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工 程 力 学 绪 论 篇 绪 论 一、工程力学概述 工 程 力 学 静 力 学 篇 静力学主要内容 静力学基本概念 力系的简化 约束与约束反力 刚体的平衡 摩擦与摩擦力 第 一 章 静力学基本概念 1-1 刚体的概念 刚体：是指在力的作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间的距离保持不变。 实际上任何物体受力后或多或少会变形。但工程上常用的材料，如钢、铸铁、混凝土等所制成的机器零件或结构构件，通常都有足够的刚度。这些零件和构件在受力时，变形因素可以忽略不计。 1-2 力的概念 1-2 约束与约束力 1-3 物体的受力分析 · 受力图 4 、球铰链约束 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。可用三个正交分力表示。 5、轴承约束 （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） 止推轴承 约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力 。 约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。 6、固定端约束 为了分析结构或机器中某个构件的受力，必须将所研究的物体（称为研究对象）从周围物体中分离出来，而将周围物体对它的作用用相应的力来代替，这一过程称为对分离体的受力分析，画出的图称为受力分析图。 在受力图上应画出所有力，主动力和约束力（被动力） 使物体具有运动趋势的力称为物体所受的主动力； 限制物体运动的力为约束反力； 主动力与约束反力都是物体所受的外力，研究物体的平衡状态就是研究外力之间的关系，静力学分析就是讨论物体处于静力平衡时的主动力和约束反力。 * * 工程力学包含的内容 静力学 材料力学 研究物体的受力与平衡规律。 研究物体在外力作用下的变形和失效。 失效：是指工程构件（结构元件、机器的零部件）在外力作用下丧失其正常功能的现象称为“失效”或者“破坏”。 失效的形式 强度失效：不可恢复的塑性变形或断裂。 刚度失效：过大的弹性变形。 稳定性失效：受某种力作用下 失去平衡形态 断裂 明显的塑性变形 图2 吊绳突然断裂小货车坠下 图1 断裂与断口 图3 刚度失效，变形过大引起加工误差 图4 稳定性失效 工程设计的任务之一就是保证构件在确定的外力作用下正常工作而不失效，即保证构件具有足够的强度、刚度与稳定性。 1、强度 指构件受到载荷作用不发生塑性变形或断裂的能力。 2、刚度 指构件受到载荷作用不发生过大的弹性变形的能力。 3、稳定性 指构件受到载荷作用不发生因平衡状态的改变而引起变形的能力。 因而本课程的内容： 分析并确定构件所受各种受力的大小和方向； 研究在外力作用下构件的内部受力、变形和失效的规律； 提出保证构件的强度、刚度、稳定性的设计准则； 工程力学的研究对象 研究对象 ：杆件 块体 静力学研究物体作机械运动的特殊情况——物体处于静止状态时力的平衡规律。包括：受力分析、力系的简化、平衡的条件等等。 物体的静平衡是指物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。 刚体这一理想化的模型，是随着问题的性质的改变而变化的，比如研究超静定问题像一根梁上有三个支座，要研究三个支座的支承力时，变形这个因素就不能忽略了。 力是物体间的相互作用，其效果是使物体的运动状态发生改变（运动效应）或物体发生变形（变形效应）。 静力学只研究刚体，因此，只讨论物体在力的作用下整体的平衡问题。 力的单位，采用国际单位时为： 或 牛顿（N） 力对物体的作用效果取决于力的大小、方向与作用点我们称之为力的三要素 1. 力的基本概念 (1) 力的三要素 （2） 力系 物体受到若干力的作用，统称力系。 平面力系：各力作用线均在同一平面内，可分为 平面汇交力系 平面平行力系 平面任意力系 平面力系 空间力系 1.平面汇交力系 2.平面平行力系 3.平面任意力系