工程力学 第一章 静力学的基本知识和物体的受力分析

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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,*,作业要求1.认真抄题、画题图(用铅笔),写清解题过程。,2.请在作业本封面上写明:年级、专业、班级。例如:05建筑。并在右上角写上你学号的末两位数字。3.请学习委员收齐本班作业本后,按学号排好顺序,再交给老师。,静力学:,是研究物体在力系作用下的平衡,规律的科学。,1、物体的受力分析:分析物体(包括物体系)受哪些力,每个力的作用位置和方向,并画出物体的受力图。,2、力系的合成(或简化):用一个简单力系等效代替一个复杂力系。,3、力系的平衡条件:建立各种力系的平衡条件,并应用这些条件解决静力学实际问题,。,包含以下三个主要内容,静力学在工程技术中有很广泛的应用,是后续课程的基础,静力学引言,第一章 静力学的基本知识,和 物体的受力分析,1-1基本概念:,一、力:,物体间相互的一种机械作用,,1、力的作用形式:直接接触;间接接触,3、力的三要素:大小、方向、作用点。,力是矢量。集中力、分布力,2、力的作用效应:,使物体的机械运动状态发生改变,外效应;,使物体的形状发生改变,内效应,介绍静力学基本知识 ,5条公理,约束和约束反力的概念,物体受力分析的方法,对画受力图进行训练。,二、刚体:,绝对不变形的物体,或物体内任意两点间的距离不改变的物体。是理想的力学模型,三、平衡:,物体相对惯性参考系(如地面)静止或作匀速直线平动。,四、力系:,同时作用于一物体上的一群力。,可分为:,平面,汇交(共点)力系,,平面,平行力系,,平面,力偶系,,平面,任意力系;,空间,汇交(共点)力系,,空间,平行力系,,空间,力偶系,,空间,任意力系。,1-2 静力学公理,公理1 力的平行四边形法则,合力(合力的大小与方向),(矢量和),亦可用力三角形求得合力矢,此公理表明了最简单力系的简化规律,是复杂力,系简化的基础。,公理2 二力平衡条件,使,刚体平衡的充分必要条件,最简单力系的平衡条件,公理3 加减平衡力系原理,推理1 力的可传性,作用在刚体上的力是滑动矢量,力的三要素为,大小、方向和作用线。,推理 2 三力平衡汇交定理,平衡时 必与 共线则三力必汇交,O,点,,且共面。,公理4 作用和反作用定律,作用力和反作用力总是同时存在,同时消失,等值、反向、共线,作用在相互作用的两个物体上。,在画物体受力图时要注意此公理的应用。,公理5 刚化原理,柔性体(受拉力平衡),刚化为刚体(仍平衡),反之不一定成立,因对刚体平衡的充分必要条件,对变形体是必要的但非充分的。,刚体(受压平衡),柔性体(受压不能平衡),约束:对非自由体的位移起限制作用的物体。,约束力:约束对非自由体的作用力。,约束力,大小待定,方向与该约束所能阻碍的位移方向相反,作用点接触处,1-3 约束和约束反力,1、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束,柔,索只能受拉力,又称张力。用 表示。,工程常见的约束,柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。,胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向,为拉力。,2、具有光滑接触面(线、点)的约束,(光滑接触约束),光滑支承接触对非自由体的约束力,作用在接触处;方向沿接触处的公法线并指向受力物体,故称为法向约束力,用 表示。,3、光滑圆柱铰链,约束特点:由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成,如剪刀。,约束力:,光滑圆柱铰链:亦为孔与轴的配合问题,与轴承一样,可用两个正交分力表示。,其中有作用反作用关系,一般不必分析销钉受力,当要分析时,必须把销钉单独取出。,4、,固定铰支座,约束特点:,由上面构件1或2 之一与地面或机架固定而成。,约束力:与光滑圆柱铰链相同,以上两种约束(光滑圆柱铰链、固定铰链支座)其约束特性相同,均为轴与孔的配合问题,都可称作光滑圆柱铰链。,5、可动铰支座,约束特点:,在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成。,约束力,:,构件受到光滑面的约束力。,6、轴承,(1)、径向轴承(向心轴承),约束特点,:轴在轴承孔内,轴为非自由体、轴承孔为约束。,约束力:,当不计摩擦时,轴与孔在接触为光滑接触约束法向约束力。,约束力作用在接触处,沿径向指向轴心。,当,外界载荷不同时,接触点会变,则约束力的大小与方向均有改变。,可用二个通过轴心的正交分力 表示。,(,2),、,止推轴承,约束特点:,止推轴承比径向轴承多,一个,轴向的位移限制。,约束力:,比径向轴承多一个轴向的约束反力,亦有三个正交分力 。,7、,球铰链,约束特点,:通过球与球壳将构件连接,构件可以绕球心任意转动,但构件与球心不能有任何移动。,约束力,:当忽略摩擦时,球与球座亦是光滑约束问题。,约束力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。,(1)柔索约束,张力,(2)光滑面约束,法向约束力,(3)光滑铰链,(6)止推轴承,空间三正交分力,(5)可动铰支座,光滑面,(7)球铰链,空间三正交分力,(,4)固定,铰支座,1-,4,物体的受力分析和受力图,一、受力分析:分析物体受到哪些力作用,哪些是已知 力,哪些是未知 力,画受力图步骤:,3、按约束性质,画出所有约束(被动)力,1、取所要研究物体为研究对象(隔离体),画出,其简图,2、画出所有主动力,二、受力图:画出物体受到的所有力,主动力和约束力(被动力)。,例,1-1,碾子重为 ,拉力为 ,处光滑接触,画出碾子的受力图。,解:画出简图,画出主动力,画出约束力,例,1-2,屋架受均布风力 (,N/m),,屋架重为 (,N),,画出屋架的受力图。,解:取屋架,画出主动力,画出约束力,画出简图,例,1-3,水平均质梁 重为 ,电动机为 ,不计杆 的自重,画出杆 和梁 的受力图,。,图(,a),解:,取 杆,其为二力构件,简称二力杆,其受力图如图(,b),取 梁,其受力图如图,(,c),若,这样画,梁 的受力图又如何改动?,杆的受力图能否画为图(,d),所示?,例,1-4,不计三铰拱桥的自重与摩擦,画出左、右拱 的受力图与系统整体受力图。,解:,右拱 为二力构件,其受力图如图(,b),所示,取左拱,AC,其受力图如图(,c),所示,系统整体受力图如图(,d),所示,考虑到左拱 在三个力作用下平衡,也可按三力平衡汇交定理画出左拱 的受力图,如图(,e),所示,此时整体受力图如图(,f),所示,讨论:若左、右两拱都考虑自重,如何画出各受力图?,如图,(g),(h),(i),例,15,不计自重的梯子放在光滑水平地面上,画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力图。图(,a),解:,绳子受力图如图(,b),所示,梯子左边部分受力图如图(,c),所示,梯子右边部分受力图如图(,d),所示,整体受力图如图(,e),所示,提问:左右两部分梯子在,A,处,绳子对左右两部分梯子均有力作用,为什么在整体受力图没有画出?,
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