1、章节目录设备施工员培训2022-8-16设备安装相关力学知识第六章36.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 力的三要素 实践表明，力对物体的作用效果决定于它的三个要素(通常称它们为力的三要素)即:力的大小(即力的强度)、力的方向和力的作用点46.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 力的平衡平衡的概念静力学中所指的平衡，是指物体相对于地面保持静止或做匀速直线运动。二力平衡条件作用在同一物体上的两个力，要使物体处于平衡的必要和充分条件是:这两个力的大小相等、方向相反，且在同一直线上。三力平街汇交如果作用于同一平面的 三个互不平行的力组成平
2、衡力系，则此三个力的作用线必定汇交于一点。56.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 作用力与反作用力 作用力与反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线分别作用在两个相互作用的物体上。力矩的概念转动中心0到力的作用线的垂直距离h称为力臂。转动中心O称为力矩中心，简称矩心。力下的大小与力臂h的乘积称为力对点O之矩，简称力矩。用板手拧螺母时，力将使板手和螺母绕点转动。66.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 力矩的概念转动中心0到力的作用线的垂直距离h称为力臂。转动中心O称为力矩中心，简称矩心。力下的大小与力臂h的乘积称
3、为力对点O之矩，简称力矩。用板手拧螺母时，力将使板手和螺母绕点转动。力矩平衡的一般规律对于绕定点转动的物体来说，如果作用在该物体上逆时针转动的力矩之和与顺时针转动的力矩之和在数值上正好相等，此时物体处于平衡状态。也就是说，转动物体的平衡条件为:作用在该物体上的各力对物体上任一点力矩的代数和为零。76.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 力偶的概念在生产实践中，经常会遇到两个大小相等、方向相反的平行力。等值反向的平行力能使物体发生转动。这种由两个大小相等，方向相反的平行力组成的力系，称为力偶。力偶矩力对物体的转动效果，要用力矩来度量。既然力偶能使物体转动，那么力偶对
4、物体的作用效果，就应该用力偶中两个力对转动中心的合力矩来度量力偶矩的大小与更心位置无关86.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系力偶的特性A.力偶中的两个力对其作用面内任一点之矩的代数和恒等 于其力偶矩。B.力偶对物体不产生移动效果，其不能用一个力来平衡，只能用一 力偶来平衡。C.力偶可以在其作用面任意移动或转动而不改变他对物体的作用。D.力偶无合力。96.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系 力偶的概念在生产实践中，经常会遇到两个大小相等、方向相反的平行力。等值反向的平行力能使物体发生转动。这种由两个大小相等，方向相反的平行力组成的力系
5、，称为力偶。力偶矩力对物体的转动效果，要用力矩来度量。既然力偶能使物体转动，那么力偶对物体的作用效果，就应该用力偶中两个力对转动中心的合力矩来度量力偶矩的大小与更心位置无关FFdFdF106.设备安装相关力学知识6.1平面力系2022-8-161.平面力系力的平移定理由此可得力的平移定理:若将作用于物体上一个力，平移到物体上的任意点而不改变原力对物体的作用效果，则必须附加一个力偶，其力偶矩等于原力对该点的矩。AOAOdFFM=Fd FFFOA116.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-161.杆件的基本变形 杆件变形的基本形式 物体在外力作用下产生的变形有两种:弹性变形和塑性
6、变形(残余变形)，前者是指卸去外力后能完全消失的变形，后者是指卸去外力后不能消失而保留下来的变形。126.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-161.杆件的基本变形 杆件变形的基本形式 物体在外力作用下产生的变形有两种:弹性变形和塑性变形(残余变形)，前者是指卸去外力后能完全消失的变形，后者是指卸去外力后不能消失而保留下来的变形。杆件的基本杆件的基本变形形式变形形式轴向拉伸轴向拉伸和压缩和压缩剪切剪切扭转扭转弯曲弯曲136.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-162.压力与应变 杆件运用截面法求内力的步骤可归纳如下:截开。在需求内力的截面位置，假想将杆件切开
