理论力学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,刚体静力学,刚体在力系作用下的平衡规律,相对于惯性系保持 静止或匀速直线运动,力系：,作用于物体上的一群力,1,刚体静力学,1,.,物体受力分析,刚体静力学,、,动力学基础,2.,力系的等效和简化,静力学,、,动力学基础,3.,力系的平衡条件和平衡方程,工程设计基础,等效力系,:,对同一,刚体,产生相同作用效应的力系,合力,:,与某力系等效的力,2,刚体静力学模型,工程常见约束及约束反力,受力分析,第一章,静力学公理和物体的受力分析,3,1.,刚体静力学模型,4,飞机着陆装置,匀速沿着跑道运动,轮,O,所承受的力?,刚体静力学模型,5,物体的理想化,受力的理想化,接触和连接方式的理想化,要解决的问题,刚体静力学模型,6,刚体静力学模型,1.1,物体的理想化,刚体（不变形的物体）,研究塔吊不致倾倒，确定所需配重,刚体,塔吊和组成塔吊的每一根杆件是否安全,变形体,7,刚体静力学模型,1. 力的概念,力是物体间相互的机械作用。这种作用使物体,运动状态,发生变化或使物体产生,变形,。,A,C,C,A,运动效应,变形效应,1.2,受力的理想化,注意：,力作用于,可变形的物体,：既有,变形,效应，也可能有,运动,效应。,力作用于,刚体,：不会有,变形,效应，只可能有,运动,效应。,8,刚体静力学模型,2,. 力对物体的作用效果取决于：,力的三要素：大小、方向和作用点。,可用一个矢量表示,力的三要素表明，力是有固定作用点的,定位矢量,。,9,刚体静力学模型,1.2.,3.受力的理想化集中力、分布力,真实地：受到相互接触面上的分布力,当力的作用面积很小时集中力,10,刚体静力学模型,1.3,接触和连接方式的抽象和理想化,约束,自由体：,其运动没有受到其它物体预加的直接制约的物体,11,刚体静力学模型,约束：,对非自由体运动起制约作用的周围物体,非自由体：,其运动受到其它物体预加的直接制约的物体,约束反力：,约束作用于被约束物体的力,12,约束反力的性质：,约束反力作,用于接触点，,总是与约束,所能阻止的物体运动方向相反。,刚体静力学模型,若列车是非自由体，其约束体？,铁轨作用在车轮上的力为约束力,铁轨是约束体,13,刚体静力学模型,物体受力分类,主动力,约束力,（主动施加的力）,（约束施加于被约束物体上的力）,重力、风力、水压力,被动力，其方向取决于约束的类型,14,2.工程常见约束与约束反力,15,2.工程常见约束与约束反力,理想约束：接触面绝对光滑,非理想约束：接触面存在摩擦,由刚性程度：柔性约束 刚性约束,16,工程常见约束与约束反力,2.1,柔性约束,柔性约束只能承受拉力,约束,反,力：,沿柔索而背离被约束物体，作用于连接点。,17,链条约束与约束力,18,工程常见约束与约束反力,2.2,刚性约束,约束与被约束物体均为刚体，两者间为刚性接触,2.2.1 光滑接触面约束（设接触面光滑无摩擦）,限制物体沿接触面法线向约束内部的位移,约束力,沿接触面的,公法线,指向被约束物体,常称为法向约束力,19,20,F,R,思考：杆与滑槽的约束反力？,21,B,A,C,作,ABC,受力图,22,工程常见约束与约束反力,2.2. 2 光滑圆柱铰链约束,首都机场候机楼顶棚拱架支座,铰,(,Hinge),23,将具有相同圆孔的两构件用圆柱形销钉连接起来，称为,中间铰约束,实质为光滑面接触,一个过轴心的未定方向的反力,一对互相正交的约束反力,24,工程常见约束与约束反力,固定铰支座,构件的端部与支座有相同直径的圆孔，用一圆柱形销钉连接起来，支座固定在地基或者其他结构上。这种连接方式称为固定铰链支座，简称为固定铰支(,smooth cylindrical pin support)。,桥梁上的固定支座就是固定铰链支座。,25,26,销钉的意义,中间铰,固定铰支座,27,销钉的意义,当销钉上,没有其它外力作用,时：,非必要时不必将销钉单独取出，可随意归入某一物体,28,工程常见约束与约束反力,轴承约束（径向轴承）,约束力的特征,与铰链的约束力完全相同,29,工程常见约束与约束反力,2.2. 3 滚动支座约束,在铰链支座与光滑支承面间安装几个辊轴构成，亦称辊轴支座约束。,约束性质与光滑面约束相同，其约束力垂直于支承面，通过铰销中心。,30,31,工程常见约束与约束反力,2.2. 4 球形铰链约束,限制物体沿任何方向的位移，不限制沿球心的空间转动。,约束力通过球心，但方向不能确定，常用三个正交分量表示,A,A,人造髋关节,32,工程常见约束与约束反力,2.2. 5 止推轴承,与径向轴承不同，除限制轴的径向位移外，还限制其轴向位移。,约束力由三个正交分量表示,33,34,3.静力学基本公理,静力学基本公理概括了力的基本性质,，是建立静力学理论的基础,公理1 力的平形四边形法则,复杂力系简化的基础,矢量表达式,是力的合成法则，也是力的分解法则,既适用刚体也适于变形体,35,公理2 二力平衡公理,静力学基本公理,最简单的平衡条件,作用在刚体上的两个力,，使刚体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。,对变形体只是必要条件！,F,1,F,2,36,静力学基本公理,只在两力作用下平衡的刚体称为二力体或二力构件,。,当构件为直杆时称为二力杆。,F,1,F,2,37,D,C,W,A,B,38,静力学基本公理,公理3 加减平衡力系公理,研究力系等效的重要依据,已知力系上加或减去任意平衡力系,，并不改变原力系对刚体的作用。