工程静力学基础演示文稿

工程静力学基础演示文稿目前一页\总数八十四页\编于五点台北101高楼，高508米，地上101层，地下5层，是目前全世界第二高的摩天大楼。其英文名称TAIPEI101除代表台北，还有“Technology、Art、Innovation、People、Environment、Identity”（科技、艺术、创新、人性、环保、认同）之意义。

2目前二页\总数八十四页\编于五点

防震措施方面，台北101采用新式的「巨型结构（megastructure）」，在大楼之四个外侧分别各有二支巨柱，共八支巨柱，每支截面约3米长、2.4米宽，自地下5楼贯通至地上90楼，柱内灌入高密度混凝土，外以钢板包覆。

3目前三页\总数八十四页\编于五点调谐质块阻尼器因适应高空强风及台风吹拂造成的摇晃．台北101设置了“调谐质块阻尼器”（tunedmassdamper，调质阻尼器），是在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃幅。4目前四页\总数八十四页\编于五点吉隆坡双峰塔，高452米5目前五页\总数八十四页\编于五点迪拜塔，又名哈利法塔，有160层，总高828米，比台北101足足高出320米，为世界第一高塔。6目前六页\总数八十四页\编于五点鸟巢钢结构外罩支撑起庞大的屋顶结构，两层膜结构。外层：ETFE膜，遮挡风雪；内层：PEFT膜，安装在外膜下方12米处。顶蓬膜厚：0.25毫米。7目前七页\总数八十四页\编于五点水立方：ETFE膜结构ETFE膜——即通常说的“聚氟乙烯”。这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强。国外的抗老化试验证明，它可以使用15至20年。而这种材料也很结实，据称，人在上面跳跃也不会损伤它。同时由于自身的绝水性，它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保材料。犹如一个个“水泡泡”的ETFE膜具有较好抗压性，厚度仅如同一张纸的ETFE膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量。气枕根据摆放位置的不同，外层膜上分布着密度不均的镀点，这镀点将有效的屏蔽直射入馆内的日光，起到遮光、降温的作用。8目前八页\总数八十四页\编于五点秦皇岛奥体中心体育场看台挑蓬屋盖采用24根混凝土柱上立钢柱与悬索钢绗架组合结构，上覆弧形膜。建筑造型力图体现建筑艺术的完美和科学技术的含量。9目前九页\总数八十四页\编于五点北京工业大学体育馆——屋顶犹如贝壳10目前十页\总数八十四页\编于五点体育馆主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，屋盖为空间张弦索撑网壳结构(跨度达93米)，支撑于角度等分的圆周(直径93米)上的36根钢筋混凝土圆柱上，热身馆屋盖为单层钢网壳结构，支撑于角度等分的椭圆(长轴57米、短轴41米)上的20根钢筋混凝土圆柱上，整个穹顶的内侧直径为93米，外侧直径为98米，这一长约150米、宽约120米的钢结构还创造了世界建筑史上的纪录———世界上跨度最大的预应力弦支穹顶，最大跨度达93米。渔网状穹顶结构

11目前十一页\总数八十四页\编于五点鳐鱼出世——北京理工大学体育馆金属屋顶和屋墙，3道保温层，将3种不同厚度、密度的保温材料按其特性与其他材料穿插放置，保温效果比国家规定的标准高出一倍多，同时又有极好的消音效果。绿色，节能12目前十二页\总数八十四页\编于五点主比赛厅采用了门式钢架结构，形成高低错落的造型，并充分地利用了屋面的造型特征，形成了效果极佳的自然采光和通风效果。中国农业大学体育馆13目前十三页\总数八十四页\编于五点课程简介工程力学理论力学材料力学技术基础课。研究物体受力后的效应运动、平衡（外效应）刚体变形、内力（内效应）变形固体14目前十四页\总数八十四页\编于五点学习要求1、记笔记2、先读书，后做作业，按时交作业步骤清晰，作图规范，书写工整，解答正确3、课前要预习，上课要带书，讲授、自学和讨论相结合4、上课要集中精力，认真听，重点记诀窍：无他，惟手熟耳。15目前十五页\总数八十四页\编于五点0-0理论力学

