静力学基础.pptx
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1、第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 物体的受力分析;物体的受力分析;也是所有力学的基本问题;也是所有力学的基本问题;力系的等效替换(或简化)力系的等效替换(或简化);建立各种力系的平衡条件及其应用;建立各种力系的平衡条件及其应用;静力学的三个基本问题:静力学的三个基本问题:静静 力力 学学第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识静力学部分在实际工程中应用很广泛,是学习材料力学部静力学部分在实际工程中应用很广泛,是学习材料力学部分和结构力学的基础分和结构力学的基础求解约束求解约束反力反力平衡方程平衡方程受力分析受力分析静力学公理静力学公理约束约束
2、力系的简化力系的简化平衡条件平衡条件内容结构:内容结构:静静 力力 学学第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识第二章第二章 结构分析的静力学结构分析的静力学 基基 础础 知知 识识 第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识221 1 静力学的基本公理静力学的基本公理是人们在生活和生产实践中长期积累的经验总结,又经过反复检验,被确认是符合客观实际的最普遍、最一般的规律。力学中的其它各种定理都是以公理(原理)为基础,经过逻辑推导派生出来的。静力学公理以Newton力学的基本定律为基础SirIssacNewton公理:(公理:(原理)原理)第二章第二章
3、结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识公理一公理一 (二力平衡公理二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态,必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。221 1 静力学的基本公理静力学的基本公理F2F1柔性绳第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识性质:两个力必须是沿作用点的连线性质:两个力必须是沿作用点的连线推论一推论一 二力构件二力构件忽略重力,只受两个力作用而处于平衡的构件忽略重力,只受两个力作用而处于平衡的构件CBFCFBABFBFA注意重力注意重力221 1 静力学公理静力学公理 公理一公理一公理一公理一 续续续续 第二章第二章 结
4、构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识推论二推论二 二力杆二力杆则两端点的则两端点的 作用力必需大小相等,方向相反,且沿着杆作用力必需大小相等,方向相反,且沿着杆的轴线的轴线221 1 静力学公理静力学公理 公理一公理一公理一公理一 续续续续 忽略重力,只受两个力作用而处于平衡的直杆忽略重力,只受两个力作用而处于平衡的直杆A AB BR RA AR RB BA AC CB B第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识A A 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点 的一个力,即合力。的一个力,即合力。合力的大小由以
5、两力的为邻边而作出的力平行四边形合力的大小由以两力的为邻边而作出的力平行四边形的对角线来表示。的对角线来表示。F F1 1F F2 2F F矢量表达式:矢量表达式:F=FF=F1 1+F+F2 2公理二公理二 力平行四边形法则力平行四边形法则221 1 静力学公理静力学公理第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识b)三角形法则三角形法则F1F2FAF3a)平行四边形法则平行四边形法则AF F1 1F F2 2F FAF F1 1F F2 2F F221 1 静力学公理静力学公理 公理二公理二公理二公理二 续续续续 第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本
6、知识推论一 (力在刚体上的可传性)作用于作用于刚体刚体上的力,其作用点可以沿作用线在该刚上的力,其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动,而不改变它对该刚体的作用体内前后任意移动,而不改变它对该刚体的作用。=F F1 1=F F2 2=F=FF FABF FABF F2 2F F1 1F F1 1AB三、加减平衡力系原理三、加减平衡力系原理:作用于刚体的力系中加上或减去一个平衡力系不改变作用于刚体的力系中加上或减去一个平衡力系不改变原力系对刚体的作用原力系对刚体的作用力力的三要素可以叙述为:的三要素可以叙述为:大小、方向、作用线大小、方向、作用线221 1 静力学公理静力学公理第二章第二章
7、结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识推论二(三力平衡汇交原理)当刚体在三个力作用下平衡时,设其中两力的作用线当刚体在三个力作用下平衡时,设其中两力的作用线相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。F F1 1F FF F2 2A=证明:F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1 公理三公理三公理三公理三 续续续续 112 2 静力学公理静力学公理第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识F F3 3F FA=A3F F1 1F F2 2F F3 3A3AA2A1推论二(三力平衡汇交原理)当刚体在三个力作用
