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    物体系统的受力分析

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      • 1、重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案课程名称： 授课时间 年 月 授课对象系 别本次课学时年级班次章节题目目的要求（含技能要求）本节重点本节难点教学方法教学用具问题引入如何突出重点难点与重点讲解方法内容与步骤本次课小节课程小结教后札记讨论、思考题、作业（含实训作业）授课教师： 年 月 日重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案教学内容第1章 物体系统的受力分析刚体力学主要研究物体在力系作用下的平衡问题。本章学习任务：物体的受力分析；力系的简化；力系的平衡条件及应用。1.1 刚体静力学基本概念1、 力和力系（1）力：力是物体之间相互的机械作用，这种作用的效果是使物体的运动状态发生改变，或者使物体发生变形。力可以分为两大类：一类是物体间的直接接触作用产生的作用力，e.g.压力、摩擦力； 一类是通过场的作用产生的作用力，e.g.万有引力、磁场对物体的力及电磁力。力的三要素：大小、方向、作用点。（2）力系：作用在物体上的一群力。平面力系：力的作用线在同一平面内。空间力系：力的作用线为空间分布。平面汇交力系：在同一平面内，力的作用线汇交于同一点。平面平行力系：在同一平面内，力的作用线相互平行。平

      2、面任意力系：在同一平面内，力的作用线既不平行又不相交。平衡力系：力系作用于物体上而不改变物体的运动状态；等效力系：如果两个力系分别作用在同一个物体上其效应相同，则这两个力系称为等效力系。合力：若一个力与一个力系等效，则称这个力是这个力系的合力。而该力系的每一个力使这个合力的分力。力系的简化：对一个比较复杂的力系，求于它等效的简单的力系称为力系的简化。2、 平衡的概念平衡指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动状态。3、 刚体力学以刚体为研究对象。1.2 静力学公理公理一 二力平衡公理公理二 加减平衡力系公理推论 力的可传性公理三 力的平行四边形法则 推论 三力平衡汇交定理公理四 作用与反作用定理1.3 约束与约束反力自由体：位移不受限制的物体。非自由体：位移受到限制的物体。约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。约束反力（反力）：约束对物体的力。以下是在工程中常遇到的简单约束类型和确定约束反力方向的方法（难点）： 1、 柔体约束柔体约束反力方向必定沿柔体的中心且背离被约束物体。e.g.绳索、钢丝绳、胶带、链条。2、 光滑面约束光滑面的约束反力通过接触点，方向沿接触面

      3、的公法线并指向被约束物体。3、 铰链支座铰链的约束反力作用在垂直于销钉轴线的平面内，通过销钉中心，而方向待定。通常把它分解为两个相互垂直且通过销钉中心的分力。工程上用一支座用螺栓与基础物固定起来，就构成“固定铰链支座”，简称“固定铰支座”。（其约束特性与铰链支座相同）4、 滚动支座在铰链支座下面用几个辊轴支撑于平面上，并允许支座可以沿着支撑面运动，但不能脱离支撑面，这就构成了滚动支座。滚动支座约束反力垂直于支撑面，且通过销钉中心，但指向要由支座与哪一支承面解除来确定。5、 链杆约束物体有时用两端为铰链连接的刚性杆支承，称为“链杆约束”。二力杆：杆本身的重力不计，只有两端受力而处于平衡的构件称为“二力构件”，简称“二力杆”。作用于二力杆两端的约束反力的作用线必通过二铰链的中心。6、 固定端约束（固定支座）杆件的一端被牢固的固定，使杆件在该端既不发生移动，也不发生转动。固定端支座除了限制物体在水平方向和铅直方向移动外，还能限制物体在平面内转动。7、 定向支座将构件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接。定向支座的约束反力是一个沿链杆方向的力和一个力偶。1.4 结构计算简图代替实际结构的图形

      4、称为该结构的“计算简图”。计算简图的要求：既能反映实际受力和变形形态，又便于理论分析与计算，并能保证计算精度的图形。需要简化的内容：结构或构件的几何形状、荷载、支座、构件与构件的连接方式。1、 支座简化2、 结点简化在计算简图中，杆系结构均用其轴线来表示。杆件之间连接处称为“结点”，分为“铰接点”和“刚结点”。铰接点特点：所连接的各杆件都可绕结点做自由转动；刚结点的特点：所连接的各杆件不能绕结点做自由转动。3、 计算简图4、 平面杆系结构分类（1） 梁，受弯杆件，轴向一般为直线。分为 单跨梁 和 多跨梁。（2） 拱，曲杆，在竖向荷载作用下，支座产生水平反力。分为 三铰拱 和 无铰拱。（3） 刚架，由梁和柱组成，具有刚结点。分为 单层刚架 、多层刚架、排架（铰接刚架）。（4） 桁架，由若干直杆用铰链连接。（5） 组合结构，有桁架、梁或刚架组合在一起形成的结构。1.5 受力分析与受力图主动力 e.g.重力、锋利、压力、电磁力；被动力 e.g.约束对物体的约束反力。受力图：为了清晰的表示物体的受力情况，我们把需要研究的物体从周围的物体中分离出来，单独画出它的简图，这个步骤叫“取研究对象（取分离体）”然后把施力体对研究对象的作用力全部画出来。

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