建筑工程专业中级职称建筑力学考前培训PPT.ppt
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1、,建筑工程专业中级职称考前培训班,11 静力学的基本概念 12 静力学基本公理 13 力对点之矩、力偶的概念 14 约束与约束反力 15 物体的受力分析与受力图,第一章 静力学基础,力的单位:国际单位制:牛顿(N)千牛顿(kN),第一章 静力学基础,1-1 静力学基本概念,一、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。,2.力的效应:运动效应(外效应)变形效应(内效应)。,3.力的三要素:大小,方向,作用点,力系:是指作用在物体上的一群力。平衡力系:物体在力系作用下处于平衡,我们称这个力系为平衡力系。,是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。
2、,二.刚体,就是在力的作用下,大小和形状都不变的物体。,三.平衡,第一章 静力学基础,1-2 静力学基本公理,公理1 二力平衡公理,作用于刚体上的两个力,使刚体平衡的必要与充分条件是:这两个力大小相等|F1|=|F2|方向相反 F1=F2 作用线共线,作用于同一个物体上。,说明:对刚体来说,上面的条件是充要的,二力体:只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,对变形体来说,上面的条件只是必要条件(或多体中),二力杆,单选,例:下面哪个不是二力构件的必备条件()。A仅在两点受力 B杆上不受力 C直杆 D不计自重,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用。,推论1:力的可传性
3、。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点,而不改变该力对刚体的效应。,因此,对刚体来说,力作用三要素为:大小,方向,作用线,公理2 加减平衡力系原理,刚体受三力作用而平衡,若其中两力作用线汇交于一点,则另一力的作用线必汇交于同一点,且三力的作用线共面。(必共面,在特殊情况下,力在无穷远处汇交平行力系。),公理3 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力,此合力也作用于该点,合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,推论2:三力平衡汇交定理,单选,例:刚体上作用三个力而处于平衡,则这三个力的作用线必定()。A.相交于一点B.平行C.位于
4、同一平面内D.都为0,公理4 作用力和反作用力定律,等值、反向、共线、异体、且同时存在。,例 吊灯,两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直线,同时分别作用在这两个物体上,这两个力互为作用力和反作用力。,单选,例:下列不属于作用力和反作用力特性的是()。A他们的大小相等 B方向相反 C作用在同一个物体上 D作用在两个物体上,是代数量。,当F=0或d=0时,=0。,是影响转动的独立因素。,=2AOB=Fd,2倍形面积。,-,+,一、力矩,说明:,F,d转动效应明显。,单位Nm,,13 力对点之矩、力偶的概念,1、力矩的概念,1)力作用线过矩心,力矩为零;2)力沿作用线移动,力 矩不变
5、;3)力F对O点之矩与矩心O的位置有关,2、力矩的特性,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即:,3、合力矩定理,例 已知:如图 F、Q、l,求:和,解:用力对点的矩法 应用合力矩定理,二、力偶的概念和性质,力偶:两力大小相等,作用线不重合的反向平行力叫力偶。,1、力偶的概念,说明:m是代数量,有+、-;F、d 都不独立,只有力偶矩 是独立量;m的值m=2ABC;单位:N m,d,性质2:力偶对其所在平面内任一点的矩恒等于力偶矩,而与矩心的位置无关,因此力偶对刚体的效应用力偶矩度量。,性质1:力偶既没有合力,本身又不平衡,是一个基本力学量。,性质3:平
6、面力偶等效定理 作用在同一平面内的两个力偶,只要它的力偶矩的大小相等,转向相同,则该两个力偶彼此等效。,只要保持力偶矩大小和转向不变,可以任意改变力偶中力的大小和相应力偶臂的长短,而不改变它对刚体的作用效应。,可得下列两个推论:,力偶可以在其作用面内任意移动,而不影响它对刚体的作用效应。,多项选择,例、下列选项中,关于力偶基本性质的描述中,正确的是()。A.力偶无合力B.力偶能与一个力等效C.力偶不能与一个力平衡D.力偶只能与力偶平衡,约束反力:约束给被约束物体的力叫约束反力。,1-4 约束与约束反力,一、概念,自由体:位移不受限制的物体叫自由体。,非自由体:位移受限制的物体叫非自由体。,约束
7、:对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。(这里,约束是名词,而不是动词的约束。),大小常常是未知的;方向总是与约束限制的物体的位移方向相反;作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点:,G,绳索类只能受拉,所以它们的约束反力是作用在接触点,方向沿绳索背离物体。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法:,1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,约束反力作用在接触点处,方向沿公法线,指向受力物体,2.光滑接触面的约束(光滑指摩擦不计),3.光滑圆柱铰链约束,圆柱铰链,A,A,固定铰支座,活动铰支座(辊轴支座),一、受力分析 解决力学问题时,首先要选定需要进行研究的物体,即选择研究对象
