化工設(shè)計課件-1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律

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1、化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)主講教師：周劍秋李慶生電話：83587299南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院2008年2月教學(xué)安排:38+2(教學(xué)實(shí)驗(yàn))2周課程設(shè)計緒論緒論爆炸實(shí)例裝置安全可靠性！爆炸傷亡及帶來的污染后果嚴(yán)重！緒論過程設(shè)備是過程工業(yè)的支柱，我國已成為“世界工廠”，制造業(yè)大國，但制造的水平相對落后，重大裝備的國產(chǎn)化已列入成為我國“十一五”發(fā)展的重點(diǎn)。過程設(shè)備中所涉及到的知識與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，用我們所學(xué)到的知識去分析日常生活現(xiàn)象，將學(xué)用結(jié)合，悟出其中的道理，真正做到“知”。第一篇力學(xué)基礎(chǔ)概述機(jī)器設(shè)備

2、都是承載構(gòu)件，須保證其安全性、可靠性，包括以下三方面:1.能抵抗載荷對它的破壞，即要有一定的強(qiáng)度2.變形不超出一定范圍，即要有一定的剛度3.能維持構(gòu)件自身的幾何形狀，即具有充分的穩(wěn)定性強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問題都是本課程討論的重點(diǎn)?；ぴO(shè)備承載構(gòu)件，從幾何形狀上分為桿件、平板、回轉(zhuǎn)殼體，桿件為基礎(chǔ)，在本篇中將討論等截面直桿的應(yīng)力分析、強(qiáng)度計算與變形計算。后二種幾何形狀的力學(xué)問題，將在第二篇介紹。CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律要研究構(gòu)件的強(qiáng)度或剛度問題，首先要全面搞清構(gòu)件所受的外力。舉例，如圖所示

3、的三角支架，它由AB,BC二桿及AC立柱，A,B,C三個銷釘組成。在AB桿中央支承一重物G。1）已知G，確定AB,BC桿最大允許截面尺寸—截面尺寸設(shè)計。2）已知AB,BC尺寸，確定Gmax—確定許可載荷。不論是1、2那類問題，首先要按照AB,BC桿的受力情況。CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律對于AB桿，它受到三個力，物體重量G，以及銷釘A,B作用于桿的支撐反力NA,NB。G的大小和方向已知—已知力。而NA,NB不但大小不知，連方向也無法確定―未知力。其方向如何確定，是我們本章首先討論的，也即如

4、何對物體進(jìn)行受力分析。假設(shè)NA,NB方向確定，尚需確定其大小，因此要研究NA,NB與G的關(guān)系，即研究物體的受力平衡規(guī)律，稱為平衡條件。這是本章解決的第二個問題。研究物體的受力平衡規(guī)律，找出構(gòu)件在各種平面力系作用下的平衡條件表達(dá)式。CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律力的概念及其性質(zhì)力的概念:中學(xué)物理已接觸過，物體－物體間相互作用會引起：a.運(yùn)動狀態(tài)改變；b.物體變形。力的定義：為了度量上述的物體間相互作用所產(chǎn)生的效果，把物體間的相互作用稱為“力”。力的效應(yīng)：單個力作用于物體時，即會引起物體運(yùn)動狀態(tài)

5、改變，也會引起物體變形。而當(dāng)多個力同時作用于一物體上時，則有可能不改變物體的運(yùn)動狀態(tài)而只引起物體變形—平衡（力的外效應(yīng)彼此抵消）。力作用于物體時，總會引起物體變形，但在正常情況下，變形很小，可以忽略。本章討論剛體（可以忽略考慮力的內(nèi)效應(yīng)）（其實(shí)也是一個簡化條件）力是矢量，以或P,Q（黑體字）表示，單位N,kN，分布力N/m2（Pa），N/mm2（MPa）CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律2.力的基本性質(zhì)1)力的可傳性（只適用于剛體）力可沿某作用線任意移動舉例證明：2)力的成對性力的成對性是對二力

6、相互作用的物體而言。力是二個物體間的相對機(jī)械作用，就二個物體來看，作用力與反作用力永遠(yuǎn)是同時產(chǎn)生，同時消失。等值、反向、共線。CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律3）力的可合性矢量合成法,F1,F2合力為R，平行四邊形法則。應(yīng)用力的可合性可對力系進(jìn)行簡化。4）力的可分性所謂力的可分性（是力的可合性的逆過程）是指一個力可以分解為二個力。以斜面上小球?yàn)槔?，它受到重力G作用，一方面使球沿斜面下滾并產(chǎn)生加速度，另一方面又使斜面受到了法向壓力，這二個效應(yīng)都是由G產(chǎn)生。G分解為Q,N?？梢园焉鲜隽Φ目珊闲耘c可

7、分性統(tǒng)一看成是力的“可等效取代性”，力的平行四邊形法則。由R取代F1，F(xiàn)2是唯一的。而已知R確定F1，F(xiàn)2可有不同方向，不同大小的多個解。實(shí)際問題，合力究竟沿什么方向分解，則取決于具體問題。，CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律，5）力的可消性一個力對物體所產(chǎn)生的外效應(yīng)，可以被另一個或幾個作用于同一物體上的外力所產(chǎn)生的外效應(yīng)所抵消。當(dāng)多個力對物體外效應(yīng)抵消時，稱為處于“平衡”，此時力系稱為“平衡力系”，滿足“平衡條件”。b三力平衡匯交定理―三力作用下的平衡體。這三力如不互相平行，則必定匯交于一點(diǎn)。

8、討論二個最簡單的平衡定理。a二力平衡定理二力作用下平衡體，二力等值、反向、共線，且力的作用線與二力作用點(diǎn)的連線重合。CHAP.1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律，2.剛體的受力分析這一節(jié)分析并確定一臺機(jī)器或設(shè)備各零件間相互作用力的問題,確定力的位置方向。1）約束和約束反力外力的分類：主動力—引起運(yùn)動狀態(tài)改變或改變運(yùn)動狀態(tài)的趨勢，如重力，推力等。約束反力—阻礙物體改變運(yùn)動狀態(tài)的力。自由體：只受主動力作用，且可沿任何方向自由運(yùn)動；非自由體：在某些方向受到限制，不能自由運(yùn)動；約束