静力学基本概念与物体受力分析课件

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,*,工程力学,引 言,工程力学的研究内容,工程力学,是一门研究物体的机械运动以及构件的强度、刚度和稳定性的科学。,理论力学,研究物体机械运动的一般规律的科学。,材料力学,研究构件强度、刚度和稳定性等计算原理的科学。,静力学,主要研究力系的简化和物体平衡时作用力之间的关系,运动学,从几何的观点研究点和刚体的运动，而不考虑作用于点和刚体上的力,动力学,研究作用于物体上的力与运动变化之间的关系,第一章,静力学基本概念,与,物体受力分析,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。,1-1,静力学基本概念,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。,平衡,：物体相对惯性参考系（如地面）静止或,作匀速直线运动。,几个基本概念：,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。,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）,(,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,1-2,约束和约束力,工程常见的约束,1,、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。,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,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（经向轴承、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,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反力，亦有三个正交分力 。,（,1,）光滑面约束,法向约束力,（,2,）柔索约束,张力,（,3,）光滑铰链,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,在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力）,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,1-3,受力图,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 画出屋架的受力图。,什么叫均布力？集中力？,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 ，电动机重为 ，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),什么叫二力杆？有两个绞点，只在绞点受力。,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,解：,右拱 为二力构件，其受力图如图（,b,）所示,不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱,AC,、,BC,的受力图与系统整体受力图。,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,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：,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？,