7、分成两部分:替代。选取其中一部分留下作为研究对象(以受力较简单的为好)，并以内力代替去掉部分对留下部分的作用:平衡。根据留下部分的平衡条件求出该截面的内力146.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-162.压力与应变 工程上采用裁面单位面积上的内力来分析构件的强度，称为应力。应力为矢量，应力矢量的方向不受限制。轴力正负号规定：轴力正负号规定：轴力使杆轴力使杆件件受拉为正受拉为正，受压为负受压为负。156.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 低碳钢的拉伸试验Q235钢是有代表性的低碳钢，它所表现出的力学性能也比较典型166.设备安装相关力学
8、知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 弹性阶段（弹性阶段（0-A）从图1-3中可以看出，在OA范围内，拉力增加，变形也增加；卸去拉力，试件能恢复原状。材料在卸去外力后能恢复原状的性质，叫做弹性。因此，这一阶段叫做弹性阶段。弹性阶段的最高点（图中的A点）所对应的应力称为弹性极限，因弹性阶段的应力与应变成正比，所以也称比例极限，用f0表示。176.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 屈服阶段（屈服阶段（A-B）当应力超过比例极限后，应力与应变不再成比例增加，开始时图形还接近直线，而后形成接近于水平的锯齿形线，这时，应力在很小的范围内波动，而
9、应变急剧地增长，这种现象好象钢筋对于外力屈服了一样，所以，这一阶段叫做屈服阶段（A-B）。在屈服阶段，钢筋的性质由弹性转化为塑性，如将外力卸去，试件的变形不能完全恢复。不能恢复的变形称为残余变形或称塑性变形。186.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 强化阶段（强化阶段（B-C）钢筋拉试验过了第二阶段即屈服阶段以后，钢筋内部组织发生了剧烈的变化，重新建立了平衡，钢筋抵抗外力的能力又有了很大的增加。应力与应变的关系表现为上升的曲线，这个阶段称为强化阶段。与强化阶段最高点C相对应的应力就是钢筋的极限强度，称为抗拉强度，用fu表示。196.设备安装相关力学知识6
10、.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 颈缩阶段（颈缩阶段（C-D）当应力达到拉伸曲线的最高点C后，试件的薄弱截面开始显著缩小，产生颈缩现象（见图1-4），即进入颈缩阶段。由于试件颈缩处截面急剧缩小，能承受的拉力随着下降，塑性变形迅速增加，最后该处发生断裂206.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度 伸长率值越大，表明钢材的塑性越好。它的数信愈大，表明材料的塑性愈好，它的数值小。表明材料的塑性愈差。一般把值大于 5%的材料称为塑性材料，值小于5%的材料称为脆性材料。216.设备安装相关力学知识6.2杆件强度、刚度2022-8-163.杆件的强度
11、利用强度条件可以解决强度计算的三类问题:强度校核设计截而确定许可载荷226.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-161.流体的概念 流体的特征 1)物质通常有三种不同的状态，即固体、液体和气体，液体和气体状态的物质统称为流体。236.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-161.流体的概念 流体的主要物理性质1)密度2)容重(重度)3）比容：单位质量的流体所占有的体积称为比容4)黏性：别作用在两个相邻的但速度不同的流层的表面上，把这一对力称为内摩擦力成黏滞力。其中：温度对流体的黏滞系数影响很大。温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加。气体则相反，温度升高时，它的
12、黏滞系数增大。246.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-161.流体的概念 流体的主要物理性质5)压缩性流体占有的体积将随作用在流体上的压力和温度而变化。压力增大时流体的体积将减小，这种特性称为流体的压缩性。6)膨胀性当温度T变化时，流体的体积V也随之变化，温度升高、体积膨胀，这种特性称为流体的脚胀性，用温度膨胀系数来表示。256.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-161.流体的概念 7)表面张力在液体的自由表而上能够承受极其微小的拉力，这种拉力称为表面张力。例如鼓面非常小的物管内的毛烟现象、水面稍高出碗口、液体与固体之间的浸润与非浸润现象等。8)汽化压强在
