接特 点。 （2）概念：由绳索、胶带、链条等形成的约束。
1.1 静力分析基础-约束
（3）约束特点：只能承受拉力的方向：总是沿柔索伸长方向背离被约 束物体，常用符号FT 为表示。
小车的运动
吊车梁的变形
1.1 静力分析基础-概念
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。力是矢量 （2）力的表示方法：力是矢量，可用一带箭头的有向线 段表示
（3）力的单位为N（牛顿）或kN（千牛），通常用黑体 字母（如F 表示）代表力矢，以字母 F 代表力的大小。
力的表示法
二力平衡公理与作用与反作用定律的区别？
1.1 静力分析基础-公理
案例分析
1.1 静力分析基础-约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产 设备，如图,曲柄作为主动件带动冲头实现作业过程。
a ) 曲柄压力机外观结构图
b ) 曲柄压力机机构运动示意图 曲柄压力机
1.1 静力分析基础-约束
1. 约束与约束反力
1.1.1 静力学基本概念
1.刚体：就是在力的作用下不变形的物体。 2.由若干个刚体组成的系统称为物体系统，简称物系。
1.1 静力分析基础-概念
3.力的概念 力的概念：力是物体间的相互机械作用。 力对物体的作用会产生两种效应： （1）外效应：指力使物体的运动状态发生改变。 （2）内效应：指力使物体使产生变形。
1.1 静力分析基础-概念
（4）按力与物体接触的面积可为：集中力、分布载荷
集中力
分布载荷
1.1 静力分析基础-概念
5.力系的概念
（1）力系是指作用于物体上的一群力。
（2）平衡力系：物体在力系的作用下处于平衡状态 ， 这种力系成为平衡力系。 （ 3 ）力系的简化：将复杂的力系进行简化，而作用效 应不变的过程称为力系的简化。 （ 4 ）等效力系：若两个力系对物体的作用效应相同， 则称为此两个力系等效。
(b)
1.1 静力分析基础-公理
二力杆：在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力 构件，因为工程上，大多数二力构件是杆件，所以常简称 为二力杆。二力杆可以是直杆，也可以是曲杆。 二力杆的受力特点是：两个力的方向必在二力作用点 的连线上。
二力杆实例-曲杆
1.1 静力分析基础-公理
2.公理2 加减平衡力系公理 在任意一个力系上，可随意加上或减去一平衡力系， 不会改变原力系对刚体的作用效应。 本公理成为力系简化的基本方法之一 。 推论1 力的可传性原理 作用于刚体上的力可以沿其作用线移至刚体内任一点， 而不改变原力对刚体的作用效应。
1.1 静力分析基础-公理
1.公理1 二力平衡公理
刚体受两个力作用而平衡，其必要与充分的条件是： 两力等值、反向、共线。
二力平衡
吊车结构中的直杆-二力平衡实例
1.1 静力分析基础-公理
本公理1 只适用刚体。对于变形体，它只是平衡的必 要条件，而不是充分条件。如图(a) 所示的软绳受两个等 值、反向、共线的拉力作用可以平衡，而如图(b) 所示的 软绳受两个等值、反向共线的压力作用就不能平衡。 (a)
（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
1.1 静力分析基础-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。
机械基础—构件的静力分析
案例导入
如图所示为一工件的夹紧机构，工件能否被夹紧直接 关系到工件的加工精度，其工作过程为活塞杆D在压力油 作用下，推动摆杆AOB绕O点转动， AOB杆的A端推动钳 子钳子夹紧工件。
第一章 构件的静力分析
1 静力学分析基础 平面汇交力系 力矩与平面力偶系 平面任意力系 空间力系简介 滑动摩擦简介
2
3 4 5 6
学习目标
理解静力学的基本概念——刚体 、力、平衡和约束
1
2
掌握工程中常见的约束和约束反 力的画法，能熟练而正确地画出 物体的受力图；
理解平面力系的合成和平衡条件 ，能利用平衡的条件求解平面汇 交力系的平衡问题。
3
学习重点和难点
力、刚体、平衡和约束等概念 静力学公理及其推论 柔性约束、光滑面约束、铰链约 束的特征及约束反力的画法； 物体的受力分析和受力图绘制
1.1 静力分析基础-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。
1.1 静力分析基础-公理
公理4 作用与反作用定律
两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方 向相反，作用线相同，并分别作用于这两个物体上。 ☆ 想一想 练一练
1.1 静力分析基础-公理
3.公理3 力的平行四边形法则
作用于刚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，其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所确定。
1.1 静力分析基础-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。