(静力学基本概念与物体受力分析).ppt

1-1静力学基本概念,第一章静力学基本概念与物体受力分析,1-2静力学公理,1-3约束和约束力,1-4受力图,研究物体的受力和平衡的规律。,研究物体在外力作用下的内力、变形和失效的规律。,工程力学,静力学,材料力学,提出保证构件具有足够强度、刚度和稳定性的设计准则和方法。,1-1静力学基本概念,强度失效,构件应有足够的抵抗破坏的能力(足够的强度),构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或断裂,塑性变形,断裂,塑性变形+断裂,构件在外力作用下产生过量的弹性变形,构件应有足够的抵抗变形的能力(足够的刚度),风振作用下扭曲变形,发射架的刚度要求很高,刚度失效,稳定失效,构件应有足够的保持原有平衡状态的能力(足够的稳定性),构件在外力作用下其平衡形式发生突然改变,稳定失效,将研究对象从周围物体中分离出来，作为受力体分析所受力，作出受力图。,物体的受力分析,分析BC杆的受力，作出受力图,力系的简化,1.力系等效,2.力系的简化,作用在刚体上的力系用另一力系代替而不改变对刚体的效应。,用最简单的力系等效代替复杂的力系。,刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系满足的条件。,力系的平衡条件,求F1、F2,根据平衡条件可求作用在平衡刚体上的未知力。,一、刚体的概念,刚体是在力的作用下不变形的物体。,任何物体在力作用下有变形，当物体变形不大或变形对所研究的问题没实质影响时，可将物体抽象为刚体。,杆件变形非常小,二、平衡的概念,平衡是指物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。,工程技术中常把固连于地球的参考系视为惯性参考系，平衡则指物体相对于地球处于静止或作匀速直线平移。,静止,匀速直线运动,三、力和力系的概念,力的作用效应,1.力,外效应（运动效应）,内效应（变形效应）,力的三要素,力的作用点,力的方向,力的大小,力是物体间相互的机械作用。,具有一方向的带箭头的线段表示力,线段的起点或终点表示力的作用点,线段的方向和箭头的指向表示力的方向,力是矢量,力的方向指静止质点在力作用下开始运动的方向,力的作用点是物体相互作用位置的抽象化,力的大小反映物体间相互作用的强度（力的国际单位:N，工程单位:kgf）,2力系,力系是作用在物体上的一群力。,平衡力系,等效力系,等效力系指分别作用于同一物体其效应相同的两个力系。,平衡力系指作用于刚体使其保持平衡的力系。,平面力系,平面力系指力系中力作用线在同一个平面内。,空间力系指力系中力作用线不在同一个平面内。,空间力系,汇交力系,平行力系,任意力系,汇交力系指力系中力作用线汇交于一点。,平行力系指力系中力作用线平行。,任意力系指力系中力作用线任意分布。,一、二力平衡公理,作用在刚体上的两个力，平衡的充分与必要条件：两个力的大小相等、方向相反、作用在一直线上。,1.对于变形体，以上为必要而非充分条件。,1-2静力学公理,2.二力构件,在二力作用下平衡的构件。,二力必等值反向,二力构件是否一定是直杆?,二力作用线必沿二力作用点的连线,在已知力系上加减任意平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。,二、加减平衡力系公理,力系等效,1.简化力系,将已知力系中的平衡力系去掉，不会改变刚体的运动效应。,力系简化,2.力的可传性原理,力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用线,力沿其作用线可平移至刚体上任意点而不会改变刚体的运动效应。,力的三要素：力的大小、力的方向、力的作用点,刚体,加平衡力,减平衡力,作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，其大小和方向由这两个力所构成的平行四边形的对角线表示。,三、力的平行四边形法则,1.力的三角形法则,作用于物体某一点上两个力的合力，作用于同一点，两个力首尾依次相连，合力的大小和方向由第一个力的始点到第二个力的终点表示。,力合成矢量表达式,2.三力平衡汇交,作用在刚体同一平面内的三个互不平行的力平衡，三力的作用线必须汇交于一点。,四、作用与反作用定律,两物体间互相作用的力总是同时存在，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。,约束,主动力,约束对被约束物体的作用力，方向与阻碍的物体运动方向相反。,对物体运动构成限制的物体称为被限制物体的约束。,使物体运动或有运动趋势的力。,约束力,1-3约束和约束力,一、柔索,2.约束力特点,1.约束性质,约束只能承受拉力，不能承受压力和抵抗弯曲。,约束力F作用于柔索和物体的连接处，方向沿柔索背离被约束物体。,二、光滑支承面,约束力F沿接触面公法线指向物体。,1.约束性质,限制物体沿接触面公法线指向约束方向的位移。,2.约束力特点,三、光滑圆柱铰链,1.约束性质,两物体用光滑圆柱体相连，限制物体在与圆柱体轴线垂直的平面内移动。,2.约束力特点,约束力F通过接触点并沿接触面法线方向。,约束力F通常用通过铰链中心的两个互相垂直的分力Fx、Fy表示。,通常接触点与被约束物体所受主动力有关，故约束力F方向不能确定。,约束力Fx、Fy可看成是销钉与固定支座整体对物体的作用力，实际是销钉对物体的作用力。,固定铰支座约束,中间铰约束,中间铰平衡,作用力与反作用力,四、活动铰链支座,约束力F垂直于滚子支承面通过铰链中心。,1.约束性质,活动铰链支座限制物体沿接触面法线方向移动，不限制物体的转动和沿接触面切线方向移动。,2.约束力特点,五、光滑球形铰链,通过接触点和球心指向物体，通常用互相垂直的分力Fx、Fy、Fz表示。,1.约束性质,限制物体在空间上任意移动，不限制绕此点任意转动。,2.约束力特点,六、轴承,2.约束力特点,1.约束性质,向心轴承,通常用通过轴中心的两个互相垂直的分力Fx、Fy表示。,限制轴承在与轴垂直的平面内移动。,2.约束力特点,止推轴承,1.约束性质,限制物体在垂直于轴线的平面内径向运动，而且限制单方向的轴向运动。,通常用互相垂直的分力Fx、Fy、Fz表示。,七、二力构件,1.约束性质,2.约束力特点,二力构件限制物体沿二力构件的两作用点的连线运动。,二力构件对物体的约束力沿两作用点的连线。,例：重P的匀质圆轮在边缘A点用绳系住，绳AB通过轮心C，圆轮边缘D点靠在光滑的固定曲面上，试画出圆轮的受力图。,1-4受力图,例：重为P的均质圆柱夹在重为W的光滑均质板AB与光滑的铅垂墙之间，均质板在A端用固定铰链支座固定在铅垂墙上，在B端以水平绳索BE系在墙上。试画出圆柱C与板AB组成的刚体系整体的受力图及圆柱C与板AB的受力图。,例：杆AC和杆BC在C点用光滑铰链连接，DE间系有绳索，A处为固定铰链支座，B端搁在光滑水平面上，在杆AC的中点作用集中力FH。不计杆重，试分别画出杆AC和BC整体，杆AC和杆BC的受力图。,受力分析总结：,明确研究对象，将研究对象从系统中隔离出来。,画出研究对象的主动力。,分析研究对象每一处的约束，根据约束的特征分析约束力。,应用公理、推论（二力构件二力共线、三力平衡汇交）确定某些约束力的方向。,物体互相接触，应用作用与反作用定律分析（画系统的受力图时，内力是平衡力系可去掉不画；系统、部分、单个刚体受力图的力的符号、方向要协调）。,