（本科）工程力学及其实验第1章 静力学ppt课件（全）

1、工程力学及其实验第1章 静力学工程力学及其实验制作与设计 蔡路政 皮永乐审核 孟庆东第 一 篇静 力 学 基 础第一章 静力学的基本概念和物体的受力分析主要研究内容 力学基础的基本概念 力的四个公理及刚化原理 约束和约束力 物体的受力分析与受力图本章要求1、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念2、理解静力学公理及力的基本性质3、明确各类约束对应的约束力的特征4、能正确对物体进行受力分析3、力系作用于同一物体或物体系上的一群力。 刚体是一种理想化的力学模型。2、刚体在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下，任意两点间的距离保持不变的物体。1、平衡平衡是物体机械运动的特殊形

2、式，是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。F1 AB C F2 F3 静力学是研究刚体在力系作用下平衡规律的一门科学。 引言 静力学的研究对象：刚体 静力学主要解决以下三个问题： 1.对物体进行受力分析； 静力学两个基本物理量:力和力偶、 2.力系的简化; 3.建立物体在各种力系作用下平衡条件求解未知量。 1.力的概念（1)力是物体相间的相互作用。（2)力是物体运动状态发生变化的原因。（3)力是物体形状发生改变的原因。第一节 力学基础的基本概念一.力的概念2.力的三要素 力对物体作用的效应，取决于力的大小、方向和作用点，这三个基本要素简称为力的三要素。只要其中的任何一个量改变，该力对物体

3、的作用效应就要改变。作用在刚体上的力是定位矢量！由力的三要素决定力是一种矢量,既有大小又有方向。第一节 力学基础的基本概念 3.集中力和载荷集度按力的相互作用范围分为集中力分布力集中力：力的作用面积很小， 可近似地看成作用在一个点上。分布力：力的作用面积很大。载荷集度：分布力的大小用载荷集度表示。第一节 力学基础的基本概念图（c）为作用于化工塔器上的风载 、 ，是均布力。船舶锅炉所受力为均布力第一节 力学基础的基本概念4.力系、平衡力系、等效力系、合力的概念力系：作用于一个物体上的若干个力。平衡力系：如果作用在物体上的力系使物体处于平衡状态，则称该力系为平衡力系。等效力系：如果作用在物体上的力

4、系可以用另一个力系代替，而不改变原力系对物体所产生的效应，则这两力系互为等效力系。合力和分力：如果一个力与一个力系等效，则称这个力为力系的合力，而力系中的每一个力称为合力的分力。第一节 力学基础的基本概念刚体：在受力情况下保持形状和大小不变的物体。刚体是一种理想的力学模型。一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。5、刚体的概念第一节 静力学基本概念第二节 力的四个基本公理及刚化原理一、力的四个公理公理1 （二力平衡公理） 作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两力大小相等，方向相反，并作用于同一直线上。F1F2F1F2F1-F2即只适用于刚体！说明：对刚体

5、来说，上面的条件是充要的 二力构件：只在两个力作用下平衡的构件叫二力构件。对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)二力杆第二节 力的四个基本公理及刚化原理二 力 杆 ：工程上将自重不计、只受两个力 作用而处于平衡的物体称为二力杆。图示结构中的BC杆，不计其自重时，可视为二力杆。注意：二力杆不论形状如何，其所受两个力的作用线必沿两力作用点的连线且等值、反向。G第二节 力的四个基本公理及刚化原理公理2（力的平行四边形公理） 作用于物体上同一点的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向则由以这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示。AF1F2FR矢量表达式：FR= F1+F2适用于

6、刚体和变形体！分力一定小于合力吗？分力不一定小于合力！第二节 力的四个基本公理及刚化原理公理3（加减平衡力系公理） 在已知上力系上加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。只适用于刚体！第二节 力的四个基本公理及刚化原理推论1 (力的可传性)作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移到刚体内任意一点，而不改变该力对该刚体的作用。例：在水平道路上用水平力F作用于A点推车或用F力作用于B点拉车，可以产生同样效果。作用在刚体上的力是滑动矢量！第二节 力的四个基本公理及刚化原理推论2 (三力平衡汇交定理)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

7、用线共面。（不平行的三个力平衡的必要条件）第二节 力的四个基本公理及刚化原理公理4（作用和反作用公理） 任何两物体间相互作用的力，总是大小相等、方向相反，并分别作用在两个相互作用的物体上。思考：作用与反作用定律和二力平衡条件有何区别？第二节 力的四个基本公理及刚化原理变形体在已知力系的作用下处于平衡状态，如果把它们看成刚体其平衡不受影响。但刚体的平衡条件对变形体来说只是必要条件。二.刚化原理第二节 力的四个基本公理及刚化原理第三节 约束和约束反力一. 基本概念主 动 力：使物体产生某种形式的运动或运动 趋势的力。约 束：对物体运动起 限制作用的其 他物体。被约束物：被限制的物体。约束被约束物G

