建筑工程力学单元1--分析构件的受力及绘制受力图.pptx

建筑工程力学建筑工程力学单元单元1 1 分析构件的受力及分析构件的受力及 绘制受力图绘制受力图 高等教育出版社高等教育出版社单元单元1 1 分析构件的受力及分析构件的受力及 绘制受力图绘制受力图 1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制静力学：静力学：研究物体在力系作用下的平衡规律。研究物体在力系作用下的平衡规律。静力学主要研究：静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。力系的简化和力系的平衡条件及其应用。1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念力的单位：国际单位制：牛顿力的单位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿千牛顿(kN)1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念一、力的概念一、力的概念1定义：定义：力是物体间的相互机械作用力是物体间的相互机械作用。2.力的效应：力的效应：运动效应运动效应(外效应外效应)3.力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用点大小，方向，作用点AF 变形效应变形效应(内效应内效应)5.5.力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿国际单位制：牛顿(N)千牛顿千牛顿(kN)一、力的概念一、力的概念4力是矢量：用带箭头的有向线段来表示。力是矢量：用带箭头的有向线段来表示。F F：大小大小F F：矢量矢量满足矢量的运算法则满足矢量的运算法则FAF 1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念力力 系：系：作用在物体上的一群力。作用在物体上的一群力。平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡。物体在力系作用下处于平衡。物体相对于惯性参考系（地球）保持静止或物体相对于惯性参考系（地球）保持静止或作匀速直线运动的状态。作匀速直线运动的状态。二二.刚体刚体在力的作用下，大小和形状都不变的物体。在力的作用下，大小和形状都不变的物体。三三.平衡平衡AF实例：实例：实例：实例：1.1 1.1 静力学基本概念静力学基本概念1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理公理公理：人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复实践所验证，无须证明而为人们所公认的结论。反复实践所验证，无须证明而为人们所公认的结论。公理公理 1 二力平衡公理二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：件是：这两个力这两个力大小相等大小相等|F1|=|F2|方向相反方向相反 F1=F2 作用线共线作用线共线，作用于同一个物体上。作用于同一个物体上。对刚体而言，上述条件是充要条件对刚体而言，上述条件是充要条件 二力构件二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力构件 对变形体而言，上述条件只是必要条件对变形体而言，上述条件只是必要条件二力杆二力杆1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理变形体（绳子）变形体（绳子）F1F2说明说明：在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用。改变原力系对刚体的作用。推论推论1 1：力的可传性。：力的可传性。作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内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。的任一点，而不改变该力对刚体的效应。对于刚体，力的三要素为：对于刚体，力的三要素为：大小，方向，作用线大小，方向，作用线公理公理 2 加减平衡力系原理加减平衡力系原理1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理公理公理 4 力的作用反作用定律力的作用反作用定律公理公理 3 3 力的平行四边形法则力的平行四边形法则等值、反向、共线、分别作用在等值、反向、共线、分别作用在两个物体上、且同时存在。两个物体上、且同时存在。例例 吊灯吊灯1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理FAFx B BFyx xy yF F例例 吊灯吊灯1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理A AB BC C 刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用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。一点，且三力的作用线共面。推论推论2：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理F F1F F2F F1F F2F F3A AB BC CF F3A AB BC C推论推论2：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 1.2 1.2 静力学基本公理静力学基本公理F F1F F2F F1F F2F F3A AB BC CF F31.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力一、概念一、概念自由体：自由体：位移不受限制的物体叫自由体。位移不受限制的物体叫自由体。1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力一、概念一、概念位移受限制的物体叫非自由体。位移受限制的物体叫非自由体。非自由体：非自由体：一、概念一、概念自由体：自由体：1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力一、概念一、概念运运动动受限制的物体叫非自由体。受限制的物体叫非自由体。非自由体：非自由体：自由体：自由体：运动不受限制的物体叫自由体。运动不受限制的物体叫自由体。约束：约束：限制非自由体某些方向运动的周围物限制非自由体某些方向运动的周围物体称为约束。体称为约束。约束反力：约束反力：1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力 约束对被约束物体的作用约束对被约束物体的作用叫约束反力。叫约束反力。大小未知；大小未知；方向与被约束物体的运动或运动趁势方向相反；方向与被约束物体的运动或运动趁势方向相反；作用点在物体与约束的接触点。作用点在物体与约束的接触点。约束反力特点：约束反力特点：1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力二、常见约束的类型及约束反力的确定二、常见约束的类型及约束反力的确定1.1.柔索约束柔索约束如：绳索、如：绳索、链条、链条、胶带等。胶带等。例例 吊灯 柔索类约束柔索类约束只能受拉只能受拉，所以它们的约束反，所以它们的约束反力是力是作用在接触点作用在接触点，方向，方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。PPTT1T1T2T2 1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力柔索约束柔索约束 约束反约束反力作用在接触点处力作用在接触点处，方向，方向沿公法线沿公法线，指向受力物体。