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刚体静力学 刚体在力系作用下的平衡规律 平衡：相对于惯性系保持 静止或匀速直线运动 力系：作用于物体上的一群力 刚体静力学 1.物体受力分析 刚体静力学、动力学基础 2.力系的等效和简化 静力学、动力学基础 3.力系的平衡条件和平衡方程 工程设计基础 等效力系: 对同一刚体产生相同作用效应的力系 合力: 与某力系等效的力  刚体静力学模型  工程常见约束及约束反力  受力分析 第2章 静力学公理和物体的受力分析 1.刚体静力学模型 分析： 杆BDC所承受的力? 物体的理想化 受力的理想化 接触和连接方式的理想化 要解决的问题 刚体静力学模型 刚体静力学模型 1.1 物体的理想化 －刚体（不变形的物体） 研究塔吊不致倾倒，确定所需配重－刚体 塔吊和组成塔吊的每一根杆件是否安全－变形体 刚体静力学模型 1. 力的概念 力是物体间相互的机械作用。这种作用使物体运动状态发生变化或使物体产生变形。 1.2 受力的理想化 注意： 力作用于可变形的物体：既有变形效应，也可能有运动效应。 力作用于刚体：不会有变形效应，只可能有运动效应。 刚体静力学模型 2. 力对物体的作用效果取决于： 力的三要素：大小、方向和作用点。 可用一个矢量表示 力的三要素表明，力是有固定作用点的定位矢量。 刚体静力学模型 1.2. 3.受力的理想化－集中力、分布力 真实地：受到相互接触面上的分布力 当力的作用面积很小时－集中力 刚体静力学模型 1.3 接触和连接方式的抽象和理想化 －约束 自由体： 其运动没有受到其它物体预加的直接制约的物体 刚体静力学模型 约束：对非自由体运动起制约作用的周围物体 非自由体： 其运动受到其它物体预加的直接制约的物体 约束反力：约束作用于被约束物体的力 约束反力的性质： 约束反力作用于接触点，总是与约束所能阻止的物体运动方向相反。 刚体静力学模型 若列车是非自由体，其约束体？ 铁轨作用在车轮上的力为约束力 铁轨是约束体 刚体静力学模型 物体受力分类 主动力 约束力 （主动施加的力） （约束施加于被约束物体上的力） 重力、风力、水压力 被动力，其方向取决于约束的类型 2.工程常见约束与约束反力 2.工程常见约束与约束反力 理想约束：接触面绝对光滑 非理想约束：接触面存在摩擦 由刚性程度：柔性约束 刚性约束 工程常见约束与约束反力 2.1 柔性约束 柔性约束只能承受拉力 约束反力： 沿柔索而背离被约束物体，作用于连接点。 链条约束与约束力 工程常见约束与约束反力 2.2 刚性约束 约束与被约束物体均为刚体，两者间为刚性接触 2.2.1 光滑接触面约束（设接触面光滑无摩擦） 限制物体沿接触面法线向约束内部的位移 约束力沿接触面的公法线指向被约束物体 常称为法向约束力 作ABC受力图 F F 工程常见约束与约束反力 2.2. 2 光滑圆柱铰链约束 首都机场候机楼顶棚拱架支座 将具有相同圆孔的两构件用圆柱形销钉连接起来，称为中间铰约束 实质为光滑面接触 工程常见约束与约束反力 固定铰支座 构件的端部与支座有相同直径的圆孔，用一圆柱形销钉连接起来，支座固定在地基或者其他结构上。这种连接方式称为固定铰链支座，简称为固定铰支(smooth cylindrical pin support)。桥梁上的固定支座就是固定铰链支座。 工程常见约束与约束反力 轴承约束（径向轴承） 约束力的特征 与铰链的约束力完全相同 销钉的意义 销钉的意义 F F F F F F 工程常见约束与约束反力 2.2. 3 滚动支座约束 在铰链支座与光滑支承面间安装几个辊轴构成，亦称辊轴支座约束。 约束性质与光滑面约束相同，其约束力垂直于支承面，通过铰销中心。 工程常见约束与约束反力 2.2. 4 球形铰链约束 限制物体沿任何方向的位移，不限制沿球心的空间转动。 约束力通过球心，但方向不能确定，常用三个正交分量表示 工程常见约束与约束反力 2.2. 5 止推轴承 与径向轴承不同，除限制轴的径向位移外，还限制其轴向位移。 约束力由三个正交分量表示 3.静力学基本公理 静力学基本公理概括了力的基本性质，是建立静力学理论的基础 公理1 力的平形四边形法则 －复杂力系简化的基础 矢量表达式 是力的合成法则，也是力的分解法则 既适用刚体也适于变形体 公理2 二力平衡公理 静力学基本公理 －最简单的平衡条件 作用在刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。