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文档简介
Chapter0Introduction
MechanicsofMaterialsStaticsreviewWelcometomechanicsofmaterials.Inthelastvideo,ageneralintroductionforthiscoursewasgiven,thisvideoisgoingtoreviewstatics.StaticanalysisMostproblemsinmechanicsofmaterialsrequireastaticanalysisasthefirststep.ThestaticanalysisisintroducedintheprerequisitecourseonStatics.Staticsstudiestheequilibriumofrigidbodiesacteduponbyavarietyofdifferentforces.
Todoastaticanalysis,itneedstodrawfree-bodydiagramoftheentirebody,orofcomponentsofthebody,andthenapplytheequationsofequilibriumtofindunknownexternalreactionforces.Therefore,allforcesactingonthebodyandcausingitsdeformationareknown.Onceallexternalandinternalforcesofinteresthavebeenfound,youcanproceedwiththeevaluationofstresses,strains,anddeformationsofbars,shafts,beams,andcolumnsasdescribedinsubsequentchapters.Inthissection,thebasicstaticequilibriumequationsarereviewedandthenappliedtothesolutionofexample
structures(bothtwoandthree-dimensional).EquilibriumequationsVectorformScalarform2D3DRigidordeformablebodyinequilibriumEquilibriumequationsdescribethestateofabodyinequilibrium.TheresultantforceRandmomentMofallforcesandmomentsonthebodyinequilibriumarebothzero.Theresultingequilibriumequationscanbeexpressedinvectorformorscalarform.Itisoftenmoreconvenienttowritetheequilibriumequationsinscalarformeitherintwodimensionsorthreedimensions.Bytheway,thesumofthe
momentsmaybetakenaboutanyarbitrarypoint.Notethatequilibriumequationscanbeusedbothforevaluatingrigidbodiesordeformablebodies,Whichmeansthatdeformationsduetoloadingsareirrelevantinstaticforceanalysis.AppliedForcesconcentratedloadconcentratedmomentdistributedloaddistributedmomentFq0Fq2Fq1Externalloadsappliedtoabodyorstructuremaybeeitherconcentratedloadsormoments,ordistributedloadsormoments.Distributedforcesmayactalongornormaltoamember.Distributedforcesmayhaveconstantintensity,oralinear(orother)variationwithsomepeakintensity.
Andanydistributedloadingcanbereplacedbya
staticallyequivalentforceatthecenterofgravityofthedistributedloading.SuppportsModelingreaction
forcesandsupportconditionsin2Dstaticanalysisgiveninthetable.ThesehavebeencoveredinStatics.-Cornerstoneofallworkinthiscourse-AllforcesmustbedisplayedonFBDs
-Determinethe
unknown
external
reactionforcesFree
BodyDiagramseperateFBDsconnectionforceoverallFBD
FCEDXDYBXBYAfree-bodydiagramisanessentialpartofastaticanalysisDrawingfreebodydiagramsisthecornerstoneofallworkinthiscourse.Allforcesactingonthebodymustbedisplayedonthefree-bodydiagramifacorrectequilibriumsolutionistobeobtained.Thisincludesappliedforcesandmoments,reactionforcesandmoments,andanyconnectionforcesbetweenindividualcomponents.overallFBD
ExampleFCEDXDYBXBYConsidertheframeshownbelow,drawtheFBDfortheentirestructure,andFBDsforindividualcomponents.Fortheoverallfreebodydiagram,asmemberCEisatwo-forcemembersinceforcesareappliedatonlytwolocations,CandE.Hence,theloadingonCEatpinCalignedwithlineCE,denotedbyFCE.Ontheotherhand,membersABandADareNOTtwoforcememberssinceforcesareappliedatmorethantwolocationsoneachmember.Therefore,thereactionsatPinsBandDarewrittenintermsofgeneralxandycomponents,denotedbyBX,BY,DXandDY.seperateFBDstwoforcememberHerearethefreebodydiagramsoftheindividualmembersoftheframe.AsmemberCEisatwo-forcemember,theloadingonCEatpinCandconnectionjointEareequal,oppositeandalignedwithlineCE,bothdenotedbyFCE.ByNewtons3rdlaw,theforceonmemberADatEisequalandoppositeoftheforceonCEatE,alsodenotedbyFCE,
asshowninthefreebodydiagrams.Ontheotherhand,membersABandADareNOTtwoforcemembers,therefore,thereactionsatA,BandDareallwrittenintermsofgeneralxandycomponents.Pleasetrythefollowingexercisesyourself.Ifyoufindyourskillsonstaticsarerusty,pleasereviewthispart.Pleasedrawtheforcediagramsforallcomponentsforthestructure.[Exercise1]Asshowninthefigure,RC=100mm,RD=50mm,Px=466N,Py=352NandPz=1400N.Whenthesystemisineq
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