工程力学：静力学基本概念与物体受力分析

1静力学基本概念与物体受力分析2本讲内容一、了解工程力学的研究内容、基本任务、研究对象等；二、第一章静力学基本概念与物体受力分析§1-1静力学基本概念§1-2约束与约束力§1-3受力图3关于《工程力学》工程力学：应用于工程实际的力学。来源于工程实践，解决实际工程问题力学：研究物体机械运动规律的科学机械运动：指物体在空间的位形随时间的变化，包括移动、转动、变形、流动4静力学材料力学研究构件在外力作用下的变形与破坏的规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论与方法。主要研究物体平衡的一般规律。包括：物体受力分析，力系的简化和力系的平衡条件它是一系列后续课程，如材料力学、结构力学、机械设计的基础本课程所讲的工程力学主要包括静力学和材料力学两部分内容《工程力学》是机械工程、生物与医学工程、信息工程、环境工程等工程专业本科后续课程的基础，如《机械设计》，《传感器技术与应用》，等等5为什么路灯灯柱大多下粗上细？有什么实用方面的考虑？工程力学应用实例6为什么图示钢质屋架和楼梯的支架采用工字截面？7早期客机为什么早期客机采用了矩形（方形）舷窗，而现代客机采用近似椭圆形舷窗？现代客机8为什么飞机机翼的翼根截面尺寸比翼尖大？为什么采用薄壁结构？从结构设计上有什么考虑？9为什么传动轴要设计成阶梯状，阶梯处留有圆弧倒角？10为什么卷尺要设计成弧面凹槽形状？11第一章静力学基本概念与物体受力分析

第一篇：静力学1.1静力学基本概念1.2

约束与约束力1.3

受力图

12§1-1静力学基本概念质点(particle)：mg

当物体平衡时，若求绳索的拉力，物体可视为质点。静力学的研究对象具有质量,其形状、大小可以不计的物体。当研究卫星的轨道动力学时，卫星可视为质点。13刚体(rigidbody)：质点系(particlesystem)：同一个研究对象不同的简化模型-视所研究的问题性质而定当研究航天器轨道问题时——质点当研究航天器姿态问题时——质点系、刚体、刚体系具有一定联系的若干个质点的集合

特殊的质点系，其上任意两点间的距离保持不变（系统不变形）。静力学的主要研究对象。14平衡(equilibrium)：平衡的概念飞机静载实验

物体（质点、质点系、刚体等）在惯性参考系（如地面）中处于静止或作匀速直线运动的状态。？思考：

什么是惯性参考系？静止或匀速直线运动状态的共同特征是什么？15力的概念1．力：力对刚体的作用：只有运动效应，平衡是其特例；力对可变形物体的作用，既有内效应，也会有外效应。力的单位：或:牛顿（N）以及千牛（kN）3.力的三要素：AFA2.

力的效应：

力是物体间的相互机械作用。作用方式：直接接触（压力、摩擦力）和通过场（万有引力、电磁力）①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)大小，方向，作用点16A图形表示

—

带起点的有向线段定位矢量（速度是自由矢量）B符号表示—矢量,大小或

F汽车通过轮胎作用在桥面上的力5.力的分类

—

A

BF力的作用线力是定位矢量4.力的表示：矢量桥面板作用在钢梁的力q集中力、分布力17

等效力系：

力系:

合力（Resultantforce）:

平衡力系:6.力系的相关概念

力系的简化：作用在物体上的一组力对同一刚体产生相同作用效应的力系.与某力系等效的力对刚体不产生任何作用效应的力系对一个比较复杂的力系,求与它等效的简单力系的过程18

