理论力学--物体的受力分析1.ppt

理论力学,中国民航大学力学教研室杜春志,何谓理论力学？,绪论,航空、航天、宇航,汽车、机器人、机械,绪论,水利、海洋、结构,桥梁、建筑、土木工程,何谓理论力学？,绪论,一、理论力学的研究对象和内容,研究受力物体在力系作用下的平衡；,从几何角度研究物体的运动；,研究受力物体的运动与作用力之间的关系。,理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。,通过观察生活和生产实践中的现象，进行实验，分析、综合和归纳，总结出力学的最基本的规律。,在对事物观察和实验的基础上，抽象、建立力学模型，形成概念，经过逻辑推理和数学演绎，建立理论体系。,将理论力学的理论用于实践，在解释世界、改造世界中不断得到验证和发展。,绪论,二、理论力学的研究方法,1687年牛顿发表的自然哲学的数学原理；1900年普朗克的量子力学与1905年爱因斯坦相对论的提出。,第一阶段：以积累资料为主要特征；,第二阶段：经典力学；,第三阶段：应用力学。,绪论,三、力学发展简史,为解决工程实际问题打下一定的基础。,为学好后续力学课程做好准备。,有助于培养正确的分析问题和解决问题的能力，为今后解决生产实际问题，从事科学研究工作打下基础。,绪论,四、学习理论力学的目的,准确地理解基本概念；,熟悉基本定理与公式，并能灵活应用；,学会一些处理力学问题的基本方法。,教材：理论力学(I),哈工大理论力学教研室，高教出版社，2009年第七版参考书目：理论力学，郝桐生，高教出版社，2003第三版理论力学，贾启芬，机械工业出版社，2002年第一版,绪论,五、基本要求,物体的受力分析,力系的等效替换（或简化）,建立各种力系的平衡条件,第一篇静力学,第1章静力学公理和物体的受力分析,1.2静力学公理,1.1刚体和力的概念,1.3约束和约束力,1.4物体的受力分析和受力图,1.刚体的概念,刚体是抽象化的力学模型。,理论力学研究的物体都是刚体,刚体力学,静力学刚体静力学,在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。,1-1刚体和力的概念,2.力的概念,作用效应：,（1）使物体的运动状态发生改变运动效应或外效应，如位置、速度、加速度等（理力）；（2）使物体发生变形变形效应或内效应（材力）,作用方式：,（1）直接接触作用；,（2）间接作用，如磁场、电场、重力场等。,力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化。,1-1刚体和力的概念,力的三要素及其表示：,（定位矢量或固定矢量）,力的单位：,N（牛顿）、kN（千牛）,1-1刚体和力的概念,公理1力的平行四边形法则,FR=F1+F2,作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。,1-2静力学公理,作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充要条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且在同一直线上。,公理2二力平衡条件,注意：公理对于刚体的平衡是充要条件，而对变形体仅为平衡的必要条件；,1-2静力学公理,公理3加减平衡力系原理,在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。,推理1力的可传性,作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。,作用于刚体上的力滑动矢量,1-2静力学公理,推理2三力平衡汇交定理,作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。,1-2静力学公理,公理3加减平衡力系原理,公理4作用与反作用定律,作用力和反作用力总是同时存在，两力的小相等、方向相反，沿同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。,公理5刚化原理,变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。,此公理提供了把变形体看作为刚体模型的条件。,1-2静力学公理,1-3约束和约束力,自由体位移不受限制的物体。,非自由体位移受到限制的物体。,约束,约束力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反，大小通常是未知的。,约束力,约束对非自由体施加的力约束力,对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。,1.具有光滑接触表面的约束,约束特征：,只限制物体沿公法线趋向于支承面方向的运动。,约束力特征：,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,2.柔性体约束,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,2.柔性体约束,固定铰链或铰支座,3.光滑圆柱形铰链约束,FR,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,铰,活支铰链或中间铰,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,3.光滑圆柱形铰链约束,圆柱形铰链约束符号及约束力表示,中间铰链约束力：,固定铰链约束力：,向心轴承约束力,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,4.辊轴铰链支座（可动铰链支座）,约束特征：,只限制垂直于支承面方向的运动。,约束力特征：,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,辊轴铰链支座约束符号及约束力表示,辊轴约束简化符号,辊轴约束力表示,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,4.辊轴铰链支座（可动铰链支座）,5.双铰链刚杆连杆（链杆约束）,链杆,约束的特点：,只限制物体沿杆轴线方向的运动。,约束反力的特点：,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,链杆约束简图,链杆约束力,链杆二力杆,？请问AC、BC杆是否为二力杆,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,5.双铰链刚杆连杆（链杆约束）,6.球铰链,约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动,约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题约束力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用三个正交分力表示,7.止推轴承,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,约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制,工程中常见的几类约束,1-3约束和约束力,实际约束简化及约束力确定,1-3约束和约束力,实际约束简化及约束力确定,1-3约束和约束力,P22-25：1-1（b）、（e）、（i）,作业,答疑时间：每周一、四晚7：00-9：00地点：北教8二层，力学教研室（212）,物体的受力分析,确定物体受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。,主动力与被动力,受力图施力物体对研究对象的所有作用力的简图。,1-4物体的受力分析和受力图,例题1,例题2,画受力图的步骤和注意事项,（1）步骤,确定研究对象,画主动力,根据约束类型，正确地画上相应的约束力,切不可单凭主观臆想推测或简单地根据主动力的方向去推想约束力的方向,1-4物体的受力分析和受力图,（2）几点注意,不要漏画约束力。,不要多画力，对于画出的每个力应明确其施力体。,当分析两物体间的相互作用力时，要注意检查这些力的箭头是否符合作用力与反作用力的关系。,当研究系统平衡时，在受力图上只画出外部物体对研究对象的作用力（外力），不画成对出现的内力。,1-4物体的受力分析和受力图,P22-25：1-2（b）、（d）、（h）、（m）,答疑时间：每周一、四晚7：30-9：00地点：北教8二层，力学教研室（212）,作业,结论与讨论,1.平静力学研究作用于物体上力系的平衡。,2.力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化（包括变形）。,3.静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律。,物体的受力分析；,力系的等效替换（或简化）；,建立各种力系的平衡条件。,公理1力的平行四边形规则,公理2二力平衡条件,以上两个公理，阐明了作用在