约束和约束反力素材课件

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1、第第 1 1 章章 静力学基本概念静力学基本概念 和和 物体受力分析物体受力分析工程力学（静力学部分）工程力学（静力学部分）约束和约束反力素材1.静静 力力 学学 基基 本本 概概 念念2.约束力与反约束力约束力与反约束力3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图4.结结 论论 与与 讨讨 论论约束和约束反力素材刚体的概念刚体的概念力的概念力的概念静力学基本公理静力学基本公理二力平衡公理二力平衡公理加减平衡力公理（力的可传性原理）加减平衡力公理（力的可传性原理）二力合成公理（平行四边形法则，力的三角二力合成公理（平行四边形法则，力的三角形法则）三力平衡汇交定理形法则）三力平衡汇交定理

2、作用力和反作用力公理作用力和反作用力公理1.静静 力力 学学 基基 本本 概概 念念约束和约束反力素材静力学基本公理静力学基本公理二力平衡公理二力平衡公理:F F1=F F2 作用有二力的刚体又作用有二力的刚体又称为称为二力构件二力构件(members subjected(members subjected to the action of to the action of two forces)two forces)或或二力杆二力杆。1.1.静静 力力 学学 基基 本本 概概 念念约束和约束反力素材加减平衡力公理（力的可传性原理）加减平衡力公理（力的可传性原理）(principle of t

3、ransmissibility of(principle of transmissibility of a force)a force)作用于刚体上的力可沿其作用作用于刚体上的力可沿其作用线滑移至刚体内任意点而不改变力对刚线滑移至刚体内任意点而不改变力对刚体的作用效应。体的作用效应。1.1.静静 力力 学学 基基 本本 概概 念念约束和约束反力素材 推论推论：作用于刚体作用于刚体上的三个力，若构成平衡力系，且其中两个力的上的三个力，若构成平衡力系，且其中两个力的作用线汇交于一点，则三个力必在同一平面内，作用线汇交于一点，则三个力必在同一平面内，而且第三个力的作用线一定通过汇交点。而且第三个力的

4、作用线一定通过汇交点。二力合成公理（平行四边形法则，力的三角二力合成公理（平行四边形法则，力的三角形法则）三力平衡汇交定理形法则）三力平衡汇交定理1.1.静静 力力 学学 基基 本本 概概 念念约束和约束反力素材自由体自由体在空间自由运动的物体在空间自由运动的物体非自由体非自由体约束和约束力约束和约束力约束力与物体的运动趋势反向（未知，由平约束力与物体的运动趋势反向（未知，由平衡条件和变形条件等确定）衡条件和变形条件等确定）约束类型约束类型 柔性约束柔性约束绳索、链条、胶带等柔索，绳索、链条、胶带等柔索，约束力：约束力：拉力，方向：背离物体拉力，方向：背离物体2.约束力与反约束力约束力与反约束

5、力约束和约束反力素材1 1 柔性约束柔性约束2.2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材2.约束力与反约束力约束力与反约束力1 1 柔性约束柔性约束约束和约束反力素材2.约束力与反约束力约束力与反约束力 光滑面约束光滑面约束接触点公法线，指向被约束物体接触点公法线，指向被约束物体 约束和约束反力素材2.约束力与反约束力约束力与反约束力 光滑面约束光滑面约束约束和约束反力素材2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材 固定铰链约束（中间铰固定铰链约束（中间铰 轴承约束）轴承约束）2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材 构件的端部与支座有相同构件的端部与支

6、座有相同直径的圆孔，用一圆柱形销钉直径的圆孔，用一圆柱形销钉连接起来，支座固定在地基或连接起来，支座固定在地基或者其他结构上。这种连接方式者其他结构上。这种连接方式称为固定铰链支座，简称为固称为固定铰链支座，简称为固定铰支定铰支(smooth cylindrical(smooth cylindrical pin support)pin support)。桥梁上的固定。桥梁上的固定支座就是固定铰链支座。支座就是固定铰链支座。固定铰链约束（中间铰固定铰链约束（中间铰 轴承约束）轴承约束）2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材播放播放约束和约束反力素材播放播放约束和约束反力素材2.约

7、束力与反约束力约束力与反约束力 固定铰链约束（中间铰固定铰链约束（中间铰 轴承约束）轴承约束）约束和约束反力素材铰铰2.约束力与反约束力约束力与反约束力 固定铰链约束（中间铰固定铰链约束（中间铰 轴承约束）轴承约束）约束和约束反力素材4 4 活动铰链约束（活动铰链约束（）2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材播放播放约束和约束反力素材在固定铰链支座的底部安装一排辊轮或辊轴，可在固定铰链支座的底部安装一排辊轮或辊轴，可使支座沿固定支承面自由滚动，这种约束称为滚使支座沿固定支承面自由滚动，这种约束称为滚动铰链支座，又称辊轴支座动铰链支座，又称辊轴支座(roller support)

8、。当构。当构件的长度由于温度变化而改变时，这种支座允许件的长度由于温度变化而改变时，这种支座允许构件的一端沿支承面自由移动。构件的一端沿支承面自由移动。FRFRFR2.约束力与反约束力约束力与反约束力4 4 活动铰链约束（活动铰链约束（）约束和约束反力素材FRFR2.约束力与反约束力约束力与反约束力4 4 活动铰链约束（活动铰链约束（）约束和约束反力素材5 5 光滑球铰链光滑球铰链2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材6 6 机器中常见各类轴承，机器中常见各类轴承，如滑动轴承或径向轴承等。如滑动轴承或径向轴承等。这些轴承允许轴承转动，这些轴承允许轴承转动，但限制与轴线垂直方向的