指向受力物体。PFN1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力PFNFNAFNB2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束圆柱铰链 光滑圆柱铰链光滑圆柱铰链约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀。如剪刀。AFxFyAAF1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束F Fx xF Fy yF Fx x1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力4.4.固定铰链支座固定铰链支座1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力固定铰链支座固定铰链支座FAyFAxFR的实际方向也的实际方向也可以向下可以向下1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力5.5.可可(活活)动铰动铰(链链)支座支座活动铰链支座活动铰链支座1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力FNA滑槽与销钉滑槽与销钉1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力FN 二二 力力 杆杆FA1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力6.6.链杆链杆F FB BF FA A A AB B7.7.固定支座固定支座1.3 1.3 约束与约束反力约束与约束反力AFAyFAxMA活动铰支座活动铰支座固定铰支座固定铰支座AFAAFAyFAx(3)固定支座固定支座AFAyFAxMA一、受力分析一、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；然后根据已知条件，约束类型体，即选择研究对象；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称为物体的受力分析受力分析。作用在物体上的力有：作用在物体上的力有：主动力：主动力：如重力，风力，气体压力等。如重力，风力，气体压力等。被动力：被动力：即约束力。即约束力。1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制画物体受力图主要步骤为：画物体受力图主要步骤为：1.1.选研究对象选研究对象,取分离体；取分离体；2.2.主动力；主动力；3.3.画约束力。画约束力。二、受力图二、受力图1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 用力用力F 拉动碾子以轧平路面拉动碾子以轧平路面,重为重为G 的碾子受到一石的碾子受到一石块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。块的阻碍，如图所示。试画出碾子的受力图。A AB BF F例题例题例题例题 1 1 1 11.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制A AB B碾子的受力图为：碾子的受力图为：碾子的受力图为：碾子的受力图为：F FF FA AF FB B解解解解：A AB BF F例题例题例题例题1 1 1 1G G1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制例题例题例题例题 2 2 2 2 试画出图示结构中圆柱试画出图示结构中圆柱O及杆及杆AB的受力图。的受力图。FAxFAyFTBFNDFNEFAFTBAB1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 如如图图所所示示，水水平平梁梁AB用用斜斜杆杆支支撑撑，A、C、D三三处处均均为为光光滑滑铰铰链链连连接接。匀匀质质梁梁重重G1，其其上上放放一一重重为为G2 的的电电动动机机。如如不不计计杆杆CD的的自自重重，试试分分别别画画出出杆杆CD和和梁梁AB（包括电机）的受力图。（包括电机）的受力图。例题例题例题例题 3 3 3 3A AB BD DC CG G1 1G G2 21.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制F FD DF FC C 1.1.1.1.斜杆斜杆斜杆斜杆 CDCD 的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。C CD D解：解：解：解：二力杆二力杆二力杆二力杆例题例题例题例题 3 3 3 3A AB BD DC CG G1 1G G2 21.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制F FDD F FAyAyF FAxAxG G1 1 2.2.2.2.梁梁梁梁 ABAB（包括电动机）的（包括电动机）的（包括电动机）的（包括电动机）的 受力图。受力图。受力图。受力图。A AB BD DG G2 2例题例题例题例题 3 3 3 3A AB BD DC CG G1 1G G2 2F FD DF FC CC CD D1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 如如图图所所示示，梯梯子子的的两两部部分分AB和和AC在在A点点铰铰接接，又又在在D、E两两点点用用水水平平绳绳连连接接。梯梯子子放放在在光光滑滑水水平平面面上上，若若其其自自重重不不计计，但但在在AB的的中中点点H处处作作用用一一铅铅直直载载荷荷F。试试分分别别画画出出梯梯子子的的AB、AC部分以及整个系统的受力图。部分以及整个系统的受力图。FA AB BC CD DE EH H例题例题例题例题 5 5 5 51.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制TDD DE EF1.1.梯子梯子梯子梯子 AB AB 部分的受力图。部分的受力图。部分的受力图。部分的受力图。解：解：解：解：A AB BH HD DFAyFAxFBTETD例题例题例题例题 5 5 5 5FA AB BC CD DE EH H1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制2.2.2.2.梯子梯子梯子梯子ACAC 部分的受力图。部分的受力图。部分的受力图。部分的受力图。A AC CE EF FE E F FC CF FAyAy F FAxAx 例题例题例题例题 5 5 5 5FA AB BC CD DE EH HD DE EFEFDTDFA AB BH HD DFAyFAxFB1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 3.3.3.3.梯子整体的受力图。梯子整体的受力图。梯子整体的受力图。梯子整体的受力图。F FB BF FC CFA AB BD DE EH HC C例题例题例题例题 5 5 5 5FA AB BC CD DE EH H1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 如如如如图图图图所所所所示示示示，重重重重物物物物重重重重G G=20 20 kN,kN,用用用用钢钢钢钢丝丝丝丝绳绳绳绳挂挂挂挂在在在在支支支支架架架架的的的的滑滑滑滑轮轮轮轮B B上上上上，钢钢钢钢丝丝丝丝绳绳绳绳的的的的另另另另一一一一端端端端绕绕绕绕在在在在铰铰铰铰车车车车D D上上上上。