工程力学 工程静力学与材料力学 附光盘 第2版 教学课件 作者 范钦珊 主编 工程力学 第3章.ppt
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? 滑动摩擦定律 ? 考虑摩擦时的平衡问题 FP W F FN ? 滑动摩擦定律 ? 考虑摩擦时的平衡问题 考察质量为m、静止地放置于水平面上的物块,设二者接触面都是非光滑面。在物块上施加水平力Fp,并令其自零开始连续增大,使物块具有相对滑动的趋势。因为是非光滑面接触,故作用在物块上的约束力除法向力FN。外,还有一分析与运动趋势相反的力,称为静滑动摩擦力,简称静摩擦力(static friction force),用F表示。 F FP O 45° Fmax Fd 运动状态 静止状态 临界状态 FP W F FN 当FP=0时,由于二者无相对滑动趋势,故静摩擦力F=0。当FP开始增加时,静摩擦力F随之增加,直至F=FP时,物块仍然保持静止。 物块开始运动后,静滑动摩擦力突变至动滑动摩擦力Fd。此后,主动力FP的数值若再增加,则摩擦力基本上保持为常值Fd。 FP再继续增加,达到某一临界值FPmax时,摩擦力达到最大值,F=Fmax。这时,物块开始沿力Fp的作用方向滑动。 ? 滑动摩擦定律 ? 考虑摩擦时的平衡问题 Fmax Fd 运动状态 静止状态 临界状态 F FP O 静止状态 F=F max = fs FN F=Fd; FF max; 运动状态 临界状态 ? 滑动摩擦定律 ? 考虑摩擦时的平衡问题 ? 滑动摩擦定律 ? 考虑摩擦时的平衡问题 根据库仑(Coulomb)摩擦定律,最大静摩擦力(maximum static friction force)与正压力成正比,,其方向与相对滑动趋势的方向相反,而与接触面积的大小无关。 式中,fs称为静摩擦因数(static friction factor)。静摩擦因数fs主要与材料和接触面的粗糙程度有关,可在机械工程手册中查到,但由于影响摩擦因数的因素比较复杂,所以如果需要较准确的fs数值,则应由实验测定。 上述分析表明,开始运动之前,即物体保持静止时,静摩擦力的数值在零与最大静摩擦力之间,即 从约束的角度,静滑动摩擦力也是一种约束力,而且是在一定范围内取值的约束力。 ? 考虑摩擦时构件的平衡问题 ? 考虑摩擦时的平衡问题 ? 考虑摩擦时构件的平衡问题 ? 考虑摩擦时的平衡问题 考虑摩擦时的平衡问题,与不考虑摩擦时的平衡问题有着共同特点,即:物体平衡时应满足平衡条件,解题方法与过程也基本相同。 但是,这类平衡问题的分析过程也有其特点: ? 首先,受力分析时必须考虑摩擦力,而且要注意摩擦力的方向与相对滑动趋势的方向相反; ? 其次,在滑动之前,即处于静止状态时,摩擦力不是一个定值,而是在一定的范围内取值。 ? 考虑摩擦时构件的平衡问题 ? 考虑摩擦时的平衡问题 放置于斜面上的物块重FW=1000 N;斜面倾角为30o。物块承受一方向自左至右的水平推力,其数值为FP=400 N。若已知物块与斜面之间的摩擦因数fs=0.2。 求:1. 物块处于静止状态时,静摩擦力的大小和方向; 2.使物块向上滑动时,力FP的最小值。 例 题 9 ? 考虑摩擦时构件的平衡问题-例题 9 ? 考虑摩擦时的平衡问题 解:根据本例的要求,需要判断物块是否静止。这一类问题的解法是:假设物体处于静止状态,首先由平衡方程求出静摩擦力F和法向反力FN。再求出最大静摩擦力Fmax。将F与Fmax加以比较,若 物体处于静止状态,所求F有意义;若, 物体已进入运动状态,所求F无意义。 ? 考虑摩擦时的平衡问题 解:1.确定物块静止时的摩擦力F值 以物块为研究对象,假设物块处于静止状态,并有向上滑动的趋势,受力如图示。其中摩擦力的指向是假设的,若结果为负,表明实际指向与假设方向相反。由 F=-153.6 N 负号表示实际摩擦力F的指向与图中所设方向相反,即物体实际上有下滑的趋势,摩擦力的方向实际上是沿斜面向上的。 ? 考虑摩擦时构件的平衡问题-例题 9 ? 刚体系统的平衡问题的特点与解法 ? 简单的刚体系统平衡问题 ? 对刚体系统作受力分析时、要分清内力和外力 内力和外力是相对的,需视选择的研究对象而定。研究对象以外的物体作用于研究对象上的力称为外力(external force),研究对象内部各部分间的相互作用力称为内力(internal force)。内力总是成对出现,它们大小相等、方向相反、作用作用在同一直线上。 考虑以整体为研究对象的平衡时,由于内力在任意轴上的投影之和以及对任意点的力矩之和均为零,因而不必考虑。但是,一旦将系统拆开,以局部或单个刚体作为研究对象时,在拆开处,原来的内力变成
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