第1章-物体的受力分析及其平衡条件

1、2022-4-71教材：教材：面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材“化工机械基础化工机械基础”，第二版，第二版，陈国桓主编，化学工业出版陈国桓主编，化学工业出版社社2022-4-72绪绪 言言一、目的和意义一、目的和意义 合理的设备可降低加工制造成本、合理的设备可降低加工制造成本、运营成本与维修成本运营成本与维修成本 设备的材质、壁厚和结构设备的材质、壁厚和结构 具备基本工程力学知识，了解化具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算。掌握化工设备的设计计算。2022-4-73二、主要内容及学时安排二、主要内容及学时安排 第

2、一篇第一篇 工程力学工程力学 24 24 学时学时 第二篇第二篇 材料与焊接材料与焊接 6 6 学时学时 第三篇第三篇 容器设计容器设计 18 18 学时学时2022-4-74参考书目参考书目1 1、理论力学理论力学上册，哈尔滨工业大学理论上册，哈尔滨工业大学理论力学教研室，高等教育出版社力学教研室，高等教育出版社2 2、材料力学材料力学上册，刘鸿文主编，高等教上册，刘鸿文主编，高等教育出版社育出版社3 3、工程力学工程力学，朱熙然主编，上海交通大，朱熙然主编，上海交通大学出版社学出版社4 4、金属材料及热处理金属材料及热处理，史美堂主编，上，史美堂主编，上海科学技术出版社海科学技术出版社5

3、5、金属工业学金属工业学上册，范全福主编，高等上册，范全福主编，高等教育出版社教育出版社6 6、化工机械制造化工机械制造，第八章、第九章，姚，第八章、第九章，姚慧珠、郑海泉编，化学工业出版社慧珠、郑海泉编，化学工业出版社2022-4-75第一篇第一篇 工程力学工程力学理论力学：研究物体机械运动一般规律理论力学：研究物体机械运动一般规律材料力学：研究构件承载能力材料力学：研究构件承载能力构件承受荷载能力衡量：构件承受荷载能力衡量： 1 1强度：构件抵抗破坏的能力强度：构件抵抗破坏的能力 2 2刚度：构件抵抗变形的能力刚度：构件抵抗变形的能力 3 3稳定性：构件保持原有平衡形态稳定性：构件保持原有

4、平衡形态能力能力2022-4-76第一章第一章 物体的受力分析物体的受力分析及其平衡条件及其平衡条件第一节第一节 力的概念和基本性质力的概念和基本性质一力的概念一力的概念 1 1刚体与变形体刚体与变形体 2 2力是物体间相互的机械作用力是物体间相互的机械作用力的运动效应，由理论力学研究力力的运动效应，由理论力学研究力的三要素：大小，方向，作用点，的三要素：大小，方向，作用点，由材料力学研究力的变形效应。由材料力学研究力的变形效应。2022-4-77二力学公理二力学公理 1 1、作用与反作用定律、作用与反作用定律2 2、二力平衡定律、二力平衡定律 二力构件和二力杆二力构件和二力杆3 3、力的平行

5、四边形、力的平行四边形法则法则AF1F2F3R1RaaPPyPx2022-4-78第二节第二节 力矩与力偶力矩与力偶一、力矩一、力矩dFFmO)()()(iOOFmRm合力矩定理合力矩定理FdO2022-4-79二、力偶二、力偶特征：特征：1 1、是一个基本的力学量，不能与一个、是一个基本的力学量，不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。力平衡，力偶只能与力偶平衡。2 2、力偶对作用面内任一点之矩与矩、力偶对作用面内任一点之矩与矩心的位置无关，恒等于力偶矩。心的位置无关，恒等于力偶矩。3 3、同平面内两力偶等效是力偶矩相、同平面内两力偶等效是力偶矩相等。等。dFmmM2022-4-710三三力力

6、的的平平移移Q”QmeQmQ2022-4-711四、平面一般力系向一点简化四、平面一般力系向一点简化iFR主矢：iOmM主矩：OF1F2FnOF1F2FnF1F1”m1F2m2FnmnOF1F2m2Fnmnm1RMO2022-4-712四、平面一般力系向一点简化四、平面一般力系向一点简化iFR主矢：iOmM主矩：ORMORR”dRMdO2022-4-713第三节第三节 物体的受力分析物体的受力分析一、约束和约束反力一、约束和约束反力自由体和非自由体自由体和非自由体约束和约束反力：约束和约束反力：方向方向作用点作用点大小大小 平衡方程平衡方程2022-4-7141 1、柔性体约束（柔索约束）、柔