若汇交力系中，力的作用线在同一平面内，则称为平面汇交力系若汇交力系中，力的作用线不在同一平面内，则称为空间汇交力系AA汇交力系:力作用线汇交于一点的力系。19

若平行力系中，力的作用线在同一平面内，则称为平面平行力系；若平行力系中，力的作用线不在同一平面内，则称为空间平行力系。平行力系:平面问题任意力系:力作用线彼此平行的力系。力作用线任意分布的力系。20自由体：非自由体：§1-2约束与约束力可以在空间自由运动、获得任意方向位移、没有受到预加限制的物体。运动受到预加限制的物体21约束：约束体：列车是非自由体铁轨是约束体约束力：铁轨作用在车轮上的力为约束力。约束力的方向与限制物体运动的方向相反限制物体运动的条件。约束非自由体运动的物体约束体作用在非自由体上的力22工程中常见的约束（一）柔索－绳索、链条、皮带等（其质量一般不计）柔索约束力特点：柔索对物体的约束力沿着柔索,背向被约束物体．柔索只能受拉力，又称张力.用表示．23（二）光滑接触面约束（光滑指无摩擦力）FR滑槽对销钉的约束光滑平面对其上物体的约束光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用表示．光滑接触面约束力特点：24常见形式1、固定铰链支座固定铰链支座简图（三）光滑圆柱铰链A固定铰链支座示意图固定铰链支座的约束特点：构件之一与地面或机架固定，另一构件只能绕销钉轴线转动而不能在垂直于轴线的平面内有任何移动首都机场候机楼顶棚拱架支座25常见形式2、连接铰链（中间绞）铰铰约束特（征）点：两个有孔物体用销钉（铰）连接，互为对方的约束，各物只能绕铰在垂直于铰轴线的平面内转动。26光滑圆柱铰链约束力的特点：销钉与孔在接触处为光滑接触约束，当外界载荷改变时，接触点会变，同时约束力的大小与方向均有改变；约束力作用在接触处，沿径向指向轴心，一般两个通过轴心的正交分力表示。27思考题：1机器人的哪些关节是连接铰链？2人手的哪些关节可简化成连接铰链？28（四）活动铰链支座（滚动支座）约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成．使构件约束端除了可以绕销钉轴转动之外，还可以沿固定平面移动。约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力A活动铰链支座示意图29固定铰链支座与活动铰链支座的应用30（五）光滑球铰链A约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动．约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题．约束力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用三个空间正交分力表示．球股骨盆骨球窝31总结（1）柔索约束——张力(5)光滑球铰链——空间三正交分力（4）滚动支座——⊥光滑面（3）光滑圆柱铰链——（2）光滑面约束——法向约束力AAFNAFyFx32（六）二力构件/二力杆公理一：二力平衡原理：作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要条件是：此二力等值、反向、共线若刚体只在两点受力而处于平衡，且不计其质量，则该刚体称为二力构件或二力杆。平衡时作用力方向沿两点共线、大小相等、方向相反。W不计杆件自重W33棘爪找出二力杆总结：二力构件的受力状态与其形状无关系（一个杆件是否二力杆与其形状无关）34§1－3

受力图一、受力分析

解决力学问题时，首先要选定需要研究的物体，即研究对象；然后根据已知条件、约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。二、分离体：把研究对象从与它联系的周围物体中分离出来得到的、解除了约束的物体。35五、画受力图的目的：四、受力图：表示分离体及其上所受的全部主动力和约束力的图形确定研究对象所受外载的大小及方向，为进一步的力学分析提供基础三、主动力与被动力作用在分离体上的力有两类:A.使物体具有运动趋势的力称为物体所受的主动力,

如重力,风力,气体压力等;B.被动力，限制物体运动的力,亦即约束力。36六、画受力图的步骤：(2)在分离体上画出全部主动力；(3)在每一约束处根据约束性质画出约束力。对于不明方向和大小的约束力，用正交分力表示(1)明确研究对象，画出研究对象的分离体图；37例：结构如图所示,不计构件自重，画出AB杆的受力图。DCWABWABDCWABCCD杆为二力杆38例：画出AB杆的受力图(b)CBAD(a)ABCD39七、画受力图时的注意事项：(1)分离体的受力图上不能再带约束，即用约束力代替约束；(2)刚体系的整体受力图上只画整体所受外力，不画各部分之间的相互作用力；(3)同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。(4)约束力的方向必须严格地按照约束的性质来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。(5)正确判断二力构件。40例：画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图WFTWABCD1、研究滑轮2、研究CD杆41ABC3、研究AB杆4、研究整体WABCDWFTWFT研究整体时，不画物体间的内力CAB42作业：1－5(b)、(c)、(d)（更正：1-5（d）杠杆AB，切刀DEF及整体；）43思考：说明下面三种情况表示的力的不同意义：(1)

F1=F2;(2)F1=F2;(3)力F1与F2等效；（1）表示两力大小相等、方向相同；（2）表示两力大小相等；（3