9、但限制与轴线垂直方向的运动和位移。轴承约束力运动和位移。轴承约束力的特点与光滑圆柱铰链相的特点与光滑圆柱铰链相同，因此，这类约束可归同，因此，这类约束可归入固定铰支座。入固定铰支座。2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材2.约束力与反约束力约束力与反约束力6 6 约束和约束反力素材7 7 止推轴承止推轴承机器中常见的轴承约束除机器中常见的轴承约束除了各类了各类滑动轴承或径向轴滑动轴承或径向轴承承，还有限制滑动的轴承还有限制滑动的轴承约束，约束，为止推轴承为止推轴承，这种这种轴承约束除了限制与轴线轴承约束除了限制与轴线垂直方向的运动和位移，垂直方向的运动和位移，还限制沿轴线方向运

10、动。还限制沿轴线方向运动。2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材 二力构件二力构件 物体在两个力作用下平衡的必要充分物体在两个力作用下平衡的必要充分条件是此二力等值、反向、共线。条件是此二力等值、反向、共线。2.约束力与反约束力约束力与反约束力约束和约束反力素材选定研究对象，画出分离体图；选定研究对象，画出分离体图；在分离体图上画出主动力在分离体图上画出主动力 在约束处，根据约束性质，画出约束反力。在约束处，根据约束性质，画出约束反力。例例 3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素

11、材3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材确定确定A A、B B二处的约束力二处的约束力AB3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材A画画 受受 力力 图图3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材 重力为重力为F FP 的的AB杆放置杆放置在刚性槽内。所有接触处在刚性槽内。所有接触处均为光滑接触。试画出均为光滑接触。试画出ABAB杆的受力图。杆的受力图。由各光滑面接触处约束由各光滑面接触处约束力沿其公法线方向画出三力沿其公法线方向画出三处的约束力处的约束力；3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受

12、力图约束和约束反力素材 图示结构中各杆重图示结构中各杆重力均不计，所有接触力均不计，所有接触处均为光滑接触。处均为光滑接触。AO、AB和和CD构件的受力图。构件的受力图。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材O、B二处为固二处为固定铰链约束，可以定铰链约束，可以画出其约束力；画出其约束力；D处作用有主动力处作用有主动力F。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材：O O处受力与整体受力处受力与整体受力图一致；图一致；C C、A A两处为中间活两处为中间活动铰链，约束力可以分动铰链，约束力可以分解为两个分力。解为两个分力。3.3.物体

13、的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材C处受力与处受力与AO在在C处的受处的受力，互为作用力和反作用力，互为作用力和反作用力；力；CD上所带销钉上所带销钉E处处受到受到AB杆中斜槽光滑杆中斜槽光滑面约束力力面约束力力FR；D处作用有主动力处作用有主动力F。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材A A处受力与与处受力与与AOAO在在A A处的受力互为作用力和反作用力；处的受力互为作用力和反作用力；E E处受力与处受力与CDCD在在E E处的受力互为作用力和反作用处的受力互为作用力和反作用力；力；3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力

14、图约束和约束反力素材 图示结构中各杆图示结构中各杆重力均不计，所有接重力均不计，所有接触处均为光滑接触。触处均为光滑接触。各构件各构件的受力图。的受力图。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材A A处为固定铰链，约束处为固定铰链，约束力方向未知，可用两个分力力方向未知，可用两个分力F FAx Ax，F FAyAy表示；表示；K K处为辊轴支承，只有处为辊轴支承，只有铅垂方向约束力铅垂方向约束力F FK K；H处为柔索，约束力处为柔索，约束力FT(拉拉力力)。D、C、I、B 处未解除约束，处未解除约束，约束力无需画出。约束力无需画出。3.3.物体的受力分析和受力图

15、物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材 CB为二力杆，所以为二力杆，所以C处处FCB方向沿方向沿CB；I处为中间活动铰链，故处为中间活动铰链，故I处约束力可用两个分力处约束力可用两个分力FIx，FIy 表示；表示；D处中间活动铰链处的约处中间活动铰链处的约束力也可用两个分力束力也可用两个分力FDx，FDy 表示。表示。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材 CB杆为二力杆，杆为二力杆，其其C端约束力与端约束力与CD杆杆C端的约束力互为作用端的约束力互为作用与反作用力。与反作用力。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材 I处的约束

16、力与处的约束力与CD杆上杆上I处的约束力互为作用力处的约束力互为作用力和反作用力；和反作用力；B B处的约束力与处的约束力与CBCB杆上杆上B B处的约束力互为作用处的约束力互为作用力和反作用力。力和反作用力。3.3.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图约束和约束反力素材4.结结 论论 与与 讨讨 论论约束和约束反力素材平衡概念平衡概念 由若干物体所组成的系统，如果整体是平衡由若干物体所组成的系统，如果整体是平衡的，则组成系统的每一个局部也必然是平衡的。的，则组成系统的每一个局部也必然是平衡的。所谓整体是指系统；所谓局部是指组成系所谓整体是指系统；所谓局部是指组成系统的每一个物体，或者

17、由系统中的几个物体所统的每一个物体，或者由系统中的几个物体所组成的子系统。组成的子系统。4.结结 论论 与与 讨讨 论论约束和约束反力素材 由若干物体所组成的系统，如果整由若干物体所组成的系统，如果整体是平衡的，则组成系统的每一个局部体是平衡的，则组成系统的每一个局部也必然是平衡的。也必然是平衡的。4.结结 论论 与与 讨讨 论论约束和约束反力素材C 由若干物体所组成的系统，如由若干物体所组成的系统，如果整体是平衡的，则组成系统的每果整体是平衡的，则组成系统的每一个局部也必然是平衡的。一个局部也必然是平衡的。4.结结 论论 与与 讨讨 论论约束和约束反力素材人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。48约束和约束反力素材