第一单元静力分析基础

工程力学第一单元静力分析基础

通过本单元的学习了解力学的发展历史以及力学在工程实际中的应用，掌握力学中的相关概念，理解各种约束类型的特点和约束力的画法，掌握物体受力分析的方法。学习目标综合知识模块一工程中的力学

力学发展简史

能力知识点1力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。牛顿继承和发展前人的研究成果,提出物体运动三定律。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。

在我国，有关力学的生产实践活动更是源远流长。力学与现代工程能力知识点2长期以来，力学始终与土建、机械、船舶、航空等工程技术紧密结合。

早期的汽车现代的跑车

工程中的相关术语

能力知识点3

用来变换或传递能量、物料和信息，能减轻或替代人类劳动的工具。

一、机器与机构机器例如：钉鞋机执行装置：提线、压角板、针杆传动装置：凸轮机构原动装置：手柄机器的组成原动装置传动装置执行装置

具有确定地相对运动构件的组合体。机构可以传递机械运动和动力或改变机械运动的形式。机构单缸内燃机机器连杆机构凸轮机构机构二、构件与杆件构件

机构中最小的运动单元。

杆件

长度远大于其他两个方向尺寸的构件。

构件根据几何特征可分为杆、板、壳、块曲杆：轴线是曲线的杆。杆件轴线：截面形心的连线。横截面：垂直于杆的轴线的截面。直杆：轴线是直线的杆。等直杆：各横截面相同的直杆。能力知识点4

力的基本概念

物体相对地球保持静止或做匀速直线运动的状态。物体之间的相互的作用。（2）力产生的效应（1）力外效应---物体运动状态发生变化。内效应---物体的形状发生变化。（3）物体平衡力的大小、力的方向、力的作用点。力的大小、力的方向。（5）力的三要素符号：印刷体F

手写体F（4）力是矢量（6）力的表示方法FAAF线段的终点为作用点线段的起点为作用点（7）力系力系平面力系汇交力系平行力系任意力系空间力系由若干个力组成的系统。平面汇交力系平面任意力系平面平行力系（8）刚体在外力作用下，大小和形状保持不变的物体。说明

刚体是一个理想化的力学模型，实际上是不存在的。实际物体在力的作用下，都会产生程度不同的变形，但微小变形对所研究物体的平衡问题不起主要作用，可以忽略不计，这样可以使问题的研究大为简化。（9）工程中常见的力集中力

当力的作用范围远远小于杆件长度时，可以认为作用于一点的力。F作用在杆件上的力均匀分布在杆的全长或部分长度。ABq(N/m)用单位长度上的力表示。单位是N/m均布载荷能力知识点5

力的基本性质

公理1二力平衡公理

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：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。刚体保持平衡力等值、反向、共线必要充分二力杆(构件)

二力杆（构件）所受的力必沿着两个力作用点的连线，而与杆件形状无关。二力杆（构件）只受两个力作用的杆件（构件）。

说明

F1F2F1F2二力杆二力构件公理2加减平衡力系公理

在已知力系上加上或者减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。FA且F1=F2=FF1F2BBF加上平衡力F1、F2减去平衡力F、F1推论1力的可传性原理

作用在一个刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移动到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用效应。

刚体上力的三要素：大小、方向、作用线CABFABCF力不能从一个刚体移到另一个刚体力的可传性适用范围：一个刚体伸长量ＦＦＦＲＦＲ刚体ＦＦ变形体伸长量公理3力的平行四边形公理

作用在刚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、方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。

已知：F1F2两力且互相垂直。求合力

tanα=F1/F2FRαF2F1

F1F12+F22FR=力的大小：力的方向：F2F1αFRFRαF2F1力的三角形法则：任意两个力首尾相接，合力为第一个力的起点指向第二力的终点。F1F3F2OF12F1F2F3OFRF12F3OF1F3F2OF2FRF1F3力的多边形法则：若干个力首尾相接，构成折线，合力为第一个力的起点指向最后一个力的终点。公理4作用与反作用公理

两物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿同一条直线，分别作用在这两个物体上。

F1F2ABF1FABF，F2作用力与反作用力表达式：综合知识模块二刚体的受力分析

能力知识点1

工程中常见的约束

约束力：约束给被约束物体的作用。自由体：在空间的位置不受任何限制，可以做任意运动的物体。非自由体：因为受到周围其它物体的限制而不能做任意运动的物体。约束：限制某些物体运动的物体。G约束反力符号FT方向：沿柔性体的方向，指向：背离物体。作用点：接触点GFTFT1FT2（1）柔性约束（绳索、链条、皮带）

约束反力符号

FN

方向：沿接触面的法线方向，指向物体。作用点：接触点（2）光滑接触面约束GGGFN3GGGGFNFNFNFN1FN2G法线：与接触面垂直的方向。（3）光滑铰链约束固定铰链结构中间铰链结构

铰链约束就是用光滑销钉将两根杆或一根杆和支座连接起来的约束形式。活动铰链铰链的受力分析接触点销杆件FF，1、销给杆件的约束力沿孔的法线指向孔壁。F，2、销给杆件的约束力可用两个互相垂直的分力表示。即：FXFYFXFY21FyFx2固定铰链活动铰链21F2F2x’F2y’中间铰链21FxFy1Fx’Fy’2F1xF1y1F2xF2y2F1x’F1y’

如果受力体是二力杆（构件），约束为铰链时，约束反力要按照二力平衡的原理确定约束反力的方向。FABCFB1FAABBFB2FCCFFB`1’FB2’BFBFCBCFACB（4）固定端约束

特点：既限制物体的移动，又限制物体转动。FAFFAXFAYMA一端完全固定的约束状态称为固定端约束。能力知识点2

刚体的受力图受力分析物体受到哪些力的作用？这些力的施力物体是什么？力的方向和作用点的位置又是怎样？

将研究物体解除全部约束，移出机构，并以约束力代替这些约束的作用，这种解除了约束的物体称为分离体。分离体在分离体上画出外力（主动力、约束力。）受力图画受力图的步骤

3）根据不同约束的特点画出所有约束力。

1）确定研究对象，画出分离体。2）画出所有主动力（重力、电场力）。注意：1、分离体的方位、形状应与原物保持一致。2、确定施力物体。3、合力和分力不能同时作为物体所受的力。4、受力分析时应先找出二力构件，并画出二力构件的受力图。5、受力图上只画外力。G(a)FN1FN2FAFBFT课堂练习:P13综合训练W(b)BA(c)FBFAFAFBYFBXFA(d)Bww(f)w(e)FN2FN1FN1FN2ABC(g)FAFBFCXFCYFAFBFA，FFAxFAyABBC(h)FDFCDC(i)qACBFC,FBXFBY(j)DDFCFDCBAFBFD,FAXFAYABOFAFBFA,FO