第一章 绪论静力学

1、前,言,?,工程力学是土建类专业一门重要的技术基础课。,是岩土工程，工程地质，勘查工程等专业必修的,一门课程，它包括理论力学中的静力学和材料力,学两部分内容。,?,本课程主要以吉林大学建设工程学院力学教,研室苏明主编的工程力学教材为主，参考教,材，教育部高等教育组编工程力学高等教育,出版社出版；卢万年主编工程力学，西安工,业大学出版社出版；吴代华主编材料力学，,武汉工业大学出版社出版；梁治明主编材料力,学高等教育出版社出版。,为学好工程力学这门课程，充分考虑成人,教育的特点，方便于自学，本人在制作课件时，精,选教学内容，突出重点、强化应用、抓好基本概念、,基本理论和基本方法；每章都做了小结，提

2、出知识,要点，习题和考核要求。,本课件教学内容共分十一章，第一章静力学的,基本概念，第二章平面力系，第三章滑动摩擦，第,四章材料力学的基本概念，第五章轴向拉伸和压缩，,第六章应力状态，第七章强度理论，第八章剪切与,挤压，第九章扭转，第十章弯曲，第十一章组合变,形的强度计算。,第一部分,静力学,1-1,静力学的任务,一、静力学研究什么：,物体在力系作用下的平衡问题,二、平衡的概念：,物体相对于地球处于静止或匀速,直线运动状态。,三、任务：,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,1,、物体的受力分析：,分析物体（包括物体系）受,哪些力，每个力的作用位置和方向，并画出物

3、体的,受力图,第一章,静力学的基本概念,3,、建立各种力系的平衡条件：,建立各种力系的,平衡条件，并应用这些条件解决静力学实际问,题,四、刚体的概念：,在任何外力作用下，不,发生大小和形状改变的物体。,2,、力系的等效替换（或简化）：,用一个简单力,系等效代替一个复杂力系,1-2,力的概念,一、定义：,物体之间的相互机械作用，作用效果,使物体的机械运动状态发生改变,二、力的三要素：,大小、方向、作用点,.,三、力的分类：,1,、体积力：,作用在物体内部各个点上，如重力、,惯性力,2,、表面力：,作用在物体表面上的力,（）分布力：连续作用于物体,某个或某段长度上的力，,如水压力（如右）。,（,2

4、,）集中力：,作用在某一极小面积上的力，,如火车轮作用在钢轨上的力。,四、力的单位：,牛顿,(N),或千牛顿,(KN),1KN=1000N,1-3,静力学公理,公理：就是被人们公认的，客观事实存在的规,律，换言之就是人们通过实验总结出来的基本规律,公理,1,二力平衡公理,使刚体平衡的充分必要条件,最简单力系的平衡条件,作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：,这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。,1,2,F,F,?,?,公理,2,加减平衡力系公理,推论,力的可传性原理,作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和,作用线,在已知力系上加上，或减去任意的平衡

5、力系，并不,改变原力系对刚体的作用。,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。,亦可用力三角形求得合力矢,公理,3,力的平行四边形公理,作用在物体上某点的两个力，其合力的大小和方向,可由这两力所组成的平行四边形的对角线来表示。合力,的作用点与这两力的作用点相同。,合,力,(,合,力,的,大,小,1,2,R,F,F,F,?,?,合力的大小,2,1,F,F,R,?,?,推论,三力平衡汇交原理,作用在刚体上三个互不平行的力,若处于平,衡状态,则此三力必在同一平面内,汇交于一,点,.,公理,4,作用与反作用公理,作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，,

6、等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物,体上,注意；公理一和公理四的区别，在画物体受力图,时要注意此公理的应用,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。,柔性体（受拉力平衡）,刚化为刚体（仍平衡）,二、约束,：,对非自由体的位移起限制作用的物体,.,约束反力：,约束作用在物体上的力,一、自由体：,在空中不受限制在任何方向运动的物体,非自由体：,物体在进行某些位移往往受到周围物体的限,制,约,束,力,?,?,?,大小待定,方向与该约束所能阻碍的位移方向相反,作用点接触处,1-4,约束和约束反力,几个基本概念,（一）,柔性约束,1,、柔软的