TheoreticalMechanics

ClassicalMechanics经典力学

NewtonianMechanics牛顿力学16目前十六页\总数八十四页\编于五点经典力学发展简史牛顿前:最古老的学科;"天工开物“;天文观察:历法;第谷牛顿:宏观世界数量化的因果关系;机械唯物论试图解释一切事物现代:爱因斯坦;牛顿力学的局限性;在适用范围内仍然有效新发展:航天多体新材料...

返回17目前十七页\总数八十四页\编于五点绪论牛顿（I.Newton,1642~1727),于1687年发表了《自然哲学的数学原理》(PhilosophiaNaturalisPrincipiaMathematica)NatureandNature’slawslayhidinthenight;Godsaid,“LetNewtonbe”,andallwaslight.

★——波普（A.Pope,1688~1744)18目前十八页\总数八十四页\编于五点牛顿力学的研究对象常速、宏观物体的运动规律（机械运动）常速：远小于光速宏观：介于巨大星系与分子、原子之间19目前十九页\总数八十四页\编于五点理论力学物体在外力作用下的运动规律，并建立运动与受力之间的定量关系。静力分析运动与动力分析物体在外力作用下的平衡规律20目前二十页\总数八十四页\编于五点理论力学第一章

工程静力学基础21目前二十一页\总数八十四页\编于五点§1–1静力学的基本概念§1–2静力学公理§1–3约束和约束反力§1–4受力分析和受力图第一章工程静力学基础目录22目前二十二页\总数八十四页\编于五点静力学：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。23目前二十三页\总数八十四页\编于五点刚体是一种理想化的力学模型。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。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式，是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。3、力——力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。§1–1静力学的基本概念24目前二十四页\总数八十四页\编于五点确定力的必要因素力的三要素大小方向作用点力的效应外效应—改变物体运动状态的效应内效应—引起物体变形的效应力的表示法——力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。力的单位——

在国际单位制中，力的单位是牛顿(N)1N=1公斤•米/秒2

（kg•m/s2)。§1–1静力学的基本概念定位矢量25目前二十五页\总数八十四页\编于五点第一章受力分析刚体和力的概念运动效应变形效应A）运动状态的改变；B）物体形状的改变；ACCA26目前二十六页\总数八十四页\编于五点基本概念力系——作用于同一物体或物体系上的一群力。等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。平衡力系——能使物体维持平衡的力系。合力——在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力。§1–2静力学公理27目前二十七页\总数八十四页\编于五点公理1力的平行四边形法则作用于物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，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。力的另一定义§1–2静力学公理28目前二十八页\总数八十四页\编于五点公理2二力平衡条件作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充分和必要条件是：这两个力的大小相等，方向相反且在同一直线上。给出最简单的一个平衡力系§1–2静力学公理29目前二十九页\总数八十四页\编于五点公理3加减平衡力系原理在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1力的可传性

滑移矢量§1–2静力学公理30目前三十页\总数八十四页\编于五点推论2(三力平衡汇交定理)

当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。F1F3R1F2A=证明：A3F1F2F3A3AA2A1§1–2静力学公理公理3加减平衡力系原理力系简化的手段31目前三十一页\总数八十四页\编于五点公理四(作用和反作用公理)

任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。公理五(刚化公理)

