工程力学第一章 静力学基本知识

1、课堂教学计划教学日期2011.10.22班别1044-3标题第一章静力学的基本知识命令这想要乞求它可以解释力的概念和力的两种效应可以描述静力学的基本公理约束反作用力根据约束类型确定能够画出单个物体的应力图沉重的要点力的基本概念，静力学公理，力图困难的要点力线图教学工具教科书教学方法课堂教学报纸书建立米第一章静力学的基本知识第一节基本概念第二节静力学的基本公理第三节扭矩第四节情侣第五节力的平移定理第6节约束和约束反作用力第7节应力图教学过程：综述：1 .回顾土木工程力学的研究任务和研究对象2.回顾土木工程力学的力学模型新课：第一章静力学的基本知识第一节基本概念一.力1.定义：力是物体之间的机械相

2、互作用，可以改变物体的运动状态。2.力效应：运动效应(外部效应)变形效应(内部效应)。3.力的三个要素：大小、方向和作用点实践证明，改变这三个要素中的任何一个都会改变力对物体的作用。4.力是一个矢量通常，带有箭头的线段代表力的三个要素。线段的长度(根据选定的比例)表示力的大小；线段的方向和箭头指示力的方向；箭头线段的起点或终点表示力的作用点。5.力的单位：国际单位制：牛顿或千牛顿第二，武力系统力系统：指作用在物体上的一组力。力系统的简化或力系统的综合：用简单的力系统代替复杂的力系统而不改变作用效果的过程。等力系统：对物体有相同作用的力系统。保持物体平衡的力系统。第三，负载类型载荷：使结构或部件

3、移动或有移动趋势的主要力在工程中称为载荷。根据作用范围，荷载可分为集中荷载和分散荷载。集中载荷(集中力):作用在其上的力。分布载荷(分布力):该力具有大的作用面积。(车身载荷、表面载荷)单位长度的力称为输出端分布力的载荷集中，通常用q表示，单位为N/m或kn/m。如果q是常数，分布力称为均匀载荷，否则为非均匀载荷。第二节静力学的基本公理第一和第二力平衡原理两个力平衡的充要条件：两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。对于仅在两个力的作用下处于平衡状态的刚体，它被称为双力构件。如果直杆仅在两个力的作用下处于平衡状态，则两个力的作用线必须与杆的轴线重合，这称为双力杆。不管一个刚体是什么形状，

4、如果只有两个力作用在它上面并且是平衡的，那么这两个力必须满足两个力的平衡条件。两力平衡的公理只适用于刚体，不适用于变形体。第二，行动和反应的公理作用力和反作用力的公理：两个物体之间相互作用的一对力总是具有相同的大小和相反的方向，并且沿着相同的直线作用在两个相互作用的物体上。力总是成对出现，作用力和反作用力总是同时存在。作用和反作用之间的关系本质上不同于两种力的平衡状态：作用力和反作用力分别作用于两个不同的物体；在力平衡的条件下，两个力作用在同一个物体上，它们就是平衡力。第三，平行四边形法则平行四边形法则：作用在物体上同一点上的两个力可以结合成作用在该点上的合力。合力的大小和方向可以用相邻边形成

5、的两个平行四边形的对角线来表示。合成矢量等于这两个力矢量的几何和(矢量和)。平行四边形法则是力系简化的基础。第四，加减平衡力系统的公理加减平衡力系统公理：任何平衡力系统的增减都不会改变原力系统对刚体的影响。这是因为一个平衡的力系统作用在物体上，并且每个力在刚体上的作用相互抵消，所以可以进行力系统的等效变换。这是研究力系等效变换的重要基础。推理：作用在刚体上的力可以沿着它的作用线移动到刚体中的任何一点，而不会改变该力对刚体的影响。对于刚体，力的三个要素：大小、方向和作用线力的可传递性仅适用于刚体，不适用于可变形体。第三节扭矩首先，扭矩的概念1、概念力可以产生：移动效果取决于力的大小和方向；旋转效

6、应-取决于扭矩的大小和方向。旋转效应-取决于扭矩的大小和方向。力矩：它是一个物理量，用来测量力对转动物体的影响。力和力臂的乘积Fd，加上符号，表示力F使物体绕O点旋转的效果，称为力F到O点的力矩，用符号mo(F)或mo表示。2.方向一般规则：使物体逆时针旋转的力矩是正的；否则就是负面的。因此，作用在一点上的力矩是一个代数量。并记录为：其中：O力矩中心，即旋转中心；D力臂，即从力的作用线到力矩中心的垂直距离。3.单位扭矩单位：牛顿米(Nm)或千牛顿米(kNm)。4.特殊情况扭矩为零时有两种情况：(1)力等于零。(2)力的作用线穿过质心。二、扭矩的计算通过解释书P47-48案例2-4和2-5进行解

7、释。第三，合成力矩定理定理：平面相交力系的合力对平面中任意一点的力矩等于所有分量对同一点的力矩的代数和。那就是：第四节情侣首先，夫妇的概念力偶：由大小相等、方向相反的平行力组成的力系称为力偶，记录为(f，f)。偶只对物体产生旋转效果，而不产生运动效果。两个力位于力偶中的平面称为力偶作用平面，两个力作用线之间的垂直距离d称为力偶臂。第二，力偶矩的计算力偶对物体的旋转效应取决于力偶中力臂的大小和力偶的转动。因此，在力学中，乘积Fd加上-符号被用作测量物体上力偶的旋转效应的物理量，这被称为力偶力矩，用符号m(F，F)或m表示，即，或者上述公式表明力偶力矩是一个世代数，其绝对值等于李大小与力臂的乘积，

