理论力学1a全本课件第1章绪论课件

1,理论力学教程,河北工业大学 工程力学系,2,一、理论力学的研究对象和内容,理论力学：研究物体机械运动一般规律的科学。,机械运动：物体在空间的位置随时间的改变。,研究内容：速度远小于光速的宏观物体机械运动，以伽利略和牛顿总结的基本规律为基础，属于古典力学的范畴。,3,二、理论力学的研究方法,观察和实验,力学最基本规律,理论体系,用于实际,力学模型,刚体、质点、弹簧质点、弹性体等,4,三、理论力学的学习目的,1.现代工程技术所必须的理论基础:如自动化、宇宙飞行等,2.专业的需要，后继课程的基础。,四、理力与物理学的区别,、理论力学理论性更强,2、理论力学研究质点系（刚体），物理学主要研究质点。,3、理论力学研究机构或结构的运动分析。,3.学会一种研究方法。,5,理论力学教程,河北工业大学 工程力学系,第一篇 静力学,8,第1章 静力学公理与物体受力分析,力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 千牛顿(kN),1-1 静力学基本概念,一、力的概念,1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变 物体的运动状态。,2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,3. 力的三要素：大小，方向，作用点,9,力系：是指作用在物体上的一群力。 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡， 我们称这个力系为平衡力系。,10,是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线 运动的状态。,二.刚体,就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。,三.平衡,11,1-2 静力学基本公理,公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线， 作用于同一个物体上。,公理1 二力平衡公理,12,在已知力系上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。 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点， 而不改变该力对刚体的效应。,因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线,公理2 加减平衡力系原理,13,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交平行力系。）,公理3 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,推论2：三力平衡汇交定理,14,公理4 作用力和反作用力定律,证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。,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,15,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,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。,16,思考,只适用于刚体的公理有哪些？,二力平衡条件和加减平衡力系公理,17,约束力：约束给被约束物体的力叫约束力。,1-3 约束与约束力,一、概念,自由体：位移不受限制的物体叫自由体。,非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。,约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 （这里，约束是名词，而不是动词的约束。）,18,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,大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束力特点：,19,工程中常见的约束类型和确定约束力方向的方法：,1.柔性体约束（柔索） 由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,特点：绳索类 只能承受拉力。,约束力方向： 沿绳索的中心线方向背离被约束的物体。,约束力: 作用在接触点,20,约束力 作用在接触点处 方向 沿接触处的公法线，指向受力物体,2.光滑接触面的约束 (光滑指摩擦不计),21,3.光滑圆柱铰链约束,22,固定铰支座,23,滑动铰支座（辊轴支座）,N的实际方向也可以向下,24,4.链杆约束,25,5.轴承约束,26,1-4 物体的受力分析与受力图,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、按约束性质根据约束类型，在去掉约束的地方画出 约束力,1、根据已知条件和求解要求确定研究对象，画出分离 体图。,2、画出所有主动力,4、检查受力图,27,例 1,已知：重物O重W。,求：分别作重物O和杆AB的 受力图。,2 、画出重物O所受的主 动力W。,28,3、画出重物O所受的约束力。 D、E处为光滑接触面约束， 其约束力分别为ND和NE。 ND垂直于杆AB， NE垂直于 墙面。,4、相同方法可以画出杆AB的 受力图。 根据三力平衡汇交 定理可 确定A处约束力RA 的方向。如图所示。,29,例 2,已知：图示三铰拱结构，在拱 BC上作用有已知载荷F。 不计各拱自重。,解：,1、取左半拱AC为研究对象，画 出其分离体图。拱AC 为二力 构件，A、C 处分别受FA、FC 作用，且 FAFC，假设方 向如图所示。,求： 分别画出拱AC和BC的 受力图。,30,2 、再取右半拱BC为研究对象。作用在拱BC上有主动力F。根据作用与反作用定律，C处受约束力FC，且FCFC。拱BC的受力图如图所示。,进一步分析右半拱BC，根据三力平衡汇交定理，可确定约束力FB沿B、D两点连线，如图所示。,31,例 3,已知：水平梁AB，A、C、D三处均为光滑铰链连接。水平梁AB重G1，电机重为G2。,解：,1、由于自重不计，CD为二 力杆，约束力FC和FD沿 CD连线，如图所示。,求：画出斜杆CD,水平梁AB(含 电机)和三角架整体的受力图。,32,2 、水平梁AB(包括电机) ， 主动力有G1和G2；D处的 约束力FD = FD；固定铰 支座A处的约束力有FAx和 FAy，指向假定，如图所示。,3 、三角架整体，主动力有G1和G2 ；约束力FC、FAx和FAy。铰链D处的力为内约束力，故不用画出。整体的受力图如图所示。,33,画受力图的步骤,1、根据已知条件和求解要求确定研究对象，画出研究 对象的分离体图。,2、根据已知条件，在分离体上画出主动力。,3、根据约束类型，在去掉约束的位置画出约束力。,4、检查受力图。,34,画受力图应注意的问题,1、将研究对象周围的约束一一解除，并根据解除约束 类型代之以相应的约束力。,2、可用静力学公理，如二力平衡公理、三力平衡汇交 定理、作用与反作用定律等来确定约束力的方向。,3、正确区分内力和外力，内力是系统内部各物体之间 的相互作用力,而外力是研究对象以外的其他物体 对研