静力学的基本概念与受力分析.ppt

1、第一章静力学的基本概念和力分析，(时间：第二课，4小时)，第一章静力学的基本概念和力分析，教育目标：静力学是研究刚体在力系统作用下的平衡规律。静力学的基本概念、巩俐及物体的力分析是研究静力学的基础。牙齿章节介绍了刚体和力的概念和静力学公理，并介绍了工程中常见的一些茄子一般约束和约束分析。最后介绍了物体力分析的基本方法和力，它是解决力学问题的重要部分。通过牙齿章节中的学习，可以深入理解重要的基本概念，如理解、刚体、平衡和约束。深刻理解静力学的理论基础静力学巩俐(或力的基本性质)。明确和把握工程中常见的约束的基本特征和约束反作用力的画法。对物体系统及分离体进行准确、熟练的力分析，并绘制力分析图。第

2、一章静力学的基本概念和力分析，教学重点和难点：力、刚体、平衡、约束等概念静力学巩俐和推理软电缆约束，光滑接触面约束，光滑圆柱铰链约束，支撑，链杆约束特征约束反作用力图物体系统和分离体的力分析和力分析图光滑铰链的约束特征(特别是两个或多个销钉连接构件)第一1.1静力学的基本概念1.2静力学的基本巩俐1.3约束和约束反作用力1.4物体的力分析1.5训练和练习，1.1静力学的基本概念，1.1.1刚体的概念1.1.2平衡的概念1.1.3力的概念1 .为了研究问题，首先是静力学的基本概念，1.1.1刚体的概念，所谓刚体是指这种物体，在力的作用下，其内部两点之间的距离始终不变。刚体是静力学的研究对象，是人

3、们为了便于计算而抽象各种真实物体的理想模型。实际物体在力的作用下不可避免地要发生不同程度的变形。但是，当细微的变形不影响或不影响研究物体的平衡问题时，可以忽略它。这样可以无视物体的微小变形，把物体看作刚体。例如，当汽车通过大桥时，大桥在汽车的压力下发生微小的变形，但桥的微小变形不会影响或影响研究平衡问题时，可以忽略，此时大桥可以看作刚体。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，在静力学中研究的物体仅限于刚体，因此静力学也称为刚体静力学，是研究变形体能学的基础。1.1.2作为平衡的概念，平衡是指物体相对于惯性参考系统(如地面)保持静止或匀速直线运动状态。桥、机床

4、的床、以固定速度直线飞行的飞机等都处于平衡状态。在工程中，可以将低速旋转或直线运动加速度较小的机械零件粗略地视为平衡，并应用平衡条件进行计算。平衡是物体运动的特殊形式。静力学主要研究刚体在力的作用下平衡的问题。1.1.3力的概念，人们对力的认识最初来自推车、提水、锯、木板等劳动。用力的话肌肉会紧张。力量最初是从肌肉的紧张中抽象出来的。但是仅凭肌肉张力定义力量是不全面的。随着生产的发展，人们逐渐认识到物体机械运动状态的变化(包括变形)都是施加在其他物体上的力的结果。这样从感性到理性，逐步建立了抽象的力量概念。力是物体之间的相互机械作用，可以改变物体的机械运动状态。物体之间的机械作用大致可分为两类

5、茄子。一种是接触作用(如物体之间的挤压压力、拉力等)。另一种是电场对电荷的引力或斥力等物体的“场”作用。各种物体之间相互作用力的来源和性质不同，但力对物体的作用一般可以分为两种茄子：改变物体的机械运动状态和使物体变形。以前称为力的外部效应或运动效果是静力学、运动学和力学研究的内容。后者被称为力量的内效或变形效果，是材料力学研究的内容。实践表明，力对物体的影响取决于力的大小、方向和作用点三个茄子因素。牙齿三个茄子元素称为力的三个茄子元素。如果牙齿三个茄子因素之一发生变化，力会发生变化，力的作用效果也会发生变化。力是向量。通常，您可以使用带箭头的线段表示力的三个茄子元素。例如，图1.1，线段的起点

6、a(或终点b)表示力的作用点，指向沿力矢量的箭头表示力的方向，线段的长度(根据恒定比例尺)表示力的大小(15N)。线段长度AB表示沿特定比例尺的力的大小。线段的方向和箭头的方向指示力的方向。段的起点(或终点)表示力的作用点。与直线段重合的直线称为力的作用线。我们通常用黑体f表示力向量，普通字母f表示力的大小，标量。在国际单位制(SI)中，力的单位用牛顿、缩写、符号“N”表示。有时使用“kN”作为力的单位符号，这称为千牛顿。1.1.3力的概念，图1.1力的三个茄子元素，1.1.4力的概念，力是由一组作用于同一物体的力组成的力的集合，这称为力系统。根据工作线分布，力系统可以分为：所有力的作用力线在

