什么是弯矩、力偶矩?它与变形有什么关系?

什么是弯矩、力偶矩?它与变形有什么关系?,第1张

力偶矩就是一对大小相等,方向相反,不在同一直线上的力,对平面内任意一点取矩,其大小都等于其中一个力对另一个力的作用线的一点取矩,被称为力偶矩!注意~力偶是外力!而弯矩是一对内力偶的力偶矩!简单来说可以理解为,一个受压的梁,其中和轴以上受压,中和轴以下受拉,那么受压区的压力和受拉区恩拉力就可以认为是一对力偶,其力偶矩就是所谓的弯矩!注意~弯矩是内力所产生的!

力偶的概念是作用于同一物体上的一对大小相等,方向相反且不在一直线上的力。它可使物体转动。力偶不能合成一个力,力偶没有合力。力偶只能和力偶平衡。平面内两个力偶的力偶矩相等转向相同,则这两个力偶等效。

力偶矩的转动效果与其作用在物体上的位置无关,这句话应该是这么理解的是力偶矩使物体绕其作用面内任意一点的转动效果与矩心无关,效果完全由力偶矩的大小决定。

力偶作用其两端,则木棒绕中心点自转,那如果在木棒的上的某2个点处作用一个与前面大小相同,方向相同的力偶矩,则木棒就不绕中心自转了,但转动效果还是一样的。并不是只有绕同一个中心转动才能算是转动效果一样。所谓转动效应即促使物体转动而施加的强度。

当物体受一力偶作用时,只能使物体产生转动,而受一个力作用时,能使物体产生移动或既有移动又有转移。所以,力偶对物体的作用效果,不能用一个力来代替。这说明力偶不能合成为一个力。力偶可以在其作用面内任意移动或转动,并不影响它对物体的作用效果。

在保证力偶矩大小相等和转向不变的条件下,可以同时改变该力偶的力的大小和力偶臂的长短。组成力偶的两个力。对力偶所在平面内任一点的力矩的代数和恒等于其力偶矩。

力偶对物体产生的运动效应为只能使物体转动。作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。

集中力偶作用下,剪力图没有变化。力偶的二力对空间任一点之矩的和是一常量,称为力偶矩。用静力学公理和几何学可证明:一力偶可用与其作用面相平行和力偶矩相等的另一力偶代替,而不改变其对刚体的转动作用。

分析:

受力偶作用,质心有没有平动?----〉合力为零质心不动

受力偶作用,刚体是否转动?----〉因为力矩不为零,刚体转动,角加速运动

受力偶作用,转动方向?----〉力偶矩方向决定角加速度方向,初始角速度为零,则后续角速度方向为力偶矩方向。

受力偶作用,转轴在哪?---〉这个问题复杂点。如果要以惯性参考系描述,那结论就是,质心不动,当然转轴就在质心上。但这个结论没什么意义,下面解释一下这个问题,可能要上了大学才能理解。

首先你要明白下面一个道理:

任何你认为的绕某一转轴的转动都可以等效看作是刚体绕某一平移了一定距离的转轴在转动,叠加上这个转轴的平动(轨迹为圆型)。如果原来你考察转动的转轴是惯性参考系,那现在这个平移了的转轴就是非惯性参考系。换句话总结来说:参考系不同,转轴也不同,但描述的都是同一个运动。

比如说A、B物体静止,B物体受一个力偶和一个力共同作用,显然B物体既转动又平动。问B物体的转动转轴在哪里?答案是哪都行,方向与力偶矩方向平行。认为转轴通过质心只是其中的一种比较普遍采用的分析方法,因为能简化所分析的问题。问A物体是否有转动?答案也是随便怎么看都可以。如果以惯性系看A,当然是没转动,如果以非惯性系来看(比如说你就站在B上跟B一起转来观察A),那么A是可以被认为也有转动的。充分体现了:参考系不同,运动的观察结果是完全不同的,更别说转轴了,但描述的都是同一个运动。

力偶就是作用在同一物体上的等值、反向、不共线的一对力。力偶对物体产生转动效应,它的度量以力偶矩表示,即其中任一个力的大小与两个力作用线之间的垂直距离的乘积。

力偶就是受到大小相等,方向相反,互相平行的两个力的作用。它对物体产生的是纯转动效应(即不需要固定转轴或支点等辅助条件),记为(F,F')。力偶中二力之间相距的垂直距离(右图中的l)称为力偶臂。力偶对物体产生的转动效应应该用构成力偶的两个力对力偶作用平面内任一点之矩代数和来度量,我们称这两个力对某点之矩的代数和为力偶矩。所以力偶矩是力偶对物体转动效应的度量。若用m(F,F')表示力偶(F,F')的力偶矩,则有

与力矩一样,力偶矩也可以用一个代数量表示,其数值等于力偶中一力的大小与力偶臂的乘积,正负号则分别表示力偶的两种相反转向,若规定逆时针转向为正,则顺时针为负。这是人为规定的,作与上述相反的规定也可以。

梁上的集中力偶在力学课程中、作业题中常见,但在工业与民用建筑的实践中,极其罕见。单边次梁的端部弯矩对主梁产生的扭矩可视为集中力偶,但方向是计算平面外,不同于题述的集中力偶!

可能在机械行业里会出现集中力偶参与力学分析。本人一辈子建筑生涯没遇见,愿聆听高手详解!

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