8、下平衡时,设其中两力的作用线当刚体在三个力作用下平衡时,设其中两力的作用线相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。证明:公理二公理二公理二公理二 续续续续 221 1 静力学公理静力学公理第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 任何两个物体间的相互作用的力,总是大小相等,作用任何两个物体间的相互作用的力,总是大小相等,作用线相同,但指向相反,并同时线相同,但指向相反,并同时分别作用于这两个物体上。分别作用于这两个物体上。区别二力平衡区别二力平衡公理中两力公理中两力作用于同一物体上作用于同一物体上公理四公理四 (作用和反
9、作用定律作用和反作用定律)ABNANB221 1 静力学公理静力学公理第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识221 1 静力学公理静力学公理公理公理5 5 刚化原理刚化原理柔性体(受拉力平衡)刚化为刚体(仍平衡)反之不一定成立,因对刚体平衡的充分必要条件,对变形体是必要的但非充分的刚体(受压平衡)柔性体(受压不能平衡)变形体变形体在某一力系作用下处于平衡,则可将变形体变形后的形态刚性化,从而仍将其抽象为刚体的平衡。第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识集中力集中力分布力分布力q q(kN/m)(kN/m)l222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计
10、算简图结构的计算简图一、荷载及其分类一、荷载及其分类1 1、按作用的范围分为集中荷载和分布荷载、按作用的范围分为集中荷载和分布荷载第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识2 2、按作用的时间长短分为恒荷载和活荷载、按作用的时间长短分为恒荷载和活荷载3 3、按作用性质分为静荷载和动荷载、按作用性质分为静荷载和动荷载静力荷载静力荷载是指荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢,因是指荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢,因而不会使结构产生明显的运动,例如结构的自重和其它恒载;而不会使结构产生明显的运动,例如结构的自重和其它恒载;动力荷载动力荷载是指随时间迅
11、速变化的荷载,使结构产生显著的运动,例如锤头是指随时间迅速变化的荷载,使结构产生显著的运动,例如锤头冲击锻坯时的冲击荷载、地震作用等。冲击锻坯时的冲击荷载、地震作用等。恒载恒载是长期作用在结构上的大小和方向不变的荷载,如结构的自重等;是长期作用在结构上的大小和方向不变的荷载,如结构的自重等;活载活载是随着时间的推移,其大小、方向或作用位置会发生变化的荷载,是随着时间的推移,其大小、方向或作用位置会发生变化的荷载,如雪荷载、风荷载、人的重量等。如雪荷载、风荷载、人的重量等。第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 二、约束和约束反力二、约束和约束反力二、约束和约束反力二、约
12、束和约束反力(1 1)自由体自由体:(2 2)非自由体非自由体:可以任意运动(获得任意位移)的物体可以任意运动(获得任意位移)的物体不可能产生某方向的位移的物体不可能产生某方向的位移的物体1、基本概念:概概概概 念念念念 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识(4)约束反力约束反力:约束对被约束体的反作用力约束对被约束体的反作用力 大小:由平衡方程确定大小:由平衡方程确定(5)主动力:主动力:约束反力以外的力约束反力以外的力(3)约束约束(Constraint):由周围物体所构成的、限制非自由体位移的由周围物体
13、所构成的、限制非自由体位移的条件条件可事先测得的力,如推力、拉力、重力等可事先测得的力,如推力、拉力、重力等方向:与被限制的位移方向相反方向:与被限制的位移方向相反222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识1、柔性约束:三、常见几种约束类型三、常见几种约束类型A柔性约束的特点:柔性约束的特点:只能受拉,不能受压只能受拉,不能受压只能限制沿约束的轴线伸长方向只能限制沿约束的轴线伸长方向本书柔性约束力用本书柔性约束力用F FT T 表示表示常见的柔性约束:绳子、皮带、链条等常见的柔性约束:绳子、皮带、链条等 柔性体约束
14、反力方向应沿着它的中心线背离物体并作柔性体约束反力方向应沿着它的中心线背离物体并作用在柔体与物体的连接点上用在柔体与物体的连接点上F FT T2 2 约约约约 束束束束 F FT T1 1222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识约束特点:限制物体沿接触点公法线方向的运动约束特点:限制物体沿接触点公法线方向的运动FN2.光滑表面约束光滑表面约束不计摩擦的接触面不计摩擦的接触面约束反力方向:沿接触点公法线约束反力方向:沿接触点公法线,压物体,压物体FN1FN2沿公法线方向,指向物体,恒为压力常用沿公法线方向,指向物体
15、,恒为压力常用F FN表示表示当接触点为尖点时,可将尖点放大看成圆弧当接触点为尖点时,可将尖点放大看成圆弧 约约约约 束束束束 FNA222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识约束特点:在平面内限制物体的移动,约束特点:在平面内限制物体的移动,不不限制转动限制转动约束反力方向:方向未知,可假定,约束反力方向:方向未知,可假定,可可用一对正交反力表示,指向假定用一对正交反力表示,指向假定FYFX3、圆柱形固定铰支座、圆柱形固定铰支座FAXFAYFAXFAY简化形式:简化形式:aR 约约约约 束束束束 222 2 荷载
16、荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识4.可动铰链支座:可动铰链支座:约束反力通过销钉中心,垂直于支承面,且指向可假设,约束反力通过销钉中心,垂直于支承面,且指向可假设,常用常用FR表示表示FRA简化形式:简化形式:约约约约 束束束束 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 约束约束约束约束实例实例实例实例 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识固定铰链支座可动
