一、静力学公理与推论
1、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,必须也只需这两个力的大小相等、方向相反、沿同一直线作用。
2、公理:加减平衡力系公理
可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力,而不改变原力系对刚体的作用。但是涉及内力和变形的问题中,此公理不再适用。
3、推论:力在刚体上的可传性
作用于刚体的力,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效果。
4、公理:力的平行四边形定则
作用于物体上任一点的两个力可以合成为作用于同一个点的一个力,合力为两原力的矢量和。
5、推论:三力汇交定理
当刚体在三个力的作用下平衡时,设其中两力的作用线相交于某点,则第三力的作用线也必定通过这个点。
6、公理:作用和反作用定律
任何两个物体之间相互作用的力,总是大小相等、作用线相同,但指向相反,并同时作用在两个物体上。
7、公理:刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡,如果将此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。反之不一定成立,刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件,但不是充分条件。
二、工程中常见的约束和约束力
1、基本概念
- 自由体:可以任意运动的物体。
- 非自由体:运动(位移)受到某些限制的物体。
- 约束:由周围物体构成的、限制非自由体位移的条件。
- 约束力:约束被约束提的作用力
- 主动力:约束力以外的力
2、常见的几种类型的约束
(1)柔绳、链条、胶带构成的约束
(2)光滑接触面的约束
作用在接触点,方向沿接触面公法线,并指向受力物体。
(3)光滑圆柱铰链约束
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向心轴承(径向轴承)
约束特点:轴在轴承孔内,轴为非自由体,轴承孔为约束。向心轴承的约束力可以分解为两个垂直方向的约束力。
上图为轴承约束的示意图
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圆柱铰链与固定铰链支座
上图为圆柱铰链示意图
上图为圆柱铰链的受力分析
上图为固定铰链支座示意图和固定铰链支座受力分析
(4)其他约束
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活动铰链支座
上图为活动铰链示意图和受力分析
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光滑球铰链约束
约束特点:通过球和球壳将构件连接,构件可以绕球心任意运动,但构件与球心不能有平移。
上图为光滑球铰链约束示意图
上图为光滑球铰链约束的受力分析
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推力轴承(止推轴承)
上图为推力轴承约束的受力分析
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固定端约束。
约束特点:将物体的一段定死,限制其任何运动。
上图为固定端约束的示意图
在后面的学习中完成对固定端约束的受力分析。
三、物体的受力分析和受力图
- 取分离体
- 画出对象所受的全部主动力
- 存在约束的地方,按照约束类型逐一画出约束力
例1: 二力构件
分析下图中杆
的受力, 端点固定,忽略杆 的重力。
应当敏感识别二力构件,并利用二力平衡公理,有助于后续解题。
分析直角弯杆
的受力, 端点固定,忽略杆 的重力。此时利用二力平衡公理,可以避免错误解法。
例2:试画出(a)和(b)中杆
的受力图。
注意在图(b)中利用三力交汇定理