7、同一平面上时称为平面力系统。否则称为空间力系统。所有力的作用力线相交于同一点时，称为相交力计。所有力的作用力线徐璐平行时称为平行力计。否则，称为一般力系统。力的各力对物体的影响徐璐抵消，当物体保持平衡或运动状态不变时，牙齿力称为平衡力计。平衡力系统中的所有力对剩下的力都称为平衡力，即与剩下的力平衡的力。如果两个力分别作用于同一个物体，效果相同，牙齿两个力的系统称为等效计。如果力系统等于力，则牙齿力称为该力系统的合力，力系统中的每个力称为牙齿合力的分力。为了方便查找各种力作用于物体的总效果和力系统的平衡条件，必须简化力系统，将其转变为另一个简单的力系统，如作用。等效的简化力系统称为力系统的简化。

8、1.2静力学的基本巩俐，公理是人类通过长期观察和积累经验而得出的结论，可以在实践中得到验证，被确认为符合客观现实的最普遍和一般的法则。静力学公理是人们力量的基本性质的总结和总结，它们是静力学所有理论的基础。巩俐一历史平衡条件是作用于同一刚体的两个力，保持刚体平衡所需的条件是牙齿两个力大小相同，方向相反，在同一直线上。巩俐1说明了在物体上作用于最简单的力系平衡时必须满足的条件。刚体的牙齿条件充分且必要。牙齿公理是今后追认平衡条件的基础。图1.2显示了满足巩俐1的两个茄子情况，其中F1，F2的两个力大小相同。在工程中，经常遇到仅用两个力平衡的零部件(历史零部件或历史杆)。根据巩俐1，履历杆所受的两

9、个力必须跟随作用点的连接。1.2静力学的基本巩俐，图1.2历史平衡，1.2静力学的基本巩俐，巩俐2力的平行四边形规则可以作用于物体上同一点的两个力来合成合力。合力的作用点也在牙齿点，合力的大小和方向由牙齿两个力由边组成的平行四边形的对角线决定。如图1.3(a)所示，在物体的A点运行强大的F1和F2。用FR表示合力，可以用矢量表达式FR=F1 F2编写。也就是说，合力FR等于两点力F1和F2的矢量之和。巩俐2反映了力的方向性特征。矢量加法和数量加法必须确定为平行四边形的关系，这是简化力系统的重要基础。合力FR的作用点也是A点，因此合力的大小和方向实际上不需要创建整个平行四边形。可以用以下简单方法

10、替换：如果从选择点A到ab表示力矢量F1，从结束点B到BC表示力矢量F2，则AC表示合力矢量FR，如图1.3(b)所示。由仅表示力的大小和方向的分力矢量和合力矢量组成的三角形ABC称为力三角形，求出这些合力矢量的映射规则称为力的三角形法则。力三角形图形仅表示每个力的向量，不表示运动位置。如图1.3(c)所示，如果ad首先显示F2，然后DC表示F1，则也可以获得表示FR的AC。这表明合力向量与分力向量的导数和优先级无关。1.2静力学的基本巩俐，图1.3力的平行四边形和力三角形，1.2静力学的基本巩俐巩俐3是研究力系统等效变换的重要依据。牙齿公理仅适用于刚体，不适用于变形。根据上述公理，可以推导出

11、以下推论：1通过推断力的导电性作用于刚体上一点的力，可以沿作用力线移动到刚体中的任意点，而不会更改力对刚体的影响。证明：具有作用于刚体的力F的A点，如图1.4a所示。根据加、减、平衡力计的原理，可以在力的作用线上取一点B，加上实现徐璐平衡的两个力F1和F2，然后创建F=F1=F2，如图1.4(b)所示。因此，力系统(f，F1，F2)等于力f。力F和F2也是平衡力系统，因此减去后只剩下力F1，如图1.4(c)所示。因此，力F1等于力F。也就是说，原始力F沿工作线移动到点B。1.2静力学的基本巩俐，图1.4力的传导，1.2静力学的基本巩俐，可以看出对刚体来说，力的作用点不再是决定力作用的因素，已经

12、被作用线取代了。因此，作用于刚体的力的三个茄子元素是力的大小、方向和作用力线。作用于刚体的力可以沿称为滑动向量的作用力线移动。推论2非平行三力相交定理作用于刚体中徐璐平衡的三个力，其中两个力的作用力线在一点相交，牙齿三个力必须在同一平面内，第三个力的作用力线也通过交点。证明：在刚体的A、B、C三点处，徐璐平衡的三个力F1、F2、F3牙齿各起作用，如图1.5所示。根据力的导电性，将力F1和F2移动到相交D，然后根据力的平行四边形定律得到合力F12。力F3必须与F12平衡。两个力的平衡必须共线，因此力F3必须与力F1和F2共面，并通过力F1和F2的交点D。1.2静力学的基本巩俐，图1.5三力平衡，

