静力学的基本概念.ppt

本章内容,力的基本概念 静力学公理 常见的约束类型 物体的受力分析,第一章,静力学基本概念,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。,1-1 关于力,1-1-1 力与力系,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或物体发生变形,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）,工作状态的模型刚体与变形体 研究运动时忽略极小的变形刚体; 研究物体的变形和内部受力规律时，则必须考虑变形变形体。,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,根据各力作用线的关系，可分为平面任意力系、平面平行力系和平面汇交力系,1.1 基本概念几个相关定义,力系：作用于物体或体系的一群力 平衡：保持静止或匀速直线运动状态（具有相对性） 平衡力系：处于平衡状态的力系 等效力系,（3）静力学公理,作用于刚体上的两个力，如果大小相等、方向相反、且沿同一作用线，则它们的合力为零，此时，刚体处于静止或作匀速直线运动。,公理一 二力平衡公理,空间力系：力的作用线分布于三维空间,空间任意力系,空间平行力系,空间汇交力系,只有两个力作用下处于平衡的物体,二力构件,不是二力构件,力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应,公理二 加减平衡力系公理,在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。,推论：力的可传性,同一个点作用两个力的效应可用它们的合力来等效。该合力作用于同一点，方向和大小由平行四边形的对角线确定。,公理三 力的平行四边形法则,两个物体间相互作用的力，总是大小相等、方向相反，同时分别作用在两个物体上。,公理四 作用与反作用定理,推论：三力平衡汇交定理,刚体受到不平行的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线一定交于同一点且位于同一平面内。,刚化原理,当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果把变形后的变形体换成刚体(刚化)，则平衡状态保持不变。,3-1 约束,3-1-1 约束与约束反力的概念,我们研究物体的运动时，可能遇到两种情况：,物体在空间的运动是不受限制的 物体在空间的运动受到某些限制,显然，气球作为一个自由物体运动，其运动形式无限多自由物体。,绿色圆柱体在圆槽内的运动受到限制非自由物体。,我们把那些对非自由物体的限制称为约束,进一步考察绿色圆柱体的运动，它在圆槽内的运动形式取决于两种力的共同作用：,一是使其产生运动趋势的力，如重力、驱动力等，称之为主动力。 二是结构形式对其运动限制的力，称之为约束反力，简称反力。,约束反力实际上反映了物体间的相互作用,我们将上述对非自由体运动限制的约束反力称为理想约束力 无法限制非自由体运动的物体间相互作用的其他约束称为非理想约束力,如摩擦力,3-1-2 常见的理想约束及其约束力的简化,按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力，它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两个刚体上。,下面我们讨论几种常见的理想约束：,1、支撑（承）面约束,2、转动铰约束力,固定铰支座,活动铰支座,5、连杆约束力,4、柔索约束力,两端为圆柱铰,3、滑移铰约束力,6、齿轮副约束力,节圆公切线,连心线,7、球铰约束,8、固定端约束,1、主动力和约束反力,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,2、受力分析与受力图,受力分析就是分析物体所受的所有主动力和约束反力,对于一个物体系统，各个物体之间的作用力为对于整个系统来讲为内力，要对其中某个物体作受力分析时，需要将该物体从系统中分离出来，此时，其他物体对该物体的作用力均为该物体的外力,对于被分离出来的物体、即受力分析对象，画出其承受的所有主动力和约束反力称为该物体的受力图,A,A,C,C,B,B,A,B,C,A,B,C,A,B,C,A,B,C,B,C,A,C,A,B,C,D,C,C,D,P,B,D,A,D,C,例2：,三力平衡汇交点,E,画出各运动构件 在某任一时刻的 受力分析图？,P,P,YA,YB,XB,RB,YA,RD,？,C,RC,XB,RB,YA,RD,？,C,RC,RC,RE,P,RE,RD,YA,RD,？,C,RC,小 结,1基本概念 力和刚体是静力学的基本概念。 （1） 力对物体的作用有两种效应，外效应和内效应。静力学只研究 力的外效应。 （2） 刚体是不变形的固体，它是力学中物体的一种抽象化模型。在 静力学中把所研究的物体看成是刚体，这就是使得研究平衡问题时大 为简化。 2静力学公理 静力学公理是静力学的基础。 二力平衡公理、加减平衡力系公理和力的可传性原理只适用于刚体 而不适用于变形体。 作用力与反作用力虽然大小相等、方向相反，沿同一直线，但是作 用在两个不同的物体上；它不是二力平衡公理中所说的两个作用在同 一刚体上的力。因此，不能认为作用力与反作用力互相平衡。,3约束与约束反力 物体受周围其他物体的限制，使它沿某些方向的运动成为不可能，这些周围物体叫做该物体的约束。约束对被约束物体的作用力，叫约束反力。 分析约束反力不能根据被约束物体的运动趋势，而是根据约束的性质，要看约束怎样限制物体的运动。 对工程中的几种基本类型约束要能正确理解，熟练掌握。 4受力图 画受力图是力学中重要的一环，若受力图错了，分析和计算也必将导致错误的结果。因此，画受力图，读者应认真对待，反复