(LLLX1)静力学公理和物体的受力分析.ppt

1,第一章静力学公理物体的受力分析,2,静力学,1-1静力学基本概念,一、力的概念,1定义：力是物体间的相互机械作用（接触作用或场作用）。,2力的作用效应：运动效应(外效应)变形效应(内效应)。,3,3力是矢量：力对物体的作用效果与大小、作用点、方向有关4合力与分力5力系：是指作用在物体上的一组力。6等效力系与力系简化,4,力的分类：1）体力或面力；2）对面力，可以是集中力或分布力力系的分类1）平面力系或空间力系2）汇交力系、平行力系、任意力系力的单位：1）国际单位制中,(千)牛顿,(K)N；2）沿某一方向分布的力，其单位为Nm,静力学,5,静力学,物体（系）的平衡：是指相对于惯性参考系(固定在大地上)保持静止或作匀速直线运动的状态。平衡力系：能使物体（系）保持平衡状态的力系称为平衡力系,二.质点与刚体,质点：只有质量没有大小和形状的抽象化力学模型。刚体：是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。是无限质点系、不变质点系。,三.物体的平衡与平衡力系,6,静力学,1-2静力学基本公理,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：大小相等、方向反向、作用线共线,7,静力学,说明：仅对刚体是成立的,二力体：只受两个力作用的物体叫二力体。,对变形体或多体来说，上面的条件只是必要条件,二力杆,注意：二力体可以是任意形状，不一定是直杆。,8,二力体的例子1）哈六例1-42）5杆桁架,9,静力学,在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。,推论：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。（对弹簧，力不具有可传性）,因此，对刚体来说，力的三要素为：大小，方向，作用线即对刚体而言，力是滑动矢量,公理2加减平衡力系原理,10,滑动矢量固定矢量自由矢量,11,静力学,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。即,讨论的是两个共点力合成的情况关键是确定合力的大小和方向此公理可引申为力的三角形法则（首尾相接与顺序无关）对多个力的情况可引申为力的多边形法则,12,静力学,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。,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。,推论：三力平衡汇交定理,13,简单的受力分析,1）哈六例1-42）下图中AB杆的受力,14,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。不管是静止的还是运动的运动时不管是处于平衡状态还是非平衡状态,15,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时，如将此变形体变成刚体（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。,16,静力学,约束反力：约束给被约束物体的作用实际上就是一种力的作用，称为约束反力。,1-3约束与约束反力,一、概念,自由体：位移不受限制的物体叫自由体（子弹、航天器）。,非自由体：位移受限制的物体叫非自由体（火车、旋转轴）。,约束：对非自由体的某些位移施加的限制作用称为约束。,17,18,静力学,大小常常是未知的，与主动力有关，故称为被动力；方向总是与约束所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（但有时约束反力是分布的）。,约束反力特点：,G,19,静力学,约束反力是作用在接触点，由于此类柔性索只能受拉，所以它们的方向沿绳索背离物体。当链条或皮带绕在轮子上时，对轮子的约束反力沿轮缘的切线方向。,二、常见约束,1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束,20,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.光滑接触面约束(指不计摩擦),法向约束反力，限制的是法向位移。,21,静力学,3.光滑圆柱铰链约束,圆柱铰链（组成、研究方法、约束性质）,研究盘时，把销钉和杆放在一起；研究杆时，把销钉和盘放在一起；当然也可以单独分析销钉的受力。,22,23,24,静力学,A,A,显然，两构件绕销钉的相对转动并没有受到限制）,25,静力学,固定铰支座,左视图,26,27,链杆（二力杆）,28,静力学,固定铰支座的表示方法,29,静力学,双面约束,其它实例,30,静力学,活动铰支座,N的方向也可向下(见双面约束),31,静力学,活动铰支座的表示方法,32,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。作用在物体上的力有：一类是主动力,如重力,风载荷,气体压力等。一类是被动力，即约束反力。就平衡问题而言，主动力系和被动力系构成平衡力系。,1-4物体的受力分析和受力图,33,静力学,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、受力分析作受力图（FreeBodyDiagram-FBD）,例1球的重量为W，杆的重量不计，画出它们的受力图,34,例2（郝桐生例2-1）,特别提醒：只有对整体进行受力分析时，才可把受力分析图直接画在原图上,35,静力学,例3画出下列各构件的受力图,注意：若不作说明，则不计重力。,36,静力学,注意：若分析系统的受力，则只画外力。,37,静力学,分析销钉的受力时，看与它相联系的C盘、AC杆和BC杆,作用力和反作用力要相互呼应,38,例4根据上例中销钉的受力分析，讨论图示5杆桁架的诸节点的受力。,39,静力学,例5画出下列各构件的受力图,40,静力学,例4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，要分清研究对象都与周围哪些物体相接触，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，都应能明确地指出施力物体。,1、不要漏画力,42,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测。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