设变形体在已知力系作用下维持平衡状态，则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体（刚化），其平衡不受影响。§1–2静力学公理宇宙中的作用都是成对的刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件32目前三十二页\总数八十四页\编于五点刚化公理示例33目前三十三页\总数八十四页\编于五点§1–3约束和约束反力1、自由体：2、非自由体：3、约束：4、约束反力：5、主动力：可以任意运动（获得任意位移）的物体。不可能产生某方向的位移的物体。约束对被约束体的反作用力。由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。约束力以外的力。基本概念：34目前三十四页\总数八十四页\编于五点静力学①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：GGN1N235目前三十五页\总数八十四页\编于五点1、柔绳、链条、胶带构成的约束：常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力36目前三十六页\总数八十四页\编于五点§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束约束特点:抗拉不抗压约束反力:沿绳索方向背离受力物体.37目前三十七页\总数八十四页\编于五点绳索、链条、皮带柔性约束CableConstraint38目前三十八页\总数八十四页\编于五点2、理想光滑接触面约束§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束39目前三十九页\总数八十四页\编于五点§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束约束反力:沿接触面公法线方向指向受力物体.40目前四十页\总数八十四页\编于五点光滑面约束SmoothSurfaceConstraint

41目前四十一页\总数八十四页\编于五点滑槽与销钉（双面约束）光滑面约束SmoothSurfaceConstraint

42目前四十二页\总数八十四页\编于五点3、光滑圆柱铰链约束ABAB§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束43目前四十三页\总数八十四页\编于五点(1)固定铰链支座：§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束约束特点:限制物体在支坐处的位移,但不限制物体绕铰链的转动.约束反力:两个相互垂直的分力.44目前四十四页\总数八十四页\编于五点45目前四十五页\总数八十四页\编于五点静力学固定铰支座46目前四十六页\总数八十四页\编于五点(2)活动铰链支座：常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力约束特点:不限制物体绕铰链的转动,同时允许物体沿接触面的切向有微小位移.约束反力:沿法向指向或背离受力物体.47目前四十七页\总数八十四页\编于五点静力学活动铰支座SlidingHinged-Support（辊轴支座）48目前四十八页\总数八十四页\编于五点49目前四十九页\总数八十四页\编于五点50目前五十页\总数八十四页\编于五点§1–3约束和约束反力常见的几种类型的约束(3)铰连接：约束特点:限制物体在连接处的相对位移,但不限制物体间的相对转动.约束反力:两个相互垂直的分力.51目前五十一页\总数八十四页\编于五点静力学光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin圆柱铰链AAXAYAAFNFNFNFxFy52目前五十二页\总数八十四页\编于五点铰连接53目前五十三页\总数八十四页\编于五点54目前五十四页\总数八十四页\编于五点光滑圆柱铰链约束实例常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力向心轴承约束特点:不限制物体沿轴向的位移和转动,但限制轴沿径向的位移.约束反力:沿轴直径方向的两个相互垂直的分力.55目前五十五页\总数八十四页\编于五点56目前五十六页\总数八十四页\编于五点常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力止推轴承约束特点:限制轴沿径向及轴向的位移.约束反力:三个相互垂直的分力.57目前五十七页\总数八十四页\编于五点4、光滑球铰链约束：ABN常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力约束特点:限制物体在铰链处的任意位移,但不限制物体沿任意方向的转动.约束反力:三个相互垂直的分力.58目前五十八页\总数八十四页\编于五点ABNANBACB5、链杆约束：常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力约束特点:自重不记,仅在两端与其他物体铰接且不受任何外力.约束反力:沿两铰连线方向.59目前五十九页\总数八十四页\编于五点连杆支座连杆支座的约束力沿连杆中心线，指向不定。60目前六十页\总数八十四页\编于五点翻斗车连杆支座61目前六十一页\总数八十四页\编于五点常见的几种类型的约束§1–3约束和约束反力6、插入端约束：62目前六十二页\总数八十四页\编于五点§1–4受力分析和受力图画受力图的方法与步骤：1、取分离体（研究对象）——画物体简图，并标注2、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）3、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）注意：对所有的力都要标注。63目前六十三页\总数八十四页\编于五点BACGBEPAFD解：(1)物体B受两个力作用：(2)球A受三个力作用：(3)作用于滑轮C的力：C§1–4受力分析和受力图例题1-1在图示的平面系统中，匀质球A重为P，借本身重量和摩擦不计的理想滑轮C和柔绳维持在仰角是的光滑斜面上，绳的一端挂着重为Q的物体B。试分析物体B、球A和滑轮C的受力情况，并分别画出平衡时各物体的受力图。64目前六十四页\总数八十四页\编于五点BC解：1、杆BC所受的力：2、杆AB所受的力：表示法一：表示法二：BDABADH例题1-2等腰三角形构架ABC的顶点A、B、C都用铰链连接，底边AC固定，而AB边的中点D作用有平行于固定边AC的力F，如图1–13(a)所示。不计各杆自重，试画出AB和BC的受力图。§1–4受力分析和受力图ECABD二力构件65目前六十五页\总数八十四页\编于五点§1–4受力分析和受力图例题1-3