8、约 束 力：约束施加于被约束物体上的力。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：GGN1 N2 第三节 约束和约束反力柔性约束 光滑接触面（线、点）约束圆柱销铰链支座约束固定铰链支座活动铰链支座中间铰链支座二 常见的约束形式和确定约束力的分析第三节 约束和约束反力1.柔性约束：柔软、不可伸长的约束物体 特 点：只能承受拉力，不能承受压力 GG如图：用绳子悬吊一重物G，绳子对重物的约束力为常见的有：绳索、链条、皮带。作用点：接触点；方向：沿柔体的中心线背离物体。 第三节 约束和约束反力第三节 约束和约束反力练习：第三节 约束和约

9、束反力2.光滑接触面约束：当两物体接触面之间的摩擦力小到可以忽略不计时，可将接触面视为理想光滑的约束。特点：只能限制物体沿接触面公法线指向约束物体物体的运动。FNG公切面公法线PnOPOAFN第三节 约束和约束反力2、理想光滑接触面约束作用点：作用在接触处；方向：沿接触处的公法线指向受力物体。 第三节 约束和约束反力光滑接触面约束实例第三节 约束和约束反力3.圆柱铰链约束圆柱铰链约束第三节 约束和约束反力圆柱铰链约束：两个构件用圆柱形光滑销钉连接。销 钉运动特性只允许两构件绕销钉轴线有相对转动。第三节 约束和约束反力作用点：铰链中心方向：用两个正交分力Fx、Fy来表示中间铰链约束力的表示方法：

10、简化表示：约束力表示：第三节 约束和约束反力4.圆柱销铰链支座约束第三节 约束和约束反力作用点：铰链中心方向：用两个正交分力Fx、Fy来表示固定铰链约束力的表示方法：FyFxF简化表示：约束力表示：（1）固定铰链约束第三节 约束和约束反力（2）活动铰链约束（辊轴支座）第三节 约束和约束反力N的实际方向也可以向下N第三节 约束和约束反力活动（滑动）铰链支座 约束力的作用点：铰链中心；约束力的方向：沿接触面的法线方向，指向不定。活动铰链约束力的表示方法：第三节 约束和约束反力第四节 物体的受力分析与受力图受力分析就是研究某个指定物体受到的力(包括主动力和约束力)，并分析这些力的三要素；将这些力全部

11、画在图上。该物体称为研究对象，所画出的这些力的图形称为受力图 画受力图的方法与步骤：1、确定研究对象，取分离体3、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生 运动或运动趋势的力）4、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束 反力（研究对象与周围物体的连接关系）2、先确定分离体是否是二力构件第四节 物体的受力分析与受力图画受力图时，应注意以下几点： 1. 研究物系时,应区分系统外力与内力。物系以外的物体对物系的作用称为系统外力,物系内各部分之间的相互作用力称为系统内力。 2.物体系统中一般都有二力构件。先找出二力构件，然后依次画出与二力构件相连构件的受力图。 3.当分析两物体间相互的作用力时，应遵

12、循作用力与反作用力定律。第四节 物体的受力分析与受力图第四节 物体的受力分析与受力图例 1-1 简支梁AB如图所示。A端为固定铰链支座，B端为活动铰链支座，并放在倾角为的支承斜面上,在AC段受到垂直于梁的均布载荷q 的作用，梁在D点又受到与梁成 倾角的载荷F的作用。梁的自重不计。试画出梁AB的受力图。FqBDCA第四节 物体的受力分析与受力图画出梁AB的轮廓 qBDCFA画主动力:有均布载荷q 和集中载荷F 画约束力:A端为固定铰链支座,约束反力可以用FAx、FAy两 个分力来表示FAyFAxB 端为活动铰链支座,其约束力FN 通过铰心而垂直于斜支承面 FN例 1-3 如图所示的三铰拱桥,由左

13、右两拱铰链联接而成。设各拱自重不计,在拱AC上作用载荷F。试分别画出拱AC和BC的受力图。 FF分析BC拱的受力。拱BC受有铰链C和固定铰链支座B的约束, CB杆为二力杆。力的指向一般由平衡条件来确定。分析拱AC的受力。拱在铰链C处的约束力根据作用和反作用定律得到, 拱在A处受有固定铰链支座给它的约束力。FBFCFAxFAy取整体为研究对象，受力分析如图：FFAxFAyFB例题1-4 、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。例 作梯子AB部分受力图习题参考解答或提示l-1 根据题l-1A图所示各物体单件所受约束的特点，分析约束并画出它们的受力图。设各接触面

14、均为光滑面，未画重力的物体表示重力不计。题1-1A图解1-1A图所示各物体系统的整体受力图如题1-1B图所示。单件受力图略。题1-1B图题1-2A图解1-2A图所示各物体系统的整体受力图如题1-2B图所示。单件受力图略。题1-2B图1-2画出题1-2A图所示各物体系统的单件及整体受力图。设各接触面均为光滑面,未画重力的物体表示重量不计。题1-3A图题1-3B图1-3 画出下列题1-3A图示各物体系统的单件及整体受力图。设各接触面均为光滑面，各物体质量忽略不计。解 画出题1-3 A图b）、c)所示两图的受力囱如1-3B图b）、c所示(a图所示受力图独立完成)题1-4图*1-4简易起重机如题1-4a