8、;然后根据已知条件,约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况,这个过程称为物体的受力分析。作用在物体上的力有:一类是:主动力,如重力,风力,气体 压力等。二类是:被动力,即约束反力。,1-5 物体的受力分析和受力图,画物体受力图主要步骤为:选研究对象;取分离体;画上主动力;画出约束反力。,二、受力图,例1,例2 画出下列各构件的受力图,约束与约束反力,常见的约束类型:1、柔体约束:绳索、链条、钢丝等,只能产生拉力;2、光滑接触面约束:限制物体沿着光滑接触面的公法线而指向接触面的运动;3、链杆约束4、固定铰支座:只限制移动,不限制转动;5、可动铰支座6、固定端支座;既不能移动,也不能转动。,
9、建筑力学,单项选择,例:既能限制物体转动,又能限制物体移动的支座是()。A.固定端B.固定铰C.可动铰D.定向支座,三、画受力图应注意的问题,除重力、电磁力外,物体之间只有通过接触才有相互机械作用力,要分清研究对象(受力体)都与周围哪些物体(施力体)相接触,接触处必有力,力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力,都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画,不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时,要注意,作用力的方向一旦确定,反作用力的
10、方向一定要与之相反,不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在分离体上。,一个力,属于外力还是内力,因研究对象的不同,有可能不同。当物体系统拆开来分析时,原系统的部分内力,就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定,在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,建筑工程专业中级职称考前培训班建筑力学,21 平面汇交力系 22 平面力偶系 23 力的平移定理 24 平面一般力系 25 物体系统的平衡,第二章 平面力系,2-1 平面汇交力系,一、合成的几何法,2.任意个共点力的合成,为力多边形,1.两个共点力的合成,合力方向由正弦定理:,由余弦定理:,由力的平行四边形法则作,也
11、可用力的三角形来作。,例:作用于同一个点的两个分力,其合力一定()。A.大于分力B.小于分力C.等于分力D.无法肯定,结论:,即:,即: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。,二、平面汇交力系平衡的几何条件,在上面几何法求力系的合力中,合力为零意味着力多边形自行封闭。所以平面汇交力系平衡的必要与充分的几何条件是:,平面汇交力系平衡的充要条件是:,三、力在坐标轴上的投影,X=Fx=Fcosa:Y=Fy=Fsina=F cosb,1、力在坐标轴上的投影,2、合力投影定理,由图可看出,各分力在x轴和在y轴投影的和分别为:,合力投影定理:合力在任一轴上的投影,等于各分力在
12、同一 轴上投影的代数和。,即:,合力的大小:方向:作用点:,为该力系的汇交点,3、平面汇交力系合成与平衡的解析法,从前述可知:平面汇交力系平衡的必要与充分条件是该力系的合力为零。,即:,为平衡的充要条件,也叫平衡方程,例、平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的()为零。A:合力 B:合力偶 C:主矢 D:主矢和主矩,多项选择题,例、列出平面汇交力系的平衡条件,下列正确的是()。A.力多边形自行封闭B.X=0、Y0C.X0、Y0D.力多边形不封闭,1、一般地,对于只受三个力作用的物体,且角度 特殊时用 几 何法(解力三角形)比较简便。,解题技巧及说明:,3、投影轴常选择与未知力垂直,最好使每
13、个方程中 只有一个未知数。,2、一般对于受多个力作用的物体,且角度不特殊或 特殊,都用解析法。,5、解析法解题时,力的方向可以任意设,如果求出 负值,说明力方向与假设相反。对于二力构件,一般先设为拉力,如果求出负值,说明物体受压 力。,4、对力的方向判定不准的,一般用解析法。,平面力偶系:作用在物体同一平面的许多力偶叫平面力偶系,设有两个力偶,d,d,2-2 平面力偶系,平面力偶系平衡的充要条件是:所有各力偶矩的代数和等于零。,结论:,平面力偶系合成结果还是一个力偶,其力偶矩为各力偶矩的代数和。,多项选择,例、下列选项中,关于力偶基本性质的描述中,正确的是()。A.力偶无合力B.力偶能与一个力
14、等效C.力偶不能与一个力平衡D.力偶只能与力偶平衡,单项选择,例、平面力偶系合成的结果是一个()。A.合力 B.合力偶 C.主矢 D.主矢和主矩,例 在一钻床上水平放置工件,在工件上同时钻四个等直径的孔,每个钻头的力偶矩为求工件的总切削力偶矩和A、B端水平反力?,解:各力偶的合力偶距为,根据平面力偶系平衡方程有:,由力偶只能与力偶平衡的性质,力NA与力NB组成一力偶。,2-3 力的平移定理,力的平移定理:可以把作用在刚体上点A的力 平行移到任一 点B,但必须同时附加一个力偶。这个力偶 的矩等于原来的力 对新作用点B的矩。,说明:,静力学,平面一般力系:各力的作用线在同一平面内,既不汇交为一点又
15、不相互平行的力系叫。,例,力系向一点简化:把未知力系(平面任意力系)变成已知 力系(平面汇交力系和平面力偶系),2-4 平面一般力系,静力学,2-4-1 平面一般力系向一点简化,一、平面一般力系向一点简化,静力学,(移动效应),静力学,大小:主矩MO 方向:方向规定+简化中心:(与简化中心有关)(因主矩等于各力对简化中心取矩的代数和),(转动效应),静力学,简化结果:主矢,主矩 MO,下面分别讨论。,=0,MO0 即简化结果为一合力偶,MO=M 此时刚 体等效于只有一个力偶的作用,因为力偶可以在刚体平 面内任意移动,故这时,主矩与简化中心O无关。,=0,MO=0,则力系平衡,下节专门讨论。,0
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