静力学基本概念及受力图.ppt

1 第一章静力学基本概念及受力图 2 1 1静力学的基本概念 1 2静力学公理 1 3约束与约束反力 1 4物体的受力分析与受力图 3 4 力的单位 国际单位 牛顿 N 一 力 Force 1 定义 力是物体与物体之间的相互作用 2 力的效应 3 力的三要素 决定效应 大小 方向 作用点 矢量 1 1静力学基本概念 力是物体运动状态改变的原因 变形效应 内效应 运动效应 外效应 4 二 力系 Forcesystem 作用在物体上的一群力 三 力系分类 Forcesystemclassification 力系可分为 平面 Planar 力系 空间 Spatial 力系 5 物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态 四 刚体 Rigidbody 在力的作用下 大小和形状都不变的物体 五 平衡 Equilibrium 七 平衡力系 Equilibriumforcesystem 六 平衡条件 Equilibriumcondition 物体处于平衡状态时 作用在物体上的力系必需满足的条件 物体平衡时力系 6 公理 axiom 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 作用于同一刚体上的两个力 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 1 2静力学基本公理 7 二力构件 只在两个力作用下平衡的刚体 受力特点 两个力必沿作用点的连线 8 在作用于刚体上的任何一个力系上 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 力的三要素为大小 方向 作用线 公理2加减平衡力系公理 9 若刚体受三力作用而平衡 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 合成与分解 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 10 公理4作用力和反作用力定律 两物体间的作用力 总是大小相等 作用线相同而指向相反 分别作用在这两个物体上 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 公理5刚化公理 变形体在某一力系作用下处于平衡 若将此变形体刚化为刚体 其平衡状态不变 此公理表明 刚体的平衡条件是变形体平衡的必要而非充分条件 11 约束反力 Reaction 约束给被约束物体的力 被动力 1 3约束与约束反力 一 概念 自由体 Freebody 位移不受限制的物体 非自由体 Constrainedbody 位移受到某些限制的物体 约束 Constraint 对非自由体的某些位移施加的限制条件 12 大小常常是未知的 必须在约束解除后才能表现出来 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 13 柔体只能受拉 因此它们对物体的约束反力 作用在接触点 方向沿绳索背离物体 二 常见约束类型及其约束反力方向的确定 1 柔体约束 绳索 链条或皮带 14 约束反力作用在接触点处 方向沿公法线 指向受力物体 2 光滑接触面的约束 光滑指摩擦不计 P P 15 3 固定铰链约束 约束特点 限制物体在平面内的移动 约束反力特点 提供在平面内两个互相垂直方向的反力 16 4 滚动铰链支座 辊轴支座 约束特点 限制物体在平面内垂直方向的移动 约束反力特点 提供在平面内垂直方向的反力 17 A 5 连接铰约束 约束反力特点 只须画一对正交的分力即可 18 一 受力图将所研究的物体 研究对象 从周围物体的约束中分离出来 单独画出这个物体的轮廓图形 并将它所受到的主动力和约束反力全部画在图形上 这样得到的图形称为受力图 free bodydiagrams 1 4物体的受力分析和受力图 画物体受力图主要步骤 选研究对象 取分离体 画上主动力 约束反力 19 例1 不计构件自重 分别画出圆柱体和AB杆的受力图 选 取 画 20 CD杆为二力杆 例2 结构如图所示 不计构件自重 画出AB杆的受力图 21 例3 画出下列各构件的受力图 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 22 例4 画出各杆受力图 其重量不计 应去掉约束 应去掉约束 23 例5 画出下列各构件的受力图 24 25 例6 画出下列各构件的受力图 26 二 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 27 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 即受力图一定要画在分离体上 28 一个力 属于外力还是内力 因研究对象的不同 有可能不