绪论、静力学基础(魏德敏)

*,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,绪论,一、材料力学的研究对象和任务,二、基本假设,三、基本变形,结构：在荷载作用下能维持平衡,研究对象：,实体结构：大坝等,板壳结构：筒体、剪力墙，壳体等,杆系结构：桁架、网架，框架等,构件：杆、梁、柱等,杆系结构、构件,一、建筑力学的研究对象和任务,任务一：研究力系的合成和平衡问题,一、建筑力学的研究对象和任务,任务二：研究建筑结构的组成规律和合理形式,任务三：研究结构构件在荷载作用下内力和应力的计算，以确保其具有的强度,任务四：研究结构构件下在荷载作用下变形和位移的计算，以确保其具有的刚度,任务五：研究结构构件的稳定性,强度：构件在荷载作用下抵抗破坏的能力,刚度：构件在荷载作用下抵抗变形的能力,荷载,内力,应力,变形,稳定性：受压构件维持其原有直线平衡状态的能力,通过试验，研究材料的力学性能。,一、建筑力学的研究对象和任务,二、基本假设,2,、连续均匀性假设,3,、线弹性假设,弹性,P,l,线性,P,l,4,、小变形假设,h,l,f,1,、刚体、变形体假设,三、基本变形,1,、轴向拉压,两个截面沿轴向发生相对平移,2,、扭转,两个截面绕轴线发生相对转动,3,、剪切,两个截面发生相对错动,4,、弯曲,两个截面在平面内发生相对转动,静力学基础,（一）静力学有关概念,（二）公理,（三）力对点之矩,（,四）力偶,（五）约束,（六）受力分析,定义：,力是物体之间的相互机械作用，力使物体的运动状态发生改变，使物体发生变形。,力的三要素：,大小、方向、作用点,力的作用方式：,集中力、分布力,集中力（,kN,）、体分布力（,kN/m,3,）,面分布力（,kN/m,2,）、线分布力（,kN/m,）,O,x,y,z,F,A,（一）静力学有关概念,公理一：二力平衡原理,若某刚体有二力作用，则该刚体平衡的充分必要条件是：该二力相等、反向、共线。,F,F,F,F,二力杆,F,F,F,F,对于变形体，充分性不成立,公理二：平行四边形法则,作用在物体上同一点的两个力，可以合成为作用于该点的一个合力。合力矢为原来两力为邻边的平行四边形对角线矢量。,F,2,F,1,R,F,2,F,1,R,三角形法则,（二）公理,公理三：加减平衡力系原理,（二）公理,在作用于刚体上的任何一个力系中，加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用,推论,1,：力的可传性,作用于刚体上的任意力，可以沿该力作用线移动，而不改变该力对刚体的作用。,F,F,F,F,F,推论,2,：三力平衡汇交定理,若作用于刚体上的三力处在同一平面内，且相互平衡，则该三力必然汇交。,F,3,F,1,F,2,R,23,注意该定理仅具有必要性，而不具有充分性。且仅适合于平面力系。,（二）公理,公理四：作用与反作用定律,两个物体间的相互作用的力，即作用力和反作用力，总是等值、反向、共线。,A,F,F,A,A,注意：,1,、力总是成对出现的；,2,、作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，与二力平衡原理是完全不同的；,小结：,1,、公理一和公理三仅适合于刚体，公理一是力系平衡的基本原理；,2,、公理二和公理四适合于刚体和变形体，适合于静力和动力问题。公理二是力系合成的基本原理,（三）力对点之矩,F,O,h,力,F,对,O,点之矩为,其几何意义是,B,A,力对点之矩是力对物体转动效应的度量，它取决于两个方面,力的大小和指向；,矩心的位置。,合力矩定理：,平面汇交力系的合力对某点之矩等于各力对该点之矩的代数和。,F,y,O,F,y,F,x,Y,X,x,y,单位：,kNm,Nm,（三）力对点之矩,示例：大坝。求各力对,B,点之矩。,9m,3m,2.7m,P,1,P,2,G,1,G,2,3m,0.6m,P,1,=400kN,P,2,=80kN,G,1,=450kN,G,2,=200kN,B,A,0.6m,d,（四）力偶,F,F,力偶：等值、反向、平行的一对力,d,力偶矩：,单位：,kNm,Nm,组成力偶的两个力对力偶作用面内的任一点取矩恒等于力偶矩本身。,c,O,在同一平面内的两个力偶等效的必要与充分条件是两力偶之矩相等。,示例：求力系对,A,、,B,点的力矩,2kN/m,5kN,3kNm,1m,2m,1m,B,A,1,、力偶、力偶矩,（五）约束,主动力和被动力,主动力：一般指荷载,被动力：一般指约束反力,约束：与研究对象相连的周围物体，对研究对象的运动趋势构成限制。,约束的类型,1,、光滑接触面：约束反力沿接触点外法线指向作用物体,A,A,N,A,N,A,A,A,N,A,N,A,（五）约束,2,、柔体约束,:,约束反力沿柔体轴线背离作用物体,A,B,A,B,T,T,T,2,T,1,T,1,T,2,3,、铰链,:,约束反力的作用点在铰心，方相待定。,Ry,Rx,Ry,Rx,4,、固定铰支座,:,铰链的一种特殊情况，其中一端与地面相连。,Ry,Rx,（三）约束,5,、可动铰支座：约束反力与地面垂直,R,6,、链杆：约束反力沿链杆轴线方向，可拉可压,A,B,A,B,S,S,固定铰支座,可动铰支座,链杆是一种最基本的约束单元。,（六）受力分析,受力分析的目的,研究对象：可能是一个物体或由多,个物体组成,研究对象上受哪些力,哪些力已知，哪些力未知（包括大,小和方向）,作受力图的步骤,选择研究对象，去脱离体；,画主动力；,画被动力，即约束反力,示例：碾子,W,F,A,B,W,F,A,B,N,A,N,B,（六）受力分析,示例：斜梁,q,A,B,受力分析,1,A,B,q,Y,A,R,B,X,A,受力分析,2,ql,l,B,R,B,R,A,受力分析的两个层次,按约束性质,按力的简化和平衡要求,（六）受力分析,物体系：由多个物体通过某种联系组成的物体系统,外力：施力者来自于物体系以外,物体,内力：物体系内物体之间的相互,作用力,示例：三铰架,l,l,C,A,B,q,受力分析,1,整体分析,C,A,B,q,Y,B,X,A,Y,A,X,B,Y,C,X,C,Y,C,X,C,局部分析,C,A,X,A,Y,A,C,B,Y,B,X,B,（六）受力分析,示例：三铰架（续）,受力分析,2,：局部分析,R,C,C,B,R,B,R,C,C,A,R,A,ql,示例：简易起重装置,A,B,C,D,E,W,T,拆分方案,1,W,T,Yc,Xc,W,W,Rc,B,D,E,A,C,Rc,R,A,R,B,（六）受力分析,示例：简易起重装置（续）,拆分方案,2,B,E,C,Rc1,S,ED,R,B,A,C,D,W,T,S,DE,Rc1,X,A,Y,A,注意：,选定研究对象,一定要画脱离体图,根据求解方法确定进行受力分析的层次,主动力的作用方式不要随意改变、作用点不要轻易移动，尽量原汁原味,确定约束反力方向时，一定要有依据,