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1.4.3 约束和约束反力

工程上的对象所受到的力如重力、风压力、水压力等能主动引起物体运动或使物体有运动趋势,我们把这种力称为主动力。工程上的物体还受到与之相联系的其他对象的限制,如板受到梁的限制,梁受到柱的限制,柱受到基础的限制。一个对象的运动受到周围物体的限制,这些周围物体就称作该物体的约束,例如前面所提到的,梁是板的约束,柱是梁的约束,基础是柱的约束。约束对于物体的作用称为约束反力,简称反力,其与约束是相对应的,有什么样的约束,就有什么样的约束反力。

通常主动力的大小是已知的,而约束反力的大小是未知的,需借助力系的平衡条件求得。工程上常见的约束可简化成以下几种类型。

1.柔体约束

由拉紧的不计自重的绳索、链条、胶带等构成的约束称为柔体约束,其约束反力的方向沿柔体的中心线,并且背离被约束的物体,表现为拉力,如图1-6所示。

2.光滑接触面约束

当物体与约束的接触面之间的摩擦力小到可以忽略不计时,即可看作光滑接触面约束,其约束反力通过接触点,并沿着接触面的公法线指向被约束的物体,如图1-7所示。

3.链杆约束

链杆是两端用光滑销钉与物体相连而中间不受力的直杆,如图1-8(a)所示的支架, BC 杆就可以看成是 AB 杆的链杆约束。链杆的约束力沿着链杆中心线,但指向不定。如图1-8(b)所示。

4.固定铰支座与铰接

工程上常用一种叫作支座的部件,将一个对象支撑于基础或一静止对象上,如将对象用圆柱形光滑销钉与固定支座连结,该支座就成为固定铰支座,简称铰支座,如图1-9(a)所示。固定铰支座的约束力在垂直于销钉轴线的平面内,通过销钉中心,方向不定。图1-9(b)是固定铰支座的两种简化表示法。图1-9(c)是固定铰支座约束反力的表示法。如两个构件用圆柱形光滑销钉连接,如图1-10(a)所示,则称为铰接,而连接件在习惯上简称为铰,图1-10(b)是铰接的表示法。其约束反力与铰支座相同。

图1-6 柔体约束

图1-7 光滑接触面约束

图1-8 链杆约束

图1-9 固定铰支座

5.活动铰支座(辊轴支座)

将构件用销钉与支座连接,而支座可以沿着支承面运动,就称为活动铰支座,或称辊轴支座,如图1-11(a)所示。其约束反力通过销钉中心,垂直于支承面,指向和大小待定。这种支座的简图如1-11(b)所示,约束反力如图1-11(c)所示。

图1-10 铰接

图1-11 活动铰支座

6.固定端支座

通常在物体被嵌固时发生,其约束反力通常表示为两个相互垂直的分力和一个力偶,其分力和力偶的指向和大小待求,如图1-12所示。

图1-12 固定端支座 VyPc9osD3kreSKS8sReXN8f5lC/UfvLGH0MHwaCyqibaqcO4qbB18GSqjVmc5kYu

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