工程力学 孔七一 配套课件 第1章

1、工程力学课程配套工程力学课程配套ppt孔七一孔七一 主编主编2015年年4月月配套图书书号：配套图书书号：ISBN 978-7-114-12191-3第一章第一章静力学基本概念静力学基本概念第一章第一章 静力学基本概念静力学基本概念第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理第三节第三节 力矩力矩第四节第四节 力偶力偶第五节第五节 约束与约束反力约束与约束反力第六节第六节 受力图受力图主要内容主要内容第一节第一节 静力学基本概念静力学基本概念一一.力的概念力的概念力力是物体间相互的机械作用。这种作用的效果是使物体的运动状态发生变化是物体间相互的机械作用。这种作用的效

2、果是使物体的运动状态发生变化，同时使物体的形状发生改变。，同时使物体的形状发生改变。力的外效应力的外效应使物体的运动速度大小或运动方向发生改变。使物体的运动速度大小或运动方向发生改变。力的内效应力的内效应使物体产生变形的效应。使物体产生变形的效应。力对物体的作用效果决定于三个要素力对物体的作用效果决定于三个要素：（1）力的大小。）力的大小。表示物体间相互机械作用的强弱程度。表示物体间相互机械作用的强弱程度。（2）力的方向。）力的方向。表示力的作用线在空间的方位和指向。表示力的作用线在空间的方位和指向。（3）力的作用点。）力的作用点。表示力的作用位置。表示力的作用位置。力是一个矢量，用力是一个矢

3、量，用F表示。表示。力的单位力的单位牛顿（牛顿（N）、千牛顿（）、千牛顿（kN）力的作用点 A力的作用线静力学研究物体在力系作用下的平衡规律。静力学研究物体在力系作用下的平衡规律。力系力系作用在同一物体上的作用在同一物体上的若干个力若干个力。 等效力系等效力系对物体作用效果相同的力系。对物体作用效果相同的力系。合力合力与力系等效的一个力。与力系等效的一个力。平衡力系平衡力系使物体保持平衡的力系。使物体保持平衡的力系。平衡平衡物体的运动状态不变。它包括静止和匀速直线运动。物体的运动状态不变。它包括静止和匀速直线运动。二二.力系的概念力系的概念F F2 2F F4 4F F1 1F F3 3F F

4、作用效果相同作用效果相同第一节第一节 静力学基本概念静力学基本概念力系力系合力合力F荷载荷载主动作用于结构的外力在工程上统称为荷载。主动作用于结构的外力在工程上统称为荷载。 集中荷载集中荷载作用于结构上某点的荷载。指荷载的分布面积远远小于结作用于结构上某点的荷载。指荷载的分布面积远远小于结构尺寸时的荷载。构尺寸时的荷载。分布荷载分布荷载指分布在结构某一表面上的荷载。指分布在结构某一表面上的荷载。均布荷载均布荷载荷载连续作用，且大小各处相等的分布荷载。荷载连续作用，且大小各处相等的分布荷载。 均布面荷载均布面荷载单位面积上承受的均布荷载。单位面积上承受的均布荷载。 均布线荷载均布线荷载单位长度上

5、承受的均布荷载。单位长度上承受的均布荷载。体荷载体荷载指分布在结构整个体积内连续作用的荷载。指分布在结构整个体积内连续作用的荷载。 三三.荷载的概念荷载的概念第一节第一节 静力学基本概念静力学基本概念第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理公理一公理一 二力平衡公理二力平衡公理刚体在两个力作用刚体在两个力作用下保持平衡的必要和充分条件是：此两力大下保持平衡的必要和充分条件是：此两力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。小相等，方向相反，作用在一条直线上。 二力构件分析示例二力构件分析示例二力构件二力构件只受两个力作用而处于平衡的构件。只受两个力作用而处于平衡的构件。注意：二力构件不论其形状如

6、何，所受两个力的作用线必沿注意：二力构件不论其形状如何，所受两个力的作用线必沿二力作用点的连线。二力作用点的连线。三铰刚架三铰刚架第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理三铰支架三铰支架公理二公理二 加减平衡力系公理加减平衡力系公理在作用于刚体的力系在作用于刚体的力系中，加上或去掉一个平衡力系，并不改变原力系对中，加上或去掉一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。刚体的作用效果。力的可传性力的可传性作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改变该力对刚体的作用效果。变该力对刚体的作用效果。令令F1=F2=F 第二节第二节

