工程力学 静力学基本概念和物体受力分析.ppt

第一章 静力学基本概念和物体受力分析 本章重点、难点 ⒈重点 力、刚体、平衡和约束等概念。 静力学公理 。 柔性体约束、光滑接触面约束、光滑铰链约 束的特征及约束反力的画法。 单个物体及物体系的受力分析。 ⒉难点 约束的概念，光滑铰链约束的特征。 物体系的受力分析。 §1-1 静力学基本概念 一 刚体:绝对不变形的物体，或物体内任意两点间的距离不改变的物体. (刚体静力学) 二平衡：物体相对惯性参考系（如地面）静止或作匀速直线运动. 三力:物体间的相互机械作用. ( 三要素? 单位?) 集中力F, 分布力 载荷集度q 力是矢量, 力是定位矢量. 力矢是自由矢量 力系:作用在物体上的一群力.(F1 F2 F3 …Fn) 讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力图？ 如图 （g） （h） （i） 例 不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出绳子、梯子左右两部分与整个系统受力图。图(a) 解： 绳子受力图如图（b）所示 平衡力系:满足平衡条件的力系 等效力系:两个力系作用于同一物体其效应相同 力系的分类 按作用线所在位置分为：平面力系 空间力系 按作用线相互关系分为: 共线力系、 平行力系、 汇交力系、 任意力系 一个力和一个力系等效,称这个力是这个力系的合力,而该力系中的各力是合力的分力 §1-2 静力学公理 公理1 力的平行四边形法则 公理2 二力平衡条件 使刚体平衡的充分必要条件 最简单力系的平衡条件 合力（合力的大小与方向） (矢量和) 此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。 公理3 加减平衡力系原理 推理1 力的可传性 作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为 大小、方向和作用线。 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。 推理 2 三力平衡汇交定理 平衡时 必与 共线则三力必汇交O 点，且共面。 公理4 作用和反作用定律 作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。 在画物体受力图时要注意此公理的应用。 公理5 刚化原理 柔性体（受拉力平衡） 刚化为刚体（仍平衡） 反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的。 刚体（受压平衡） 柔性体（受压不能平衡） 约束：对非自由体的位移起限制作用的物体。 约束力：约束对非自由体的作用力。 约束力 大小——待定 方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反 作用点——接触处 §1-3 约束和约束力 自由体：可以在空间自由运动的物体。 非自由体：因受到周围物体的阻碍，限制而不能做 任意运动的物体 工程常见的约束 1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束） 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。 2 、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束 柔索只能受拉力，又称张力。用 表示。 柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。 胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。 3 、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等） （1） 径向轴承（向心轴承） 约束特点： 轴在轴承孔内，轴为非自由体、 轴承孔为约束． 约束力： 当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接触约束——法向约束力．约束力作用在接触处，沿径向指向轴心． 当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变． 可用二个通过轴心的正交分力 表示。 （2）光滑圆柱铰链 约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀． 约束力： 光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示． 其中 一般不必分析销钉受力， 当要分析时，必须把销钉单独取出． （3） 固定铰链支座 约束特点： 由上面构件1或2 之一