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认识几种力

[日期:2020-5-17 11:21:05] [字体:特大 ]

  一、认识几种力

  工程技术中经常要分析构件受力问题。

  构件在受到外力作用下常见有5种变形形式,即弯曲变形、挤压变形、扭曲变形、拉伸变形和剪切变形。使构件发生这5种形变的力分别叫作弯曲力、压力、扭曲力、拉力、剪切力正确认识这些力对我们分析和解决实际问题有很大的帮助。 这些力的命名方法与我们物理课本中对力的命名方法不一样。它们是从效果上来命名的。这五种力的示例见下图:
  

  思考:请同学们举出生活中哪些地方哪些构件会受到这些力作用?

  弯曲力、压力、扭曲力、拉力相信同学们都容易理解。对于剪切力,可能就比较抽象了,下面我们来学习剪切力。

  二、探讨剪切力

  剪切变形是杆件的基本变形之一。如下图a所示,当杆件受到垂直于杆轴、大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对力F作用时,力F作用线之间的各横截面都将发生相对错动,即剪切变形。若力F过大,杆件将在力F作用线之间的某一截面m−m处被剪断,m−m称为剪切面。如下图b所示,截面b−b相对于截面a−a发生错动。
  

  因此,“剪切”是在一对(1)相距很近、(2)大小相同、(3)指向相反的横向外力(即平行于作用面的力)作用下,材料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。能够使材料产生剪切变形的力称为剪力或剪切力。发生剪切变形的截面称为剪切面。

  判断是否“剪切”的关键是材料的横截面是否发生相对错动。因此,菜刀切菜不是剪切现象(因蔬菜的横截面没有发生相对错动),这个切菜的切力其实是压力;用剪刀剪指甲则是剪切现象(指甲的横截面发生相对错动):用指甲剪剪指甲则不是剪切现象,虽然它同样能把指甲剪下来,但它属于挤压变形,这个“剪”力其实是压力。

  至于“剪切力”的来源,当然是压力造成的,究其本质,剪切力其实是一种特殊形式的压力。

  1.生活实例
  切纸刀切纸的力是剪切力(注意观察:铡刀横截面是矩形的,刀锋是平的,切刀却能让纸被平整切断),剪切力示意图如下图所示:
  

  2.工程实例
  工程中以剪切变形为主的构件很多,如在构件之间起连接作用的铆钉(图a)、销钉(图b)、螺栓、焊缝(图c)、键块(图d)等都称为连接件。在结构中,它们的体积虽然都比较小,但对保证整个结构的安全却起着重要的作用。
  

  根据实验及理论分析,在外力作用下,螺栓、铆钉、键块等连接件在发生剪切变形的同时往往伴随着其它变形,在它们内部所引起的应力,不论其性质、分布规律及大小等都很复杂。因此,工程中为了便于计算,在实验的基础上,往往对它们作一些近似的假设,采用实用计算的方法。下一讲我们将来讨论应力问题。

  【实践练习】

  空调室外机通常安放在一个支架上,这个支架用螺钉固定在竖直墙壁上(如下图)
  

  请问固定支架的螺钉主要承受的是什么力?如果墙壁是不怎么坚固的泥沙墙,为了让空调机不易掉下来,请运用本节课的知识,讨论这个支架应做成什么形状和安装时应注意什么问题?

  

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