静力学基本概念和受力分析.ppt

1,工程力学,第一篇 静力学,2,静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。,引 言,静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。,静力学,3,第一章 静力学基本概念 和物体的受力分析,静力学,4,静力学,是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运 动的状态。(适用于牛顿定律的参考系称为惯性系，否则称为非惯性系),一、刚体,就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 静力学的研究对象为刚体。,二、平衡,1-1 静力学基本概念,5,4.力的单位： 牛顿(N),千牛顿(kN),静力学,三、力的概念,1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物 体的运动状态。,2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,3. 力的三要素：大小，方向，作用点,6,体积力：自重，惯性力等（ ,5. 力的分类：,(1). 按作用方式分：,表面力：按接触表面分布,集中力：外力分布的面积远小于物体的表面尺寸， 可看成作用于一点的力（N）；,静力学,7,分 布 力,桥面板作用在钢梁的力,分布力：作用于一定的面积上 ( ),作用于一定的长度上（N/m）,静力学,8,动载荷： 随时间改变的载荷，如交变载荷、冲击载荷。,(2). 按载荷作用的性质分：,静载荷：载荷从零开始缓慢地增加到P；,6.力系：是指作用在物体上的一群力。 7.平衡力系：物体在力系作用下处于平衡时，称为平衡力系。,静力学,9,静力学,1-2 静力学基本公理,公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。,公理1 二力平衡公理,作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反 F1 = F2 作用线共线， 作用于同一个物体上。,10,静力学,说明：对刚体来说，上面的条件是充要的,二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中),11,静力学,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用。,推论1：力的可传性。 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。,因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线,公理2 加减平衡力系原理,F2 = -F1,12,静力学,刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。,公理3 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。,推论2：三力平衡汇交定理,13,静力学,公理4 作用力和反作用力定律,等值、反向、共线、异体、且同时存在。,证 为平衡力系， 也为平衡力系。 又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力 必汇交，且共面。,例 吊灯,14,静力学,公理5 刚化原理,变形体在某一力系作用下处于平衡，如将变形后的变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。,公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可应用刚体静力学的平衡理论。,15,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,1-3 约束与约束力,一、概念,16,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(约束反力)：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,静力学,17,静力学,大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,18,静力学,绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。,二、约束类型和确定约束反力方向的方法,1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束-柔索,19,静力学,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体,2.光滑支承面 (光滑指摩擦不计),20,静力学,3.光滑圆柱铰链,圆柱铰链,中间铰,21,静力学,A,A,圆柱铰链约束力分析,22,静力学,固定铰链支座,23,静力学,固定铰链支座的图示符号,24,静力学,4.活动铰链支座（辊轴支座）,N的实际方向 也可以向下,25,静力学,活动铰链支座（辊轴支座）的图示符号,26,静力学, 光滑球铰链,5. 空间约束,观察物体在空间的六种（沿三轴移动和绕三轴转动）可能的运动中，有哪几种运动被约束所阻碍，有阻碍就有约束反力。阻碍移动为反力，阻碍转动为反力偶。例,27,静力学, 向心轴承，滚珠(柱)轴承,28,静力学, 滑动轴承,29,静力学, 止推轴承,30,静力学, 带有销子的夹板,31,6. 二力杆,若杆体上只有两点受力且不计其重量，则该杆体称为二力杆。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。,静力学,32,静力学,滑槽与销钉 （光滑面-双面约束）,静力学,例 题,33,静力学,一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。,1-4 物体的受力分析和受力图,作用在物体上的力有： 一类是:主动力,如重力,风力,气体压力等。 二类是：被动力，即约束反力。,34,静力学,画物体受力图主要步骤为：选研究对象；取分离体； 画上主动力；画出约束反力。,二、受力图,例1,说明: 本课程中，除非明确给出构件的重力或容重，一般不考虑重力。,35,静力学,例2 画出下列各构件的受力图,36,静力学,(1),(2),37,静力学,(1),(2),(3),38,静力学,例3 画出下列各构件的受力图,说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。,39,静力学,例4 尖点问题,40,静力学,例5 画出下列各构件的受力图,41,静力学,三、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,42,静力学,约束反力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。,即受力图一定要画在分离体上。,43,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。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,