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受力分析的简介

作者:IM电竞 时间:2021-04-26 14:07 来源:IM电竞官网

  受力分析(forceanalysis)将研究对象看作一个孤立的物体并分析它所受各外力特性的方法。外力包括主动力和约束力(见约束)。分析力的特性主要是为确定这些外力的作用点、方向等。例如重力是地球对物体的引力,属于外加的主动力,作用点在物体的重心,方向铅垂向下。约束力的大小一般是未知的(除非用铡力器作约束体测定其作用力)。有一部分约束的约束力方向是可以确定的。例如绳索的约束力总是拉力,拉紧时方向沿绳;光滑面的约束力总是推力,方向沿该面法线。沿粗糙接触面的约束力就是摩擦力(见摩擦)。物体将开始运动时,摩擦力达到最大值。如果摩擦系数μ已知,最大静摩擦力Fm与法向反力N的数值关系为Fm=μN。在平衡情况下,摩擦力F的大小可以是从0到Fm之间的任一个值,其大小应根据力的平衡条件来计算。另外,由铰链的构造还可确定约束力的方向。例如圆柱铰的约束力可用垂直于圆柱轴的平面上的两个力表示;又如活动支座约束力的方向可用垂直于支承面的一个力N表示。

  求物体内部的某个构件的受力大小,更须将构件拆开。饲如求桁架杆件内力时,可将杆件截断,而附以沿杆的力。

  如果整个物体的受力图尚不足以达到解题目的(方程个数少于未知力个数),可依物体内部结构的特点,把它拆为两个隔离体,拆离处的相互作用力满足作用和反作用定律。从这两个隔离体的受力图,可写出增加的方程数目,以达到解题目的。

  例如,图2的三铰拱,由于用了两个固定铰链支座,因此有四个支座反力XA,YA,XB,YB(图3a)。由整体列出的三个平衡方程不足以解出这四个未知数。这时可从中间铰C处将它拆成两部分,画出两个受力图(图3b)。在铰C处,两个图上的Xα,Yσ大小相等、方向相反。这样,六个未知量XA,XB,XO,YA,YB,yC就可由两个隔离体的六个平衡方程解出。如拆成两部分还不能求解,可拆成几部分。

  由牛顿运动定律可知,物体是否平衡由外力确定,物体不平衡时的加速度也由外力确定,都与物体内部相互作用的内力无关。所以求解力学问题时,常有意识地选取某部分作为研究对象,把它看作一个物体,并把它从周围环境的约束中割开,而加以相应的外力。解除约束后的物体称为隔离体。画出隔离体及其所受全部外力的图称为受力图。例如重为G的梯子AB置于光滑的铅垂墙和租糙的水平地面之间(图1),IM电竞地面和梯接触的摩擦力为F,梯子D点和墙体E点间用水平绳拉紧。若把梯子作为隔离体,它的受力图如图l所示。其中T为绳的张力;G为梯的重力;NA为光滑墙的反力;NB为地面反力;F为摩擦力。梯子将要滑动时,F达到最大摩擦力μNR,一骰情况FμNB。

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