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再談虛功與需位移原理

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1#
發表于 2017-9-14 20:21:27 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式
本帖最后由 水水5 于 2017-9-14 20:26 編輯 # R! K, t3 l( z; D

6 K+ Z/ _# H* w; n1 {最近有許多網友在論壇力問了些關于受力分析與求解的問題。我覺得有必要給大家介紹一下虛功原理。因為論壇力的一些前輩們曾經就虛功與虛位移原理介紹的很明白了,例如逍遙處士大俠等。所以,在此,我只能是再談虛功與虛位移原理。我的認識也只是一些皮毛,此貼的意思一是給一些新同學介紹這個簡便的方法,也是拋磚引玉,希望再有機會聽大俠們的高見。
0 k  l% F/ o& D) J+ M5 H6 n5 X, h" I+ }8 I; i  x! @2 n6 ~2 f) K! U
“虛位移原理應用功的概念分析系統的平衡問題,是研究靜力學平衡問題的另一途徑。虛位移原理與達朗貝爾原理結合起來,組成動力學普遍方程,為求解復雜系統的動力學問題提供了另一普遍的方法,構成了分析力學的基礎。”這是書上的原話。
/ Z; X' E: w1 n* G/ z5 I: s6 u+ |6 Y1 Q: A& P* i( q# S8 D# K
簡單的說,對于有理想約束的一個系統,在某個瞬時,質點系在約束允許的條件下,可能實現的任何無限小的位移成為虛位移。力乘以在力的方向上產生的虛位移就是虛功。一個靜態平衡的系統,虛功的代數和為零。對于簡單的機構,可以認為,輸入力的虛功等于輸出力的虛功。/ x. P$ b6 T* ^/ B- {: O
1 k- s5 @; e* y: ]3 ~0 z
我一般是這樣理解的,虛位移就是很小的位移。比如一個連桿機構,讓主動件移動0.1mm,觀察從動件能夠移動多少。通過對比兩個距離,就能夠知道力的比值。) Q. F& U. }* V, K$ h
; |( e9 j. @+ X' {! s" R6 j. Q
下圖是課本上的一個例題:; z; Q1 _+ _9 V
1 \# j- Y. y) a" n- H6 z2 y
這個例題中,利用幾何關系確定了各虛位移之間的比例關系,進而得出了已知量與未知量的關系。雖然并沒有給虛位移一個特定的值。
! |( E3 y/ E3 }3 N' C在大多數情況下,我們可能很難確切的確定各虛位移之間的比例關系,或者說,可能是隨時間變化的,機構的每一個狀態,其比例關系并不一樣。但是我們有solidworks呀。我們可以給虛位移一個微小量,比如1mm或者0.1mm.然后觀察執行機構的運動情況,比如說運動了2mm或者0.2mm,那顯然,出力就是入力的2倍。
4 x# l, s3 l2 L& R9 [: w1 Z
$ W3 l) c% i* y/ b' W8 D% q這個是逍遙處士前輩的帖子,他比我講的好多了。2 y9 |$ F& p+ o6 r) A1 l/ `! w
http://www.ytsybjq.com/forum.php?mod ... hlight=%D0%E9%B9%A6
5 W% w9 K  Q' _( d' Y" b9 u" e
! z4 D0 g" D+ X- I: Tz0 \% z; N9 [% M. F/ G. _

! S' g5 r# ^' Z& R( @7 f( u! s+ b, [" V

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2#
 樓主| 發表于 2017-9-14 20:51:00 | 只看該作者
例如,有如下圖的一個連桿機構:藍色的是兩個連桿,左側連桿與固定支架(未畫出,假設是原點)鉸接,粉色的是主動件,由氣缸推動。右側棕色的是一執行機構,由灰色的直線導軌導向。假設在圖示狀態要提供100牛的擠壓力,需要用多大的氣缸?; r1 i$ `$ L+ ]. ~* x' h) l
2 w  R5 p0 O2 |  c: B( a
也許受力分析并不復雜,下面我們用虛位移原理求解。7 d. I; q5 Z) e7 \$ b, F; M* k2 a
測量主動件和從動件與固定支架的距離,如下圖:
. k1 M* B% v# r9 B7 f) Z4 g+ _, M
" e8 g- k! y6 `% G再給主動件一個0.1mm的推進量,觀察從動件的移動:
9 ?6 R1 p7 W0 |5 O7 H% c9 G; t/ `: I2 k$ F) x) T  v0 |; @( t/ H0 Z9 P
可以看出,從動件移動了125.11-124.94=0.17mm
+ Z0 b6 n; ^- H% f! I7 N1 B6 o; v假設氣缸推力為F,列虛功平衡方程為:
# ?' R8 _& |7 F, NF*0.1=100*0.17,,則氣缸推力為170N.再根據樣本就可以算出氣缸的推力了。% F) B/ J5 A1 Q) m1 n- z

, ?: u5 w% o/ Q' t1 F0 L8 G作為優化,這個機構可能是用其死點位置作為夾緊、壓緊、保持等功用,能夠自鎖。例如肘夾等。那么壓緊需要多大的力呢?可以將連桿推至接近死點的位置,計算一下。
6 ~8 q* r1 P! a& s" Z: Y& d6 e+ M# k4 S1 d; S2 m' w: G- j

8 m: D7 S5 c6 r9 K$ o

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3#
 樓主| 發表于 2017-9-14 20:55:40 | 只看該作者
本帖最后由 水水5 于 2017-9-14 21:00 編輯
# ^- U/ d( ]' x- S: k2 [1 t& P6 O
在實際設計中,我一般根據經驗,先確定一個狀態,然后根據這個狀態,利用虛位移原理求解。再加上加速度的考慮。
: K% c6 f/ P8 Z# ]8 Y8 K' o. X例如連桿機構,我根據經驗先確定氣缸受力最大的位置,然后列虛功平衡方程。一定不能偷懶,要把方程寫出來,不然移相移來移去就移錯了。做工程一定要仔細。6 [) b" r, ~8 t, T* |! v3 q! V  ^2 k

" m" R! l8 w: L4 F: Q虛位移取的越小越精確。6 d$ A; M: @( t; U1 i  P+ z* {

8 u. f! n$ p  `) Q5 h1 g" J要注意虛功是力乘以在力的方向上移動的距離。& t" g0 J4 P. |- l

7 m; {" W' \2 j大家還是多看看課本上的幾個例題,結合自己的實踐,就有更深的體會了。
+ s7 ]6 T5 B  k
4#
發表于 2017-9-14 21:03:31 | 只看該作者
上完學就忘了,前段時候搞個連桿。差點被搞死。/ u. q+ f0 a$ H% ~) N
現在看用虛位移一下就算出來啦。。。。
5#
發表于 2017-9-14 21:46:53 | 只看該作者
學習了。
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6#
發表于 2017-9-15 09:06:01 | 只看該作者
感謝樓主的分享
7#
發表于 2017-9-15 10:21:57 | 只看該作者
有效的分析受力情況,可以在選型上少走彎路,優化結構
8#
發表于 2017-9-15 13:30:29 | 只看該作者
其實也是運用能量守恒的一個思路。
9#
發表于 2017-9-15 14:18:39 | 只看該作者
感謝分享!
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10#
發表于 2017-9-15 14:21:23 | 只看該作者
學習了
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