7、静力学基本公理静力学基本公理第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理公理三公理三 平行四边形公理平行四边形公理作用于物体上同一点作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点也作用于该点，合力的大小和方向用这两个力为也作用于该点，合力的大小和方向用这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线表示。邻边所构成的平行四边形的对角线表示。 力的平行四边形法则力的平行四边形法则力的三角形法则力的三角形法则第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理公理四公理四 作用与反作用公理作用与反作用公理两物体间的作用力两物体间的作用力和反作用力总是同时存在。两

8、力的大小相等、方向和反作用力总是同时存在。两力的大小相等、方向相反，且沿同一直线分别作用在两个相互作用的物相反，且沿同一直线分别作用在两个相互作用的物体上。体上。二力构件分析示例二力构件分析示例 二力构件二力构件只受两个力作用而处于平衡的构件。只受两个力作用而处于平衡的构件。 二力构件不论其形状如何，所受两个力的作用线必沿二力二力构件不论其形状如何，所受两个力的作用线必沿二力作用点的连线。作用点的连线。三铰刚架三铰刚架第二节第二节 静力学基本公理静力学基本公理矩心矩心O 力矩的中心力矩的中心。力臂力臂d d矩心到力矩心到力 F F 作用线的垂直距离。作用线的垂直距离。力矩的符号力矩的符号力使物

9、体绕逆时针方向转动为正，反之为负。力使物体绕逆时针方向转动为正，反之为负。力矩的单位力矩的单位牛米；千牛米；牛米；千牛米；kNmkNm；NmNm。第三节第三节 力矩力矩力矩力矩度量力使物体绕某点转动效应的物理量。FdFMo)(力矩的性质：力矩的性质：（1 1）力对任一已知点之矩，不会因该力沿作用线移动而改变；）力对任一已知点之矩，不会因该力沿作用线移动而改变；（2 2）力的作用线如通过矩心，则力矩为零；反之，如果一个力其大小不）力的作用线如通过矩心，则力矩为零；反之，如果一个力其大小不为零，而它对某点之矩为零，则此力的作用线必通过该点；为零，而它对某点之矩为零，则此力的作用线必通过该点；（3

10、3）互成平衡的二力对同一点之矩的代数和为零。）互成平衡的二力对同一点之矩的代数和为零。第四节第四节 力偶力偶一一.力偶力偶由大小相等、方向相反，作用线互相平行的两由大小相等、方向相反，作用线互相平行的两个力组成的特殊力系。力偶的作用效果是使物体绕其重心转个力组成的特殊力系。力偶的作用效果是使物体绕其重心转动。动。力偶臂力偶臂力偶的两力之间的垂直距离力偶的两力之间的垂直距离d称为；称为；力偶的作用面力偶的作用面力偶中两力所在的平面。力偶中两力所在的平面。记为：（记为：（ F，F ）二.力偶的三要素力偶的三要素（1）力偶矩的大小）力偶矩的大小。 力偶矩是用来度量力偶对物体转动效应的物理量。力偶中力

11、的大小与力偶臂的乘积并冠以正负号称为力偶矩，记为M(F，F)或简记为M。 力偶矩的单位与力矩相同，也是Nm或kNm。 （2）力偶的转向力偶的转向。以逆时针转向为正，反之为负。（3）力偶的作用面。）力偶的作用面。力偶中两个力作用线所在的平面。或FdFFM) ,(FdM力偶的作用面力偶的作用面第四节第四节 力偶力偶三.力偶的特性力偶的特性（1）力偶无合力）力偶无合力。即力偶不能用一个力来代替，力偶职能用力偶来平衡 。（2）力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，而与矩心位置无关而与矩心位置无关。 （3）力偶的等效性力偶的等效性。在同一平面内的两个力偶，如果它

12、们的力偶矩大小相等，力偶的转向相同，则这两个力偶是等效的。第四节第四节 力偶力偶力的平移定理力的平移定理 作用于物体上的力作用于物体上的力F，可以平行移动到刚，可以平行移动到刚体的任一点体的任一点O，但必须同时附加一个力偶，其，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力力偶矩等于原力F 对新作用点对新作用点O的矩。的矩。第五节第五节 力的平移定理力的平移定理第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力一一.约束与约束反力的概念约束与约束反力的概念自由体自由体能自由地向空间任意方向运动的物体。非自由体非自由体在空间某一方向运动受到限制的物体。约束约束限制物体运动的其他物体。主动力主动力使物体