7、性体约束（柔索约束） 绳索，传动带，链条等，忽略刚性，绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，绝对柔软且不可伸长不计重力，绝对柔软且不可伸长特点：只受拉，不受压，不能抗弯矩，特点：只受拉，不受压，不能抗弯矩，限制物体沿柔性体伸长的方向运动。限制物体沿柔性体伸长的方向运动。2022-4-7152022-4-7162022-4-7172 2、光滑接触面（线）约束、光滑接触面（线）约束 特点：只受压，不受拉，沿接触点处特点：只受压，不受拉，沿接触点处的公法线而指向物体，一般用的公法线而指向物体，一般用NN表示。表示。又叫法向反力。又叫法向反力。 忽略摩擦，理想光滑。忽略摩擦，理想光滑。2022-4

8、-7182022-4-7193 3、铰链约束、铰链约束 2022-4-720（1 1）固定铰链支座约束）固定铰链支座约束 2022-4-7212022-4-7222022-4-7232022-4-724（2 2）活动铰链支座约束）活动铰链支座约束2022-4-7252022-4-7264 4、固定端约束、固定端约束2022-4-7272022-4-7282022-4-729二、受力图二、受力图例例1-11-1某化工厂的卧式容器，容器总重某化工厂的卧式容器，容器总重量量( (包括物料、保温层等包括物料、保温层等) )为为QQ，全长为，全长为L L，支座支座B B采用固定式鞍座，支座采用固定式鞍座

9、，支座C C采用活采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。动式鞍座。试画出容器的受力图。2022-4-730例例1-21-2焊焊接在钢柱接在钢柱上的三角上的三角形钢结构形钢结构管道支架，管道支架，上面铺设上面铺设三根管道，三根管道，试画出结试画出结构整体及构整体及各构件的各构件的受力图。受力图。2022-4-731例例1-3 1-3 刚架自身重力不计，刚架自身重力不计，ACAC上作用载上作用载荷，画出荷，画出ACAC、BCBC及刚架整体的受力图及刚架整体的受力图 2022-4-732画受力图的步骤：画受力图的步骤：(1)(1)简化结构，画结构简图；简化结构，画结构简图； (2)(2)选择研究对象，

10、画出作用在其选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；上的全部主动力；(3)(3)根据约束性质，画出作用于研根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。究对象上的约束反力。2022-4-733第四节第四节 平面力系的平衡方程式平面力系的平衡方程式平面力系平衡的必要与充分条件：力系平面力系平衡的必要与充分条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。的主矢和对任一点的主矩都等于零。 0,0OMR0)(, 0,0FmYXO0, 0)(, 0)(XFmFmBA0)(, 0)(, 0)(FmFmFmCBA2022-4-734例例1-4 1-4 梁梁ABAB，长，长L=6mL=6m，A A、B B端各作用

11、一端各作用一力偶，力偶，mm1 1=15kN.m=15kN.m，mm2 2=24kN.m=24kN.m，转，转向如图所示，求支座向如图所示，求支座A A、B B的反力。的反力。 0021mmLRmA)(5 . 16152421kNLmmRA2022-4-735例例1-5 1-5 直杆直杆ABAB与弯杆与弯杆BCBC铰接，已知铰接，已知ABAB杆上有一力偶矩杆上有一力偶矩MM作用，各杆重力不作用，各杆重力不计。求支座计。求支座A A、C C处的约束反力。处的约束反力。 00dRMmAaad2330cos0MadMRA3322022-4-736例例1-6 1-6 刚架所受荷载、尺寸及支承情刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图，求支座况见图，求支座A A及及B B处的反力。处的反力。 020)(0000aPmbQbRFmQRYYPXXBABAA2022-4-737例例1-7 1-7 悬臂梁悬臂梁ABAB作用有均布荷载作用有均布荷载q q，在自由，在自由端还受一集