第一章 物體的受力分析和靜力平衡方程

第一章物體的受力分析和靜力平衡方程第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月教材：面向21世紀(jì)課程教材“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”，趙軍主編，化學(xué)工業(yè)出版社第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月緒言一、目的和意義合理設(shè)備可以簡化流程，降低成本設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)具備基本工程力學(xué)知識，了解化工設(shè)備常用材料特性及焊接知識，掌握化工設(shè)備的設(shè)計計算，及典型機(jī)械傳動。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、主要內(nèi)容及學(xué)時安排第一篇工程力學(xué)基礎(chǔ)23學(xué)時第二篇化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)20學(xué)時第三篇機(jī)械傳動13學(xué)時第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一篇工程力學(xué)基礎(chǔ)概述

工程力學(xué)是一門研究物體機(jī)械運(yùn)動以及構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的科學(xué)。這一篇包含工程力學(xué)兩個基礎(chǔ)部分的內(nèi)容：靜力學(xué)和材料力學(xué)。 要想物體在外力的作用下能夠安全可靠的工作，則需要滿足以下三個力學(xué)條件：強(qiáng)度條件：強(qiáng)度是指構(gòu)件抵抗破壞的能力；剛度條件：剛度是指構(gòu)件抵抗變形的能力；穩(wěn)定性條件：穩(wěn)定性是指構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)能力。 本篇中就是討論等截面直桿的強(qiáng)度、剛度問題，穩(wěn)定性問題放到后面“外壓容器設(shè)計”中進(jìn)行研究。

第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容

第一章物體的受力分析和靜力平衡方程第二章拉伸、壓縮與剪切第三章扭轉(zhuǎn)第四章彎曲第五章應(yīng)力狀態(tài)分析強(qiáng)度理論組合變形第六章疲勞

第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章物體的受力分析和靜力平衡方程本章的重點內(nèi)容： 1.力的概念，力的三個要素；

2.作用與反作用定律，二力平衡定律，力的合成與分解；

3.約束和約束反力；

4.力矩、力偶的概念，力的平移；

5.受力圖分析； 6.平面力系的平衡方程式第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)靜力學(xué)基本概念一力的概念及作用形式概念：力是物體間相互作用。力的三要素：力的大小、方向、作用點。力是既有大小又有方向的矢量，它可以用表示矢量的方法來表示（圖1-1）。如下圖中作用小車上的重力P與拉力T。力的作用形式大致有以下三種：（圖1-2）集中力均布載荷線分布力按照國際單位制，力的單位用“牛”(N)或“千?！?kN)。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二剛體的概念

所謂的剛體就是指在力的作用下不發(fā)生變形的物體。它是原物體的理想化的模型。

三平衡的概念

二力平衡定律等值、反向、共線（圖1-3）。實例如右圖：

加減平衡力系原理

力的可傳性原理第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、作用和反作用定律

力大小相等，方向相反，而作用線相同（等值、反向、共線）。

注意：在分析物體受力時要正確區(qū)分二力平衡和作用力與反作用力。前者是同一物體上的兩個力的作用；后者是分別作用在兩個物體上的兩個力，它們的效果不能互相抵消。第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)約束和約束反力

如：繩索，傳動帶，鏈條等，忽略剛性，不計重力，絕對柔軟且不可伸長特點：只受拉，不受壓，不能抗拒彎矩，限制物體沿柔性體伸長的方向運(yùn)動。首先，明確幾個概念：自由體非自由體約束約束反力1、柔性體約束（柔索約束）

第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、理想光滑面（線）約束

特點：只受壓，不受拉，力沿接觸點處的公法線而指向物體，一般用N表示。又叫法向反力。

第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、圓柱形鉸鏈約束

第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1）固定鉸鏈支座約束

底座固定在支撐面上的鉸支座。

特點：底座既限制物體沿支撐面法線方向的運(yùn)動也限制沿支撐面的運(yùn)動固定鉸鏈支座類型第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2）活動鉸鏈支座約束

底座可以移動的鉸支座。

特點：底座只能限制物體沿支撐面法線方向的運(yùn)動而不限制沿支撐面的運(yùn)動。活動鉸鏈支座類型第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4、固定端約束