13、1.2静力学的基本巩俐，巩俐4作用力和反作用力的定律作用力和反作用力总是同时存在的。两个力的大小相同，方向相反，分别作用于沿同一直线相互作用的两个物体。其中一个相互作用力被认为是作用力，另一个力被认为是反作用力，也可以解释巩俐4对应于每个作用力的大小相同，方向相反，同一直线上必须有反作用力。(威廉莎士比亚，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用，反作用)通常力f的反作用力用f表示。巩俐4总结了物体间相互作用的关系，说明作用力和反作用力总是成对出现。根据牙齿公理，已知作用力可以知道反作用力，这是分析物体力时必须遵循的原则，为研究从一个物体转换到多个物体的物体系统提

14、供了基础。需要注意的是，作用和反作用力分别作用于两个物体，渡边杏与历史平衡公理混淆不清。巩俐5强化原理变形体在某些力系统的作用中处于平衡状态。例如，将牙齿变形体加强为刚体将保持平衡状态。牙齿公理提供了将变形体看作刚体模型的条件。如图1.6所示，绳子通过等价物、反转、共线的两个拉动作用平衡。例如，如果将绳子变硬，则保持平衡状态。绳子在两个等效、反转、共线的压力下不平衡，绳子就不能强壮地变成刚体。但是刚体在上述两个力的作用下保持平衡。因此刚体的平衡条件不是充分条件，而是变形平衡的必要条件。在刚体静力学的基础上考虑变形体的特性，可以进一步研究变形体的平衡问题。1.2静力学的基本巩俐，图1.6绳子的平

15、衡，1.3约束和约束反力，1.3.1约束的概念1.3.2约束的基本类型，1.3约束和约束反力相反，如果对象被限制在特定方向上不能在空间中移动(例如，挂在绳子上的对象不能沿着绳子的伸展运动，在轨道上行驶的火车不能沿着垂直轨道运动)，1.3.1约束的概念是动力学中预先应用于对象运动(位置和速度)的这些约束称为约束。如果机器的各个组件没有以适当的方式徐璐连接，受到限制，就不能正确地传递运动，实现必要的动作。工程结构不受任何限制，不能承受负荷以满足各种需求。约束由徐璐接触的方式组成，构成约束的周围物体称为约束体，有时称为约束体。例如，沿轨道行驶的车辆，提前限制车辆的运动是约束体。摆动摆锤，绳索是约束体

16、，提前限制摆锤只能在不大于绳索长度的范围内移动，一般是以绳索长度为半径的弧线运动。约束体限制物体的自由运动，改变物体的运动状态，因此约束体必须承受物体的作用力，同时给物体同等的反作用力。这种力称为约束反力或约束力，简称反力，属于被动力。除约束反作用力外，施加在物体上的各种力(如重力、风能、切削力、电磁力等)是促进物体运动或运动的力，属于主动力，在工程中通常称为载荷。在设计工作中，载荷可以根据设计指标确定，通过分析研究确定，也可以通过实验测量。约束反作用力取决于约束本身的性质、主动力和物体的运动状态。约束反作用力阻碍物体运动的作用是通过约束体和物体之间的相互接触实现的，因此其作用点必须徐璐接触，

17、约束反作用力的方向总是与约束体可能阻碍的运动方向相反。这是我们决定约束反作用力方向的准则。至于它的大小，在静力学中会被平衡条件拯救。1.3.2说明了约束的基本类型、工程中常见约束的理想化、总结为几个茄子基本类型，以及根据各种约束的特性表示反作用力的方法。1柔软约束工程中的绳子、皮带、链条等都可以简化为柔软的绳子、简称柔软。这种约束的特点是，只能限制物体在软电缆拉伸的方向上运动，只能承受拉力，而不能承受压力和扭转弯曲。因此，软电缆的约束反作用力可能是张力，在连接点或虚拟切削上起作用，方向通常沿着软电缆的轴远离物体，用T表示，如图1.7所示。链条或皮带也只接受张力。缠绕在轮子上时，对轮子的约束反作用力将跟随轮子的切线方向。如图1.8所示。1.3.2约束的基本类型，图1.7软电缆约束和约束反作用力，1.3.2约束的基本类型，图1.8皮带对皮带轮的软电缆约束和约束反作用力，1.3.2约束的基本类型，2平滑接触约束对这些约束的特点是只能限制沿接触中两个接触曲面的公共线方向支撑接触面的运动。无论支撑接触表面的形状如何，只能承受压力，不能承受张力。因此，光滑接触面的