文档介绍：第四讲内容
物体的受力分析与受力图
一、脱离体和受力图
在力学求解静力平衡问题时,一般首先要分析物体的受力情况,了解物体受到哪些力的作用,其中哪些是已知的,哪些是未知的,这个过程称为对物体进行受力分析。工程结构中的构件或杆件,一般都是非自由体,它们与周围的物体(包括约束)相互连接在一起,用来承担荷载。为了分析某一物体的受力情况,往往需要解除限制该物体运动的全部约束,把该物体从与它相联系的周围物体中分离出来,单独画出这个物体的图形,称之为脱离体(或研究对象)。然后,再将周围各物体对该物体的各个作用力(包括主动力与约束反力)全部用矢量线表示在脱离体上。这种画有脱离体及其所受的全部作用力的简图,称为物体的受力图。
对物体进行受力分析并画出其受力图,是求解静力学问题的重要步骤。所以,必须掌握熟练选取脱离体并能正确地分析其受力情况。
二、画受力图的步骤及注意事项
确定研究对象取脱离体
应根据题意的要求,确定研究对象,并单独画出脱离体的简图。研究对象(脱
离体)可以是单个物体、也可以是由若干个物体组成的系统,这要根据具体情况确定。
根据已知条件,画出全部主动力。应注意正确、不漏不缺。
根据脱离体原来受到的约束类型,画出相应的约束反力
对于柔索约束、光滑接触面、链杆、可动铰支座这类约束,可以根据约束的
类型直接画出约束反力的方向;而对于铰链、固定铰支座等约束,经常将其反力用两个相互垂直的分力来表示;对固定支座约束,其反力则用两个相互垂直的分力和一个反力偶来表示。约束反力不能多画,也不能少画。如果题意要求明确这些反力的作用线方位和指向时,应当根据约束的具体情况并利用前面的有关公理进行确定。同时,应注意两个物体之间相互作用的约束力应符合作用力与反作用力公理。
要熟练地使用常用的字母和符号标注各个约束反力,注明是由哪一个物
体(施力体或约束)施加。注意要按照原结构图上每一个构件或杆件的尺寸和几何特征作图,以免引起错误或误差。
受力图上只画脱离体的简图及其所受的全部外力,不画已被解除的约束。
当以系统为研究对象时,受力图上只画该系统(研究对象)所受的主动
力和约束反力,不画成对出现的内力(以及内部约束反力)。
对系统中的二力杆应当明确的指出,这对系统的受力分析很有意义。
下面举例说明如何画物体的受力图。
重量为G的梯子AB,放置在光滑的水平地面上并靠在铅直墙上,
在D点用一根水平绳索与墙相连,如图1—16a所示。试画出梯子的受力图。
解:将梯子从周围的物体中分离
出来,作为研究对象画出其脱离体。
先画上主动力即梯子的重力G,作用
于梯子的重心(几何中心),方向铅直
向下;再画墙和地面对梯子的约束反
力。根据光滑接触面约束的特点,A、
B处的约束反力FNA、FNB分别与墙面
、地面垂直并指向梯子;绳索的约束反
力FD应沿着绳索的方向离开梯子为拉
力。图1—16b即为梯子的受力图。图1—16
例1—2 如图1—17a所示,简支梁AB,跨中受到集中力F作用,A端为固定铰支座约束,B端为可动铰支座约束。试画出梁的受力图。
解:(1)取AB梁为研究对象,解除A、B两处的约束,画出其脱离体简图。(2)在梁的中点C画主动力F。
在受约束的A处和B处,根据约束类型画出约束反力。B处为可动
铰支座约束,其反力通过铰链