,只适于刚体！,39,静力学基本公理,推理,1,力的可传性,作用在刚体上某点的力，可沿其作用线移动，而不改变它对刚体的作用,。,力对刚体的作用决定于,：,力的大小、方向和作用线。,力是有固定作用线的,滑动矢量,。,40,静力学基本公理,根据力的可传性，作,D,的受力图，,此受力图是否正确？,分析整个系统平衡时，作用力是否可沿其作用线移动？,41,静力学基本公理,推理,2,三力平衡汇交定理,作用于刚体上相互平衡的三力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。,42,静力学基本公理,公理4 作用与反作用定律,概括了物体间相互作用的关系,两物体间的相互作用力,，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。分别作用在两个相互作用的物体上。,适于刚体及变形体,运动状态或平衡状态,43,静力学基本公理,公理5 刚化公理,将变形体看作刚体的条件,变形体在某一力系作用下处于平衡时，如将其刚化为刚体，其平衡状态保持不变。,刚体平衡条件是变形体平衡的必要条件而非充分条件,44,4.受力分析,物体的受力分析：,确定物体受了几个力，每个力的作用位置和力的方向。,取分离体（研究对象）：,为了清晰地表示物体（即研究对象）的受力情况，将其从约束中分离出来，单独画出它的简图。,受力图：,在分离体上表示物体受力情况的简图,45,受力分析初步,画受力图的步骤,：,1、,根据题意,选取研究对象,，并用尽可能简明的轮廓 把它单独画出，即取分离体。,2、,画出作用在分离体上的,全部主动力。,3 、,根据各类约束性质逐一画出,约束力。,46,例,1,试画碾子的受力图。,受力分析初步,47,例,2,：,结构如图所示，不计构件自重，,画出,AB,杆的受力图。,D,C,W,A,B,W,A,B,D,C,A,B,W,C,CD,杆为二力构件,A,B,W,C,48,例,3,图示结构中各杆重力均不计，所有接触处均为光滑接触。,试画出:,构件,AO,、,AB,和,CD,的受力图。,49,50,例,4,试画出,构件,AB,和,BC,的受力图,51,例,5,作梯子,AB,部分受力图,受力分析初步,52,例,6,如图所示平面构架，由杆,AB、DE,和,DB,铰接而成。试画出各杆、各滑轮、销钉,B,及整体的受力图。,杆,DB,滑轮,杆,DE,53,滑轮,杆,AB,销钉,B,滑轮与销钉,B,54,例,6,如图所示平面构架，由杆,AB、DE,和,DB,铰接而成。试画出各杆、各滑轮、销钉,B,及整体的受力图。,整体,除杆,DB、DE,以外的物体系统,55,56,受力分析初步,例,7,57,受力分析初步,58,例,8,图示结构中各杆重力均不计，所有接触处均为光滑接触。,试画出,:,整体受力，,CID,杆受力,AB,杆受力,图。,解：,1.,整体受力：,2.,CID,杆受力：,3,.,AB,杆受力：,59,例,9,：,画出滑轮、,CD,杆、,AB,杆和整体受力图。,W,A,B,C,D,W,W,1,、研究滑轮,2,、研究,CD,杆,A,B,C,3,、研究,AB,杆,4,、研究整体,W,W,C,A,B,注意：,研究整体时，不画物体间的内力。,60,结论与讨论,下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？,61,结论与讨论,下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？,62,结论与讨论,下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？,63,结论与讨论,下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？,64,结论与讨论,下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？,65,物体系统,ABCD,及物体,ABC,、,CD,受力图是否正确？,先,取研究对象。然,后,进行力系的简化合成！,66,受力分析,受力分析时应注意：,1. 利用简单的平衡条件，如二力平衡条件，三力汇交一点定理以及利用作用反作用定律正确、简洁地画出物体的受力图。,2. 当所研究的问题由多个物体组成，也可取由几个物体组成的系统为研究对象，取分离体。,3. 画受力图力时，必须考虑作用力与反作用力关系，区分内力和外力。分离体内任何两部分间互相作用的力称为内力，它们成对出现，组成平衡力系，不必画出。,67,AB,BCD,FG,DEF,作,AB,、,BCD,、,DEF,、,FG,、,整体受力图,整体,68,C,D,A,BC,杆,q,刚架,CDA,AB,杆,整体,销钉,A,作,CDA,、,BC,、,A B,、,整体,、,销钉,A,的受力图,69,本章习题,1-1,、,2,、,4,、,5,3-1,、,2,习题要求,1）要抄题，画原图；,2）用铅笔、直尺作图；,70,本章小结,1. 静力学研究作用在物体上力系的平衡。具体研究以下三个问题。,（1）物体的受力分析：,（2）力系的等效替换：,（3）力系的平衡条件及其应用。,2. 静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律。,3. 约束和约束力,4. 物体的受力分析和受力图是研究物体平衡和运动的前提。,71,