结构计算简图、物体受力分析-工程力学.ppt
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1、第二章 计算简图、受力分析,2-1 约束与约束反力2-2 结构计算简图2-3 物体受力分析,结构计算简图.物体受力分析,一.基本概念自由体:在空间可以自由运动而获得任意位移的物体。非自由体:因受周围物体的阻碍、限制而不能任意运动的物体。约束:限制非自由体位移的其他物体称作非自由体的约束。约束反力,约束力,反力:由约束体产生的阻碍非自由体运动的力,方向总是和所限制的位移方向(或位移趋势)相反。主动力:系统所受的约束力以外的所有力,统称主动力。,结构计算简图.物体受力分析,2.1 约束与约束反力,一般所说的支座或支承,约束是相对的,a对b有一方向的约束,则b对a就有同一方向相反的约束与约束相对应的
2、约束力也是相对的。一物体(例为一刚性杆件)在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐标(一般取水平x,竖直y)和杆件的转角。因此对应的约束力是两个力与一个力偶。,结构计算简图.物体受力分析,约 束 类 型,光滑面约束,柔索约束,链杆约束(二力杆),定向支座,固定端支座(嵌入端),铰链约束(中间铰),固定(滚动)铰支座,支座,约束,结构计算简图.物体受力分析,(1)柔索约束:由软绳构成的约束。绳索悬挂重物,物体只能受绳子对其向上的拉力,二、约束类型:,结构计算简图.物体受力分析,计算简图,示意图,(1)柔索约束,结构计算简图.物体受力分析,(2)光滑面约束:由两个物体光滑接触构成的约束。物体在光滑地
3、面上,只受地面对其向上的压力。特点:是单面约束,约束反力只能是压力。作用点:在接触处。在面面接触的形式中,作用点具体位置与平衡形式有关。方向:沿着接触处的公法线方向而指向被支持物体。,结构计算简图.物体受力分析,公法线方向,示意图,计算简图,(3)光滑铰链约束:连接件销钉特点:约束有两个相互垂直的约束力,是双面约束,反力是压力作用点:销钉与连接件的接触处,在垂直于圆柱销轴线的平面内。方向:方向不定,通常表示为两个互相垂直的分力形式。,结构计算简图.物体受力分析,光滑铰链约束,结构计算简图.物体受力分析,(a)滚动铰支座:将杆件用铰链约束连接在支座上,支座用滚轴支持在光滑面上,这样的支座称为滚动
4、铰支座。表示物体在竖直方向受到约束,滚动铰支座的约束功能与光滑面约束相同,可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。,结构计算简图.物体受力分析,计算简图,示意图,(4)铰支座,(b)固定铰支座约束:固定铰支座是将杆件用铰链约束与地面相连接。,结构计算简图.物体受力分析,示意图,计算简图,(4)铰支座,固定铰支座约束,结构计算简图.物体受力分析,(5)链杆约束:链杆是两端用光滑铰链与其它物体连接,不计自重且中间不受力作用的杆件。物体在竖直方向受到约束,约束力可向上,可向下。链杆:两端用光滑铰链与其它构件连接且不考虑自重的刚杆。特点:是二力杆,提供双面约束。反力方向:沿杆方向,通常假定受拉。同一点处的两
5、根不平行链杆等同于一固定铰支座。活动铰支座可用与支撑面垂直的一根链杆来代替。,结构计算简图.物体受力分析,二力杆,作用力与反作用力,三个位移的约束及约束反力,(6)固定端:使杆件既不能发生移动也不能发生转动的约束体;,示意图,计算简图,结构计算简图.物体受力分析,固定端约束:物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束成为固定端约束。约束特点:限制物体在约束处任何方向的位移和转动。约束反力特点:是一个任意的分布力系,简化成一个大小和方向均未知的约束力和一个约束力偶。,结构计算简图.物体受力分析,一个位移及一个转角的约束及约束反力,(7)定向支座:将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接的支座。,
6、结构计算简图.物体受力分析,M,FN,思考根据约束(限制)的位移与相应的约束力可以将7种约束形式归纳为以下4类:(1)一个位移的约束及约束反力(2)两个位移的约束及约束反力(3)三个位移的约束及约束反力(4)一个位移及一个转角的约束及约束反力,结构计算简图.物体受力分析,2-2 结构计算简图,一、结构计算简图计算简图是实际结构的简化模型。选用原则是:要能反映实际结构的主要受力特性;同时又要便于分析和计算。合理的计算简图的建立需要具备较深厚的力学知识和清晰的概念,并能与工程实践相结合,最后还能经受实践的检验。本课程只讨论(典型)计算简图。,结构计算简图.物体受力分析,1支座形式及反力:,支座的形
7、式有:链杆支座、铰支座、固定支座及定向支座。,结构计算简图.物体受力分析,支座约束要注意:(1)链杆支座的约束反力,必定沿着铰链两边铰中心的连线作用在受约束的物体上。准确地说应为约束的位移方向。如:表示为滚轴支座和可动铰支座形式,则约束反力应为竖直方向。(忽略链杆自重)二力杆的杆件:只通过两端铰链受力作用,链杆只在两端铰链外受力作用,因此又称二力杆为链杆。,(2)铰支座及反力,这里的铰支座是固定铰支座:约束杆端的轴向、切向位移;相应的约束反力是一个轴力和一个剪力。可以用两个垂直分力表示。,结构计算简图.物体受力分析,结构计算简图.物体受力分析,(3)固定支座,约束杆端的轴向、切向位移及转动;相
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