(静力学基本概念与物体受力分析).ppt

1 1静力学基本概念 第一章静力学基本概念与物体受力分析 1 2静力学公理 1 3约束和约束力 1 4受力图 研究物体的受力和平衡的规律 研究物体在外力作用下的内力 变形和失效的规律 工程力学 静力学 材料力学 提出保证构件具有足够强度 刚度和稳定性的设计准则和方法 1 1静力学基本概念 强度失效 构件应有足够的抵抗破坏的能力 足够的强度 构件在外力作用下发生不可恢复的塑性变形或断裂 塑性变形 断裂 塑性变形 断裂 构件在外力作用下产生过量的弹性变形 构件应有足够的抵抗变形的能力 足够的刚度 风振作用下扭曲变形 发射架的刚度要求很高 刚度失效 稳定失效 构件应有足够的保持原有平衡状态的能力 足够的稳定性 构件在外力作用下其平衡形式发生突然改变 稳定失效 将研究对象从周围物体中分离出来 作为受力体分析所受力 作出受力图 物体的受力分析 分析BC杆的受力 作出受力图 力系的简化 1 力系等效 2 力系的简化 作用在刚体上的力系用另一力系代替而不改变对刚体的效应 用最简单的力系等效代替复杂的力系 刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系满足的条件 力系的平衡条件 求F1 F2 根据平衡条件可求作用在平衡刚体上的未知力 一 刚体的概念 刚体是在力的作用下不变形的物体 任何物体在力作用下有变形 当物体变形不大或变形对所研究的问题没实质影响时 可将物体抽象为刚体 杆件变形非常小 二 平衡的概念 平衡是指物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移 工程技术中常把固连于地球的参考系视为惯性参考系 平衡则指物体相对于地球处于静止或作匀速直线平移 静止 匀速直线运动 三 力和力系的概念 力的作用效应 1 力 外效应 运动效应 内效应 变形效应 力的三要素 力的作用点 力的方向 力的大小 力是物体间相互的机械作用 具有一方向的带箭头的线段表示力 线段的起点或终点表示力的作用点 线段的方向和箭头的指向表示力的方向 力是矢量 力的方向指静止质点在力作用下开始运动的方向 力的作用点是物体相互作用位置的抽象化 力的大小反映物体间相互作用的强度 力的国际单位 N 工程单位 kgf 2 力系 力系是作用在物体上的一群力 平衡力系 等效力系 等效力系指分别作用于同一物体其效应相同的两个力系 平衡力系指作用于刚体使其保持平衡的力系 平面力系 平面力系指力系中力作用线在同一个平面内 空间力系指力系中力作用线不在同一个平面内 空间力系 汇交力系 平行力系 任意力系 汇交力系指力系中力作用线汇交于一点 平行力系指力系中力作用线平行 任意力系指力系中力作用线任意分布 一 二力平衡公理 作用在刚体上的两个力 平衡的充分与必要条件 两个力的大小相等 方向相反 作用在一直线上 1 对于变形体 以上为必要而非充分条件 1 2静力学公理 2 二力构件 在二力作用下平衡的构件 二力必等值反向 二力构件是否一定是直杆 二力作用线必沿二力作用点的连线 在已知力系上加减任意平衡力系 不改变原力系对刚体的作用效应 二 加减平衡力系公理 力系等效 1 简化力系 将已知力系中的平衡力系去掉 不会改变刚体的运动效应 力系简化 2 力的可传性原理 力的三要素 力的大小 力的方向 力的作用线 力沿其作用线可平移至刚体上任意点而不会改变刚体的运动效应 力的三要素 力的大小 力的方向 力的作用点 刚体 加平衡力 减平衡力 作用于物体某一点上两个力的合力 作用于同一点 其大小和方向由这两个力所构成的平行四边形的对角线表示 三 力的平行四边形法则 1 力的三角形法则 作用于物体某一点上两个力的合力 作用于同一点 两个力首尾依次相连 合力的大小和方向由第一个力的始点到第二个力的终点表示 力合成矢量表达式 2 三力平衡汇交 作用在刚体同一平面内的三个互不平行的力平衡 三力的作用线必须汇交于一点 四 作用与反作用定律 两物体间互相作用的力总是同时存在 大小相等 方向相反 作用在同一直线上 约束 主动力 约束对被约束物体的作用力 方向与阻碍的物体运动方向相反 对物体运动构成限制的物体称为被限制物体的约束 使物体运动或有运动趋势的力 约束力 1 3约束和约束力 一 柔索 2 约束力特点 1 约束性质 约束只能承受拉力 不能承受压力和抵抗弯曲 约束力F作用于柔索和物体的连接处 方向沿柔索背离被约束物体 二 光滑支承面 约束力F沿接触面公法线指向物体 1 约束性质 限制物体沿接触面公法线指向约束方向的位移 2 约束力特点 三 光滑圆柱铰链 1 约束性质 两物体用光滑圆柱体相连 限制物体在与圆柱体轴线垂直的平面内移动 2 约束力特点 约束力F通过接触点并沿接触面法线方向 约束力F通常用通过铰链中心的两个互相垂直的分力Fx Fy表示 通常接触点与被约束物体所受主动力有关 故约束力F方向不能确定 约束力Fx Fy可看成是销钉与固定支座整体对物体的作用力 实际是销钉对物体的作用力 固定铰支座约束 中间铰约束 中间铰平衡 作用力与反作用力 四 活动铰链支座 约束力F垂直于滚子支承面通过铰链中心 1 约束性质 活动铰链支座限制物体沿接触面法线方向移动 不限制物体的转动和沿接触面切线方向移动 2 约束力特点 五 光滑球形铰链 通过接触点和球心指向物体 通常用互相垂直的分力Fx Fy Fz表示 1 约束性质 限制物体在空间上任意移动 不限制绕此点任意转动 2 约束力特点 六 轴承 2 约束力特点 1 约束性质 向心轴承 通常用通过轴中心的两个互相垂直的分力Fx Fy表示 限制轴承在与轴垂直的平面内移动 2 约束力特点 止推轴承 1 约束性质 限制物体在垂直于轴线的平面内径向运动 而且限制单方向的轴向运动 通常用互相垂直的分力Fx Fy Fz表示 七 二力构件 1 约束性质 2 约束力特点 二力构件限制物体沿二力构件的两作用点的连线运动 二力构件对物体的约束力沿两作用点的连线 例 重P的匀质圆轮在边缘A点用绳系住 绳AB通过轮心C 圆轮边缘D点靠在光滑的固定曲面上 试画出圆轮的受力图 1 4受力图 例 重为P的均质圆柱夹在重为W的光滑均质板AB与光滑的铅垂墙之间 均质板在A端用固定铰链支座固定在铅垂墙上 在B端以水平绳索BE系在墙上 试画出圆柱C与板AB组成的刚体系整体的受力图及圆柱C与板AB的受力图 例 杆AC和杆BC在C点用光滑铰链连接 DE间系有绳索 A处为固定铰链支座 B端搁在光滑水平面上 在杆AC的中点作用集中力FH 不计杆重 试分别画出杆AC和BC整体 杆AC和杆BC的受力图 受力分析总结 明确研究对象 将研究对象从系统中隔