13、液体中，液体逸出液面向空间扩散的汽化过程和其逆过程凝结，将同时存在。当这两个过程达到动态平衡时，宏观的汽化现象停止，此时液体的压强称为饱和蒸汽压或汽化压强。液体的汽化压强与温度有关。266.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-161.流体的概念 作用在流体上的力，按作用方式的不同，可分为下述两类，即表面力及质量力。1)表面力表面力是通过直接接触施加在接触表面上的力。2)质量力质量力是在隔离体内施加在每个质点上的力。重力是最常见的质量力。276.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-162.流体静压强 流体在静止状态下不存在黏滞力。只存在压应力，简称压强液体内部向任
14、何方向都有压强，在同一课度处，沿各个方向的压强均相等，随着深度增加，压强也增大。液体压强具有下列两个重要特性:流体静压强的方向与作用面垂直，并指向作用面。静止流体中的任何一点压强，在各个面上都是相等的286.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-162.流体静压强 流体静压强的分布规律1)流体静压强的基本方程式：P=P0+h=P0+gh式中:P静止流体中任何一点的压强:P0静止流体自由表面上的压强:h静止流体中任何一点到自由表面的单位面积上垂直流体重量。296.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-162.流体静压强 在工程中，表示压强的方法，通常采用以下几种表压力
15、(相对压强)绝对压强真空压强306.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-163.流体的流动概念 流体运动的基本概念1)过流断面、流速、流量过流断面与流体运动方向重直的横断面叫做过流断面。流速、流量流体在单位时间内所流动的距离称为流速，单位为m/s.流量是过流断面和平均流速的乘积316.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-163.流体的流动概念 流体运动的基本概念2)迹线、流线 迹线：通常把流体质点的运动轨迹称为连线，例如河中漂浮物随时间漂流的轨迹线 流线：研究流体运动在其各空间位置点上质点运动要素的分布与变化情况。例如研究流体在管道中不同位置断面上水流的速度、压
16、强的分布规律，以满是工程设计的需要。A在流线上所有各质点在同一时刻的流連方向均与流线相切；B流线是一条光滑的曲线面不可能是折线；C.在同一瞬间内，流线一般不能彼此相交326.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-164.流动的分类 1)按流体运动要素与时间的关系可分为:稳定流:流体在运动时，任意空间点在不同时刻通过的流体质点的流速，压强等运动要素均不变的流动，称为稳定流。非稳定流:流体在运动时，任意空间点在不同时刻通过的流体质点的流速，压强等运动要素是变化的流动，称为非稳定流，336.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-164.流动的分类 2)按流体运动的流速沿流
17、程变化可分为:均匀流。流体运动中，各过流断面上相应点的流速(大小和方向)沿程不变，这样的流体运动称为均匀流。其特点是流线为彼此平行的直线。例如流体在等经管道中的流动。非均匀流:流体运动中各过流断面上相应点的流速不相等，流速沿流程变化，这样的流体运动称为非均匀流。其特点是流线为彼此不平行的直线和曲线。例如，流体在变径的管道中或弯管中的流动就是非均匀流。346.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-164.流动的分类 3)按流体运动对接触周界情况可分为:有压流:流体沿流程的各过流断面的整个周界都与固体表面接触而无自由表面的流动称为有压流。显然，有压流没有自由表面，供热，通风和给水管道
18、中的流体流动均属有压流。无压流:流体沿流程的各过流断面有部分周界与固体表面接触，其余部分周男与大气相接触，具有自由表面，这种流动称为无压流。例如:排水管道、天然河流、工业管道中的流槽等。射流:流体流动时，流体整个周界都不和固体周界接触，而是被四周的气体成墙体所包围，这种流动称为射流356.设备安装相关力学知识6.3流体力学基础2022-8-164.流动的分类 3)按流体运动对接触周界情况可分为:有压流:流体沿流程的各过流断面的整个周界都与固体表面接触而无自由表面的流动称为有压流。显然，有压流没有自由表面，供热，通风和给水管道中的流体流动均属有压流。无压流:流体沿流程的各过流断面有部分周界与固体表面接触，其余部分周男与大气相接触，具有自由表面，这种流动称为无压流。例如:排水管道、天然河流、工业管道中的流槽等。射流:流体流动时，流体整个周界都不和固体周界接触，而是被四周的气体成墙体所包围，这种流动称为射流2022-8-16