如图所示的三铰拱桥，由左右两拱桥铰接而成。设各拱桥的自重不计，在拱上作用有载荷F，试分别画出左拱和右拱的受力图。

1.右拱BC的受力图。解：CB66目前六十六页\总数八十四页\编于五点2.左拱AC的受力图。ACAC表示法一表示法二D67目前六十七页\总数八十四页\编于五点第一章受力分析结论与讨论下图物体的受力图是否有错误？怎样改正？教程68目前六十八页\总数八十四页\编于五点例题1-4

如图所示压榨机中，杆AB和BC的长度相等，自重忽略不计。A，B，C，E处为铰链连接。已知活塞D上受到油缸内的总压力为F=3kN，h=200mm，l=1500mm。试画出杆AB，活塞和连杆以及压块C的受力图。DEABCllh§1–4受力分析和受力图69目前六十九页\总数八十四页\编于五点CxyyxBA解：1.杆AB的受力图。2.活塞和连杆的受力图。3.压块C的受力图。B§1–4受力分析和受力图DEABCllh70目前七十页\总数八十四页\编于五点

例1-5

如图所示，梯子的两部分AB和AC在A点铰接，又在D，E两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在AB的中点处作用一铅直载荷F。试分别画出梯子的AB，AC部分以及整个系统的受力图。

1.梯子AB部分的受力图。

解：ABHDABCDEH71目前七十一页\总数八十四页\编于五点

2.梯子AC部分的受力图。

ACE

3.梯子整体的受力图。

ABCDEHABCDEHABHD72目前七十二页\总数八十四页\编于五点

例1-6如图所示，水平梁AB用斜杠支撑，A，C，D三处均为光滑铰链连接。匀质梁重G1

，其上放一重为G2

的电动机。如不计杆CD的自重，试分别画出杆CD和梁AB（包括电机）的受力图。

1.斜杆CD的受力图。

CD解：ABDC73目前七十三页\总数八十四页\编于五点2.梁AB（包括电动机）的受力图。ABD3．整体受力图。（可在原图上画出）CDABDC74目前七十四页\总数八十四页\编于五点例1-7

如图所示，重物重G=20kN,用钢丝绳挂在支架的滑轮B上，钢丝绳的另一端绕在铰车D上。杆AB与BC铰接，并以铰链A，C与墙连接。如两杆与滑轮的自重不计并忽略摩擦和滑轮的大小，试画出杆AB和BC以及滑轮B的受力图。ABDCG解：1.杆AB的受力图。AB75目前七十五页\总数八十四页\编于五点ABDCGAB2.杆BC的受力图。BC3.

滑轮B(不带销钉）的受力图。B

4.滑轮B(带销钉）的受力图。B76目前七十六页\总数八十四页\编于五点例1-8

如图所示平面构架，由杆AB，

DE及DB铰接而成。钢绳一端拴在K处，另一端绕过定滑轮Ⅰ和动滑轮Ⅱ后拴在销钉B上。重物的重量为G，各杆和滑轮的自重不计。（1）试分别画出各杆