7、绳索、皮带或链条等构成的约束,三、工程中常见的几种约束力和约束反力的确定,2,、特点,（,1,）只能承受拉力，不能承受压力,（,2,）不能伸长,（,3,）约束反力沿着柔性约束，而背离物体用,T,表示,（二）、刚性约束,1,、光滑面约束,（,1,）具有光滑接触面（点、线）的约束，忽略摩擦,力,（,2,）特点,1,）约束不能限制物体，沿约束表面切线的位移,2,）约束反力作用在接触点处，方向沿接触表面,垂直于公切线并指向受力物体，用,N,表示。,2,、铰链约束,铰链包括圆柱形和球形铰链,其中圆柱形还包括固定铰链支,座和活动铰链支座,铰链,：是由一销钉将两个钻有同样大小孔的构件连接在一,起，如右图,X

8、,Y,特点：,构件与地面或机架固定而成；,约束反力在平面内用待定,X,、,Y,表示。,（,1,）,固定铰链支座,圆柱型铰链：,（,2,）,活动铰链支座,特点：,在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成,约束反力,Y,A,通过铰链中心并垂直于支撑面,Y,A,A,3,、固定端约束,将构件和固定物体连在一起,特点,：,不允许构件绕此端转动，也不允许构件此端沿任何方向移,动。,约束反力,：用两个相互垂直的分力,X,A,、,Y,A,和力偶,M,A,表示。,A,Y,A,M,A,X,A,X,A,Y,A,M,球型铰链,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

9、,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,1-5,受力图,受力图：受力分析过程用图形表示出来计算简图,怎样画受力图：,4,、先画主动力，再画被动力,1,、确定研究对象,3,、受力分析、找出主动力、被动力,2,、解除约束（取分离体）,注意事项：,1,、凡是作用在研究对象上的力全部画出,2,、凡是不直接作用在研究对象上的力一律不画,例,1-1,解：画出简图,画出主动力,画出约束力,碾子重为,P,，拉力为,F,，,A,、,B,处光滑,接触，画出碾子的受力图,例,1-2,解,：,取,杆，其为二力构件，简称,二

10、力杆，其受力图如图,(b),水平均质梁,AB,重为,P,1,，电动,机重为,P,2,，不计杆,CD,的自重，,画出杆,CD,和梁,AB,的受力,图图,(a),CD,取,AB,梁，其受力图如图,(c),若这样画，梁,CD,的受力,图又如何改动,?,CD,杆的受力图能否,画为图（,d,）所示？,例,1-3,不计三铰拱桥的自重与摩擦，,画出左、右拱,AC,，,CB,的受力,图与系统整体受力图,解,：,右拱,CB,为二力构件，其受力,图如图（,b,）所示,系统整体受力图如图,（,d,）所示,取左拱,其受力图如图,（,c,）所示,考虑到左拱,AC,三个力作用下平,衡，也可按三力平衡汇交定理,画出左拱,A

11、C,的受力图，如图,（,e,）所示,此时整体受力图如图（,f,）,所示,讨论：若左、右两拱都考,虑自重，如何画出各受力,图？,如图,（,g,）,（,h,）,（,i,）,例,1-4,防水闸门用木支柱,AB,顶柱，其结构如图所,示，试画闸门的受力图,例,1-5,分别作出下图中,AD,、,AB,和,DE,杆的,受力图。,受力图习题课,1,、画出下列物体的受力图。假设接触面都是光滑,的，且杆和绳的重力不计。,2,、物体重,Q,，由,AB,、,BC,、,CE,所组成的刚架和滑轮,E,所支撑，如图所示不计杆、滑轮和绳的重量，试,画杆,和滑轮的受力图。,3,、简易起重构架如图所示，不计梁、杆、滑,轮的重力，

12、试画梁、杆、滑轮的受力图。,知,识,要,点,一、力是矢量，具有大小、方向、作用点三个要素。,二、静力学公理是静力学的理论基础，它们是二力平衡公,理，加减平衡力系公理，力的平行四边形法则和作用反,作用定律。,三、约束与约束反力：限制物体运动的限制物称为约束。,约束对物体的作用力称为约束力，作用在约束与被约束,的接触处，方向与被限制的运动或运动趋势方向相反。,工程中常见的约束类型：柔性约束、光滑面约束、铰链,约束和固定端约束。,四、受力图：是通过受力分析在研究对象上画出所有主动,力，约束反力的力学简图，是解决工程力学问题的重要,手段,解题指南,1,、当力臂不是很明确时，可利用合力矩定理计算力对点之矩。,2,、作受力图的步骤：,（,1,）、取研究对象（解除约束后的自由体）,（,2,）、在研究对象上，按照已知条件画出受力图。,（,3,）、在去掉约束处，按照约束类型画约束反力。,（,4,）、检查力是否多画、漏画和错画。,画受力图时，只画外力而