17、铰链支座 约束约束约束约束实例实例实例实例 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识固定 约束约束约束约束实例实例实例实例 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识中间铰中间铰 与固定铰支座的销钉对构件的约束反力相同,也用与固定铰支座的销钉对构件的约束反力相同,也用F FX X和和F FY Y两个相互垂直的分力来表示两个相互垂直的分力来表示FAYFAX 约约约约 束束束束 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图
18、第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识6.固定端支座固定端支座约束特点:限制物体平动约束特点:限制物体平动 又限制转动又限制转动约束反力约束反力:两个正交反力两个正交反力FAX ,FAY一个一个力偶力偶MAFAYFAX 约约约约 束束束束 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识7、定向支座定向支座 又称滑移支座,支座处杆件不能相对于基础转动,又称滑移支座,支座处杆件不能相对于基础转动,也不能垂直基础面移动,但可沿基础面移动。也不能垂直基础面移动,但可沿基础面移动。第二章第二章 结构分析的
19、静力学基本知识结构分析的静力学基本知识1、支座简化示例、支座简化示例细石混凝土沥青麻丝固定端支座固定端支座固定铰支座固定铰支座 约束约束约束约束实例实例实例实例 三、结构的计算简图三、结构的计算简图222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识结点简化示例结点简化示例 约束约束约束约束实例实例实例实例 222 2 荷载荷载 约束约束 结构的计算简图结构的计算简图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识一、受力分析和受力图受力分析和受力图画受力图的方法与步骤:画受力图的方法与步骤:2 2、标力、标力
20、1、取体、取体约束反力:按约束类型来画约束反力:按约束类型来画 主动力:照搬主动力:照搬选择研究对象,单独画出轮廓图选择研究对象,单独画出轮廓图受力图受力图:把研究对象从周围物体中分离出来,画出把研究对象从周围物体中分离出来,画出 全部全部 主动力和约束反力主动力和约束反力223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识AACCBBABCABCABC(1)不要漏画不要漏画(3)力的符号,辅助线力的符号,辅助线(2)注意静力学公理的运用,包括二注意静力学公理的运用,包括二力构件、平面三力汇交力构件、平面三力汇交,作用与作用与 反作用反
21、作用注意:注意:例题例题例题例题 2-12-1223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识GFTCFNAFNBq qA AB Bq qA AB BF FRARAF FBxBxF FByBy 例题例题例题例题 2-22-2223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 检查下面的受力图有什么错误检查下面的受力图有什么错误 思考题223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识 A AP PB BQ QA A
22、B BC CP P P PQ QF FAxAxF FAyAyF FRBRBF FC CF FB BP PF FB BF FA A 练习题对对AB,BC223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识例题2-3.由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示.在AB杆上放一重为P的管道.A,B,C处都是铰链连接.不计各杆的自重,各接触面都是光滑的.试分别画出管道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的受力图.ACBDOP物体系的受力分析物体系的受力分析 例题例题例题例题 2-32-3223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章
23、结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识ACBDOP解:(1)取管道O为研究对象.OPFND(2)取斜杆取斜杆BCBC为研究对象为研究对象.CBFCFBABDFNDFB FAxFAy(3)(3)取水平杆取水平杆ABAB为研究对象为研究对象.(4)4)取整体为研究对象取整体为研究对象.FAyFC FAx 例题例题例题例题 2-32-3续续续续223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识ABCBCACABCDCCD 例题例题例题例题 2-52-5223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基
24、本知识结构分析的静力学基本知识1、研究对象必须具体、明确,可以是一个物体,也可以是由几个物体组成的系统或物体的某一部分2、研究对象必须与其它物体分开,另画一图3、系统中有二力构件的,先画出二力构件的受力图4、两个相互作用的物体应遵循作用力与反作用力定律,作用力方向一经假定,则反作用方向相反,力的符号要体现出来。注意事项:注意事项:ABCABCRB223 3 结构及构件的受力图结构及构件的受力图第二章第二章 结构分析的静力学基本知识结构分析的静力学基本知识BCFBFC图图(b),(c)受力图正确吗受力图正确吗?BDAFDFAFEFBF 思考题E(a)(b)(c)ECABFD柔绳柔绳223 3 结
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