工程力学第1章静力学基本概念与物体受力分析.ppt

静力学 工程力学 第一篇 静力学 静力学 引言 工 程 力 学 静力学 材料力学 刚体刚体 平衡时的变形体变形体 平衡问题 强度问题 刚度问题 稳定性问题 静力学 第一章 静力学基本概念与受力分析 1 静力学基本概念 2 约束与约束力 3 受力图 静力学1 静力学基本概念 刚体：在力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。 平衡：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。 静力学1 静力学基本概念 力的概念力是物体间的相互机械作用机械作用 力的三要素：大小，方向，作用点 AF 力的三要素表明，力是一个具有固定作用点的定位矢量。 力矢量（力矢）： F自由矢量 ：接触作用和场作用 注：分布力的作用点有无限多个。 静力学1 静力学基本概念 力的作用效应 内效应: 物体的变形。 外效应: 物体运动状态的改变。 注意： 1. 力作用于可变形的物体时，既 有内效应，也可能有外效应。 力作用于刚体时，不会有内效 应，只可能有外效应。 “勇气号”火星探测器 着陆装置气袋 静力学1 静力学基本概念 等效力系: 对同一刚体刚体产生相同作用效应的力系 力 系： 作用在物体上的一组力 合力: 与某力系等效的一个力 平衡力系: 对刚体不产生任何作用效应的力系 静力学2 约束与约束力 自由体：可以在空间任意运动的物体 非自由体：运动受到某些限制的物体 静力学2 约束与约束力 约约 束：限制物体运动的条件。 约束体：约束非自由体运动的物体。 列车是非自由体 铁轨是约束体 约束力：约束体作用在非自由体上的力。 铁轨作用在车轮 上的力为约束力 主动力：主动作用于物体的力，如重力,风力,气体压力 静力学2 约束与约束力 约束的性质：约束力的方向与限制物体运动的方向相反。 （一）柔索绳索、 链条、皮带等 约束力特点：力沿柔索方向，受拉。 限制该方向的运动 约束力的分类： F1 F1 F2 F2 静力学2 约束与约束力 （二）光滑面约束约束力沿公法线方向指向被约束的物体 B A C 公切面 公法线 假设条件：不计摩擦 静力学2 约束与约束力 不计摩擦时，齿轮间的约束也属于光滑面约束。 静力学2 约束与约束力 1、固定铰链支座 A A 固定铰链简图 （三）光滑圆柱铰链 A 静力学2 约束与约束力 首都机场候机楼顶棚拱架支座 静力学2 约束与约束力 2、连接铰链 B B B 注意：作用力与反作用力的关系 问题：在忽略肌肉力的情况下，人 体的哪些关节可以视为连接铰链？ 静力学2 约束与约束力 3、活动铰链支座 A A A 4、径向轴承 静力学2 约束与约束力 固定与活动铰链支座的应用 静力学2 约束与约束力 （四）光滑球铰链 A A 人造髋关节 静力学2 约束与约束力 止推轴承 约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴 向的位移限制 约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力，亦有三个正交 分力 静力学2 约束与约束力 （五）二力构件/二力杆 二力平衡原理：作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要 条件是：此二力等值、反向、共线。 若刚体上只有两点受力且不计其质量，则该刚体称为二力构件 或二力杆。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。 W 不计杆件自重 W 静力学3 受力图 关键：根据约束的类型约束的类型画出研究对象的约束力 步骤：选研究对象；取分离体； 画上主动力；画出约束反力。 静力学3 受力图 例：结构如图所示，不计构件自重，画出AB杆的受力图。 D C W AB W AB D C AB W CCD杆为二力杆 静力学3 受力图 例：画出AB杆的受力图。 (b) C B A D (a) A A B B C C D 静力学3 受力图 例：画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图。 WW W W A B C D 1、研究滑轮 2、研究CD杆 不计杆件和滑轮自重 静力学3 受力图 A A B C 3、研究AB杆 4、研究整体 W A B C D WW W W WW C A B 注意：研究整体时，不画物体间的内力。 静力学3 受力图 WW W W WW C A B 注意： 1. 区分内力和外力； 2. 内力和外力随研究对象 不同而不同； 3. 研究整体时，不画物体 间的内力。 静力学思考与练习 P11 例1-1 阅读思考：每一个约束力的方向是根据什么 确定的？ P12 例1-2 阅读思考： 1.各约束力方向的确定 2. AB是否二力杆？ 3. H点的约束力属于内力还是外力？ 静力学 画受力图应注意的问题画受力图应注意的问题 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 静力学 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。 3、不要画错力的方向 4、受力图上不能再带约束。 即受力图一定要画在分离体上。 静力学 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。 5、受力图上只画外力，不画内力。 6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相