13、产生运动或运动趋势的力。例如重力、风压力、水压力、土压力等。约束反力约束反力约束对于被约束物体的运动起限制作用的力。约束反力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。立柱是横梁的约束立柱是横梁的约束桥墩是桥梁的约束桥墩是桥梁的约束二二.柔体约束柔体约束由绳索、钢丝绳、皮带链条等柔软不可压缩的物体构成的约束。约束反力特点：约束反力特点：柔索只能承受拉力，不能抵抗压力和弯曲。即柔索只能限制物体沿着柔索中心线伸长方向的运动。约束反力过接触点，沿柔索中心线，是拉力。第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力三三.光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑

14、面约束当不考虑两物体接触处的摩擦时，物体接触面所构成的理想光滑的约束。约束反力特征约束反力特征：通过接触点，沿公法线方向指向被约束物体，是压力。 齿轮传动简图齿轮传动简图第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力四四.圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束圆柱形铰链约束两个构件通过销钉联结在一起，销钉所构两个构件通过销钉联结在一起，销钉所构成的约束。两构件只能发生相对转动而不会发生相对移动。成的约束。两构件只能发生相对转动而不会发生相对移动。约束反力特征：约束反力特征：约束反力过铰链中心，方向不确定，用一对正约束反力过铰链中心，方向不确定，用一对正交分力来表示。交分力来表示。约束约

15、束被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体被约束物体第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力 固定铰链支座固定铰链支座圆柱铰链连接的两个构件中，如果有一个固定不动，就构成固定铰支座。 约束反力特征约束反力特征：这种支座能限制构件沿圆柱销半径方向的移动，而不能限制其转动，其约束反力与圆柱铰链相同。 第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力可动铰链支座可动铰链支座将铰链支座用几个辊轴在水平面上即构成可动铰支座。将铰链支座用几个辊轴在水平面上即构成可动铰支座。约束反力特征：约束反力特征：约束

16、反力垂直于支承面且通过销钉中心，其大小和方向待约束反力垂直于支承面且通过销钉中心，其大小和方向待定。不能限制被支承构件绕销钉的转动和沿支承面方向的运动，而只能定。不能限制被支承构件绕销钉的转动和沿支承面方向的运动，而只能阻止构件在垂直于支承面方向向下运动。在附加特殊装置后，也能阻止阻止构件在垂直于支承面方向向下运动。在附加特殊装置后，也能阻止其向上运动。其向上运动。链杆约束链杆约束两端用销钉与物体相连且中间不受力（自重忽略不计）的直杆。两端用销钉与物体相连且中间不受力（自重忽略不计）的直杆。约束反力特征：约束反力特征：只能限制物体沿着链杆中心线的直线运动，指向未定。只能限制物体沿着链杆中心线的

17、直线运动，指向未定。 第六节第六节 约束类型与约束反力约束类型与约束反力固定端约束固定端约束使物体既不能移动也不能转动的物体构成的使物体既不能移动也不能转动的物体构成的 约束。约束。约束反力特征约束反力特征：有一个约束反力大小方向不能确定，用正交分：有一个约束反力大小方向不能确定，用正交分力表示，还有一个约束反力偶，转向不确定。力表示，还有一个约束反力偶，转向不确定。第七节第七节 受力图受力图在研究对象上标出其所受的全部主动力、在研究对象上标出其所受的全部主动力、约束反力的图形。约束反力的图形。1.1.确定研究对象确定研究对象2.2.单独画出物体的单独画出物体的轮廓图形轮廓图形3.3.先画主动

18、力先画主动力4.4.再画约束反力再画约束反力5.5.检查检查TANBG例例2.2.画出画出ABAB杆的受力图。杆重为杆的受力图。杆重为G G 。第七节第七节 受力图受力图第七节第七节 受力图受力图例例3.3.三角支架各杆自重不计。已知受力如图所示，试画出销三角支架各杆自重不计。已知受力如图所示，试画出销B B、ABAB杆、杆、BCBC杆的受力图。杆的受力图。 学习任务：指出图示支架中的二力杆件学习任务：指出图示支架中的二力杆件第七节第七节 受力图受力图第七节第七节 受力图受力图物体系统物体系统的受力图的受力图学习任务：请分别画出物体学习任务：请分别画出物体A A和和B B的受力图的受力图NNN1GAGBN2GAGB内力内力