特點：這類約束的特點是既限制物體的移動也限制物體的轉(zhuǎn)動。

第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)分離體和受力圖幾個基本概念 受力分析：分析某一物體上受到那些力的作用，這些力的大小、方向、位置如何？ 分離體：從研究對象分離出來的自由體。 受力圖：表示物體受力情況的簡圖。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

例1-1．某化工廠的臥式容器，容器總重量(包括物料、保溫層等)為Q，全長為L，支座B采用固定式鞍座，支座C采用活動式鞍座。試畫出容器的受力圖。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月 例1-2．焊接在鋼柱上的三角形鋼結(jié)構(gòu)管道支架，上面鋪設(shè)三根管道，試畫出結(jié)構(gòu)整體及各構(gòu)件的受力圖。第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月畫受力圖的步驟：1)簡化結(jié)構(gòu)，畫結(jié)構(gòu)簡圖；

2)選擇研究對象，畫出作用在其上的全部主動力；3)根據(jù)約束性質(zhì)，畫出作用于研究對象上的約束反力。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)力的投影及合力投影定理

一、力的投影概念 由力的軸上的投影還可看出： 1）一力在互相平行且同向的軸上投影相等； 2）將力平移，此力在同一軸上的投影不變。二、力在直角坐標(biāo)軸上的投影為：

如果已知力的投影X、Y，則力大小和方向為：

第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三力的平行四邊形法則

平行四邊形法則：作用在同一物體上的相交的兩個力，可以合成為一個合力，合力的大小和方向由以這兩個力的大小為邊長所構(gòu)成的平行四邊形的對角線來表示，作用線通過交點。 合力的大小為：R=F1+F2求合力如右圖所示：四合力投影定理

合力投影定理：若一個力對剛體的作用效果與一個力系等效，這個力稱為該力系的合力，該力系中的各個力稱為這個合力的分力。合力在某一軸上的投影等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)力矩與力偶一、力矩 力矩定義：力對O點的矩是力使物體產(chǎn)生繞O點轉(zhuǎn)動的效應(yīng)度量。如右的示意圖。合力矩定理：平面力系向其作用面內(nèi)任一點簡化的結(jié)果是使力系簡化為一個通過簡化中心的主矢量R和一個對簡化中心的主矩MO。

第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、力偶

定義：作用在同一物體上等值、反向、不共線的一對平行力稱為力偶。力偶的計算公式如下： 力偶的三個主要特征： 1)

保持力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向不變，力偶可在作用面內(nèi)任意移動，而剛體的作用效果不變； 2)保持力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向不變，改變力偶中力的大小和力偶臂的長短，不會改變剛體的作用效果； 3)力偶可以移到與其作用面平行的平面內(nèi)，剛體的作用效果不變。 力偶的三要素：力偶矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)向和力偶的作用面

第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

力的平移：就是把作用在剛體上的一個力，從原位置平行移動到該剛體上另一位置。

力線平移定理：作用在剛體上的力F可以平行移動到剛體上任一點，但同時必須附加一個力偶，其力偶等于原力F對新作用點的矩。

第六節(jié)、力的平移

第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)平面一般力系向一點的簡化第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月平面力系簡化結(jié)果的討論

平面力系向簡化中心O點簡化后，有四種可能簡化結(jié)果。 1）R≠0，MO=0 2）R＝0，MO≠0 3）R≠0，MO≠0 4）R＝0，MO＝0第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)平面力系的平衡方程式平面力系平衡的充要條件：力系的主矢和對任一點的主矩都等于零。

第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月 例1-4梁AB，長L=6m，A、B端各作用一力偶，m1=15kN.m，m2=24kN.m，轉(zhuǎn)向如圖所示，求支座A、B的反力。第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月 例1-5直桿AB與彎桿BC鉸接，已知AB桿上有一力偶矩為M的力偶作用，各桿重力不計。求支座A、C處的約束反力。

第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月例1-6剛架所受荷載、尺寸及支承情況見圖，求支座A及B處的反力。第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月 例1-7懸臂梁AB作用有均布荷載q，在自由端還受一集中力和一力偶矩為m的力偶作用，梁長度為L。求固定端A的約束反力。

第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月 通過以上例子分析，可以得到求解物體平衡問題的解題方法和步驟：確定研究對象，取分離體，畫受力圖；選取合適的坐標(biāo)軸，列出靜力平衡方程；解平衡方程，求出未知