工程力学静力学引言课件

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,*,静力学引言,静力学：,研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学,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,、,力系的等效替换（或简化）：用一个简单力系等效代替一个复杂力系,3,、,建立各种力系的平衡条件：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,静力学所研究的基本问题：,力系的简化；,力系的平衡条件及其应用。,一、,静力学研究内容,2.力,：,物体间相互的机械作用，作用效果使物体的机械运动状态发生改变,力的三要素：大小、方向、作用点.力是矢量,力是物体之间相互的机械作用，这种作用的效果是使物体的,运动状态发生变化，,同时使物体的,形状发生改变。,刚体是一个理想化的力学模型。,由于静力学研究的力学模型是刚体和刚体系统，故静力学又称,刚体静力学,。,1,.,刚体：,在力的作用下，其内部任意两点间的距离始终保持不变的物体.,二、基本概念,3.力系,：,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,4.平衡,：,物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动,力使物体形状发生改变的效应称为力的,内效应,或,变形效应；,力使物体运动状态发生变化的效应称为力的,外效应,或,运动效应,(,移动和转动,),。,第一章 静力学公理和物体的受力分析,1-1 静力学公理,公理1,力的平行四边形法则,作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定，如图所示。,它是力系简化的基础,。,公理2,二力平衡条件,使刚体平衡的充分必要条件,亦可用力三角形求得合力矢,合力(合力的大小与方向)(矢量的和),作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：,这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。,此公理提供了一种最简单的平衡力系。对于刚体此条件是充要条件，,但对变形体只是必要条件而不是充分条件。,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,在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变厡力系对刚体的作用。,作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。,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,作用于刚体上三个相互平衡的力，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。,说明不平行三力平衡的必要条件，,即：三力平衡必汇交，三力汇交不一定平衡。,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,它是受力分析必需遵循的原则。,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）,变形体,在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。,它建立了刚体力学与变形体力学的联系。,3.,约束,对非自由体的位移起限制作用的物体.,4.,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,1-2 约束和约束力,1.,自由体,位移不受限制的物体。,2.,非自由体,位移受到限制而不能作任意运动的物体。,除约束力外，非自由体上所受到的所有促使物体运动或有运动趋的力，称为,主动力,。,约束力是由主动力引起的，故它是一种,被动力,。,一、基本概念,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,二、工程中常见的约束,1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）,2、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,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,3、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）,（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）,光滑圆柱铰链（中间铰）,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,（3）,固定铰链支座,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：与圆柱铰链相同,以上三种约束（径向轴承、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,4、其它类型约束,（1）滚动支座（活动铰支座、辊轴支座）,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,(2)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,（3）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力，亦有三个正交分力 ,（2）柔索约束,张力,球铰链,空间三正交分力,止推轴承,空间三正交分力,（4）滚动支座,光滑面,（3）光滑铰链,（1）光滑面约束,法向约束力,1-3 物体的受力分析和受力图,在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）,一、画受力图步骤,3、按,约束性质,画出所有约束（被动）力.,明确研究对象所受周围的约束，进一步明确约束类型，什么约束画什么约束力。,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.,注意：,(1)受力图只画研究对象的简图和所受的全部力；,(2)每画一力都要有依据，不多不漏；,(3)不要画错力的方向，约束力要和约束性质相符，物体间的相互约束力要符合作用与反作用公理。,补充：必要时需用,二力平衡共线,、,三力平衡汇交,等条件确定某些反力的指向或作用线的方位。,例1-1,解,：画出简图,画出主动力,画出约束力,碾子重为 ，拉力为 ，、处光滑接触，画出碾子的受力图,例1-2,解,：,取屋架,画出主动力,画出约束力,画出简图,屋架受均布风力（N/m），屋架重为 ，画出屋架的受力图,例1-3,解,：,1.取 杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图(b),水平均质梁 重为 ，电动机重为 ，不计杆 的自重，画出杆 和梁 的受力图,2.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,：,1.右拱 为二力构件，其受力图如图（b）所示,3.系统整体受力图如图（d）所示,2.取左拱 ,其受力图如图（c）所示,另：考虑到左拱 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,1-5,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,：,1.绳子受力图如图（b）所示,2.梯子左边部分受力图如图（c）所示,3.梯子右边部分受力图如图（d）所示,4.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？,二、画受力图应注意的问题,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,约束力的方向,必须严格地按照约束的类型,来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,3、不要画错力的方向,4、受力图上不能再带约束。,即受力图一定要画在分离体上。,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,5、整体受力图上只画外力，不画内力。,6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相,互协调，不能相互矛盾。,7、正确判断二力构件。,