静力01章-受力分析

1、1,第一章 静力学基本公理 和物体的受力分析,2,11 静力学的基本概念 12 静力学公理 13 约束与约束反力 14 物体的受力分析与受力图,第一章 静力学公理与物体的受力分析,3,力的单位： 国际单位制：牛顿(N)，千牛顿(kN),一、力的概念,1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 体的运动状态。,2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,3. 力的三要素：大小，方向，作用点,1-1 静力学基本概念,4,力系(Force system)：是指作用在物体上的一群力。 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡， 我们称这个力系为平衡力系。,是指物体相对于惯性参考系保

2、持静止或作匀速直线运 动的状态。,二.刚体(Rigid body),就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。,三.平衡(Equilibrium),5,公理(axiom)：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,公理1 二力平衡公理,作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线， 作用于同一个物体上。,1-2 静力学基本公理,6,说明：对刚体来说，上面的条件是充要的；,二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,对变形体来说，上面的条件只是必要

3、条件,不是二力构件,7,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,推论1：力的可传性。 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。,因此，对刚体来说，只要大小，方向，作用线相同，拉力与压力的作用效果相同。,公理2 加减平衡力系原理,8,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交平行力系。）,公理3 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的

4、对角线来表示。,推论2：三力平衡汇交定理,9,公理4 作用力和反作用力定律,等值、反向、共线、异体、且同时存在。,证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。,例 吊灯,10,公理5 刚化原理,变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。,公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。,11,约束反力(Reaction)：约束给被约束物体的力叫约束反力。,1-3 约束与约束反力,一、概念,自由体：位移不受限制的物体叫自由体。,非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。,约束(Constrai

5、nt)：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。 （这里，约束是名词，而不是动词的约束。）,12,大小常常是未知的, 必须在约束解除后才能表现出来； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,13,绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法：,1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,14,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体,2.光滑接触面的约束 (光滑指摩擦不计),P,P,15,3、固定铰链支座,约束特点：限制物体在平面内的移动。,约束反力特点：提供

6、在平面内两个互相垂直方向的反力。,16,固定铰链结构示意图,17,工程中固定铰链支座的表示,18,4、滚动铰链支座（辊轴支座）,约束特点：限制物体在平面内垂直方向（双向）的移动。,约束反力特点：提供在平面内垂直方向的反力。,19,活动铰支座结构示意图,20,工程中滚动铰链支座（辊轴支座）的表示,21,A,5、连接铰约束,约束反力特点 (1)二体连接铰:不考虑销钉,只须画一对正交的作用与反作用力,22,约束反力特点 (2)多体连接铰:要考虑销钉,每根杆都必须画一对与销钉的相互作用的正交力.,23,连接铰结构示意图,24,6、滑移铰约束力,25,一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究

7、的物体，即选择研究对象；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。,1-4 物体的受力分析和受力图,作用在物体上的力有：,一类是: 主动力,如重力,风力,气体、液体压力等。,二类是：由于主动力产生的被动力，即约束反力(reaction)。,26,拦河大坝的水压力是表面力，为面分布载荷，单位：MPa。,面分布载荷还可以简化为线分布载荷 单位：N/m，kN/m。,27,二、受力图(free-body diagrams),例1,画物体受力图主要步骤：,选研究对象,取分离体,画上主动力、约束反力,选,取,画,28,A,关于连接铰链(中间铰),1.二体铰

8、:销钉仅连接两个物体, 不必画连接销钉, 直接画两个物体之间的作用力与反作用力.,讨论：销钉上还作用一外力。应该怎样画作用力？,可以将力画在其中一个杆 (注意：一般来说，另一杆为二力杆)上，则两个杆仍按照作用力与反作用力的关系画。,29,2.三体铰:连接三个以上物体, 必须画连接销钉, 并且每个物体都仅与销钉发生作用力与反作用力.,30,例2 画出下列各构件的受力图,31,32,33,例3 画出下列各构件的受力图,说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。,34,例4 尖点问题,应去掉约束,应去掉约束,35,例5 画出下列各构件的受力图,36,三、画受力图应注意的问题

9、,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,37,约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在分离体上。,38,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一