8、符号表示力偶的转动。通常，当力偶逆时针旋转时，力偶力矩为正；否则，它就是消极的。力欧可以用力臂和力臂表示，也可以用带箭头的圆弧表示，箭头表示力臂的转动，m表示力臂力矩的大小。偶矩的单位是Nm或kNm，与例句相同。实践证明，力偶对物体的影响由力偶力矩的大小、力偶的转动和力偶作用面的方向三个因素决定。三、夫妇的基本属性1.基本属性(1)力偶没有合力，即力偶不能被力代替。(2)力偶对其作用平面上任意点的力矩总是等于力偶力矩，这与力矩中心的位置无关，也就是说，如果你想得到力偶对其作用平面上任意点的力矩，计算输出力偶对该点的两个力的力矩的代数和，等于力偶力矩。(3)如果在同一平面上的两对力偶的力偶矩相等

9、，并且它们的匝数相同，则它们是等价的。这就是所谓的夫妇对等。2.推理(1)力偶可以在其作用平面内任意移动，而不影响其对刚体的作用效果。只要力偶的扭矩和转向保持不变，力偶中的力和相应力偶臂的长度可以任意改变约束：预先对非自由体的某些位移施加的约束称为约束。限制对象移动的其他对象通常称为约束。约束反作用力：施加在被约束物体上的力称为约束反作用力。约束反作用力的方向必须与约束可以阻挡的位移方向相反。约束反作用力的特征：(1)大小通常未知；(2)方向总是与被约束对象的位移方向相反；作用点在对象接触约束的点上。二、常见的约束类型及其反作用力1.柔性电缆约束由诸如绳索、链条和胶带等柔性体组成的约束都是柔性

10、电缆约束。绳索只能被拉动，但不能承受压力和弯曲，也就是说，它们只能限制物体沿柔性缆中心线远离柔性缆的运动，而不能限制物体沿其他方向的运动，因此它们的约束反作用力作用在接触点上，并且方向偏离物体沿绳索的方向。绳索对物体的约束反作用力拉力。2.光滑表面约束约束反作用力是一种压力，它沿着接触面的公共法线作用在接触点上，并指向受力对象。这种约束反应称为正常反应。与FN。在现实生活中，理想的光滑表面并不存在。当接触面的摩擦力非常小，在研究中可以忽略不计时，接触面可以被视为光滑表面。3.圆柱铰链约束圆柱铰链(铰链)是由一个圆柱销插入两个物体的圆孔中组成的。约束特征：当物体有运动趋势时，销钉与圆孔壁肯定会在

11、某处接触，约束反作用力肯定会通过这个接触点。圆柱铰链的约束反力在垂直于销轴的平面内通过销轴的中心，但方向未定。(书P18图1-10)工程中使用的铰链约束装置包括链杆约束、固定铰链支撑和活动铰链支撑。(1)链杆约束链杆约束：两端用销钉与物体连接，中间不受压的直杆。此约束只能限制对象沿链条中心线的移动，并且方向不确定。(2)固定铰链支架如果由圆柱铰链连接的两个构件中的一个被固定，它将形成固定的铰链支撑。这种轴承只能限制构件沿圆柱销半径方向的运动，但不能限制其转动，其约束反力与圆柱铰链相同。(3)活动铰链支架通过用n个滚轮将铰链支撑件支撑在水平面上来形成可移动铰链支撑件。这种支撑不能限制被支撑构件围

12、绕销的旋转和沿着支撑表面的移动，而只能防止构件在垂直于支撑表面的方向上向下移动。安装了特殊装置后，它还可以防止其向上移动。活动铰链轴承的约束反作用力垂直于轴承表面并穿过销的中心，其大小和方向是不确定的。(4)固定端支架固定端支撑：它限制构件在任何方向的运动和旋转。固定端轴承不仅产生水平和垂直的约束反作用力，而且有一个约束反作用力来防止旋转。第7节应力图解决力学问题时，首先要选择要研究的对象，即选择研究对象；然后，根据已知的条件、约束类型、基本概念和公理，对受力情况进行分析。这个过程叫做物体的受力分析。作用在物体上的力有以下几种：一种是主要的力，如重力、风力、气压等。两种类型是：驱动力，即约束反

13、作用力。分析方法:取分离体，画出应力图。首先，单个物体的应力图绘制物体应力图的主要步骤如下：(1)选择研究对象；(2)取出分离的身体；提取驱动力；绘制约束反作用力。阐明力之间的关系(如平衡力、作用力和反作用力)将结合书P23-24、实施例1-1、1-2、1-3和1-4给出详细解释。二.物体系统的力图*T除了重力和电磁力，物体之间只有通过接触才能产生相互的机械力。必须区分物体周围的哪些物体(施力物体)与物体接触，接触的地方必须牢固，力的方向取决于约束类型。2.不要吸取更多的力量应该注意物体之间的机械相互作用。因此，对于受力体施加的每一个力，都应该明确指出是哪个受力体施加的。3.不要画错方向约束反作用力的方向必须严格按照约束的类型来画，不能简单地凭直觉或根据主力的方向来推断。在分析两个物体之间的作用力和反作用力时，应该注意的是，一旦确定了作用力的方向，反作用力的方向必须与之相反，箭头方向不应画错。4.应力图不再受约束。也就是说，应力图必须画在分离体上。5.应力图上只画外力，不画内力。一种力，无论是外力还是内力，