杆杆杆杆ABAB与与与与BCBC铰铰铰铰接接接接，并并并并以以以以铰铰铰铰链链链链A A，C C与与与与墙墙墙墙连连连连接接接接。如如如如两两两两杆杆杆杆与与与与滑滑滑滑轮轮轮轮的的的的自自自自重重重重不不不不计计计计并并并并忽忽忽忽略略略略摩摩摩摩擦擦擦擦和和和和滑滑滑滑轮轮轮轮的的的的大大大大小小小小，试试试试画画画画出出出出杆杆杆杆ABAB和和和和BCBC以以以以及及及及滑轮滑轮滑轮滑轮B B的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。A AB BD DC CG G30o60o例题例题例题例题 6 6 6 61.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制1.1.杆杆杆杆ABAB的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。解：解：解：解：2.2.杆杆杆杆BC BC 的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。F FABABF FBABA F FCBCBF FBCBC A AB BB BC C例题例题例题例题 6 6 6 6A AB BD DC CG G30o60o1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制F F2 2F F1 1 3.3.滑轮滑轮滑轮滑轮B B(带销钉）的受力图。带销钉）的受力图。带销钉）的受力图。带销钉）的受力图。F FBABA30oF FBCBC60oB B例题例题例题例题 6 6 6 6A AB BD DC CG G30o60oF FABABF FBABA A AB BF FCBCBF FBCBC B BC C1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制q qB BA AD DF FC CH HE EB BA AH HF FC CMMA AF F C CF FA Aq qq qC CE EF FE EF FC CD Dq qB BA AD DF FC CH HE EMMA AF FA AF FE E例题例题例题例题7 7 7 7三、画受力图应注意的问题三、画受力图应注意的问题三、画受力图应注意的问题三、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除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才除重力、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）有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）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，接触处都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。必有力，力的方向由约束类型而定。必有力，力的方向由约束类型而定。必有力，力的方向由约束类型而定。2 2 2 2、不要多画力、不要多画力、不要多画力、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对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，都应能明确地指出于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出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。它是哪一个施力体施加的。它是哪一个施力体施加的。它是哪一个施力体施加的。1 1、不要漏画力、不要漏画力1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 约束力的方向必须严格地按照约束的类型来画，约束力的方向必须严格地按照约束的类型来画，约束力的方向必须严格地按照约束的类型来画，约束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。在分不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分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，作用析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用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，反作用力的方向一定要与之相反，力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。不要把箭头方向画错。不要把箭头方向画错。不要把箭头方向画错。3 3 3 3、不要画错力的方向、不要画错力的方向、不要画错力的方向、不要画错力的方向4 4 4 4、受力图上不能再带约束、受力图上不能再带约束、受力图上不能再带约束、受力图上不能再带约束 即受力图一定要画在分离体上。即受力图一定要画在分离体上。即受力图一定要画在分离体上。即受力图一定要画在分离体上。1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制 一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，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，原系统的部有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部有可能不同。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。分内力，就成为新研究对象的外力。分内力，就成为新研究对象的外力。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、对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、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。局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。5.5.5.5.受力图上只画外力，不画内力受力图上只画外力，不画内力受力图上只画外力，不画内力受力图上只画外力，不画内力 6.6.6.6.同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。一致，相互协调，不能相互矛盾。一致，相互协调，不能相互矛盾。一致，相互协调，不能相互矛盾。7.7.7.7.正确判断二力构件。正确判断二力构件。正确判断二力构件。正确判断二力构件。1.4 1.4 构件的受力分析及受力图绘制构件的受力分析及受力图绘制课堂习题及作业：教材课堂习题及作业：教材P16171-1 试分别画出图试分别画出图1-21所示各物体的受力图。（以下各题中，所示各物体的受力图。（以下各题中，凡未标明自重的物体，其自重均不计，且假定接触处都是光滑凡未标明自重的物体，其自重均不计，且假定接触处都是光滑的）。的）。图图1-21 题题1-1图图图图1-22 题题1-2图图（a）（b）1-2 试分别画出图试分别画出图1-22所示各物体系统中指定物体的受力图。所示各物体系统中指定物体的受力图。课堂习题及作业：教材课堂习题及作业：教材P1617图图1-23 题题1-3图图课堂习题及作业：教材课堂习题及作业：教材P16171-3 试分别画出图试分别画出图1-23所示各物体系统中的每个物体所示各物体系统中的每个物体 及整体的受力图。及整体的受力图。本单元结束