第1章静力学基本概念与物体受力分析

1、物体在力系作用下的物体在力系作用下的平衡规律平衡规律变形、内力（内效应）变形、内力（内效应）变形固体变形固体 静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析工程与材料力学工程与材料力学第一篇第一篇 静力学静力学静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析第一章第一章 静力学基本概念与受力分析静力学基本概念与受力分析1 1 静力学基本概念静力学基本概念2 2 约束与约束力约束与约束力3 3 受力图受力图静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析1-1 1-1 静力学基本概念静力

2、学基本概念 刚体：刚体：在力作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间在力作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间的距离保持不变。的距离保持不变。当其变形微小而可被忽略时，将其抽象为刚体。 平衡：平衡：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。 要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足一定的条件，这些条件称为力系的平衡条件；作用于物体上正好使之保持平衡的力系则称为平衡力系。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析3、力和力系的概念 力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的力是物体间的相互机械作用，这种作用

3、使物体的运动状态运动状态发生变化，同时使物体发生变化，同时使物体发生变形发生变形。确定力的必要因素确定力的必要因素力的力的三要素三要素 大小大小 方向方向 作用点作用点FA静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析力的作用效应力的作用效应 内效应内效应: 物体的变形。物体的变形。 外效应外效应: 物体运动状态的改变。物体运动状态的改变。注意：注意： 力作用于可变形的物体时，既力作用于可变形的物体时，既有内效应，也可能有外效应。有内效应，也可能有外效应。1. 力作用于刚体时，不会有内效力作用于刚体时，不会有内效应，只可能有外效应。应，只可能有外效应。“勇

4、气号勇气号”火星探测器火星探测器着陆装置着陆装置静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析 等效力系等效力系: 对同一对同一刚体刚体产生相同作用效应的力系产生相同作用效应的力系,2121mnPPPFFF 力力 系：系： 作用在物体上的一组力作用在物体上的一组力,21nFFF,R21FFFFn 合力合力: 与某力系等效的力与某力系等效的力 平衡力系平衡力系: 作用于作用于刚体刚体保持平衡的力系保持平衡的力系,210FFFn1F2FnF3F1P2PmP静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析自由体自由体：可以在空

5、间任意运动的物体可以在空间任意运动的物体非自由体非自由体：运动受到某些限制的物体运动受到某些限制的物体1-2 1-2 约束与约束力约束与约束力静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析约约 束束：使物体位移受到限制的条件。使物体位移受到限制的条件。约束体：约束体：约束约束非自由体非自由体运动的物体。运动的物体。列车是非自由体列车是非自由体铁轨是约束体铁轨是约束体约束力：约束力：约束体作用在非自由体上的力。约束体作用在非自由体上的力。铁轨作用在车轮铁轨作用在车轮上的力为约束力上的力为约束力主动力：主动力：作用在非自由体上的约束力以外的力。作用在非自由体上

6、的约束力以外的力。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析约束力约束力特点：特点：GGFN1FN2大小常常是未知的；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。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析（一）柔索（一）柔索绳索、绳索、 链条、皮带等链条、皮带等A柔性体约束只能承受拉力只能承受拉力，所以它们的约束反力是作用在接触作用在接触点点，方向沿柔性体轴线沿柔性体轴线，背离被约束物体背离被约束物体。是离点而去的力是离点而去的力。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受

7、力分析静力学基本概念与物体受力分析（二）光滑面约束（二）光滑面约束AFBFCF 约束力作用在接触点处，沿公法线方向指向被约束的物体约束力作用在接触点处，沿公法线方向指向被约束的物体BACNF公切面公切面公法线公法线假设条件：假设条件：不计摩擦不计摩擦静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析不计摩擦时，齿轮间的约束也属于光滑面约束。不计摩擦时，齿轮间的约束也属于光滑面约束。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析2 2 约束与约束力约束与约束力1 1、固定铰链支座、固定铰链支座AxFyAF固定铰链简图固定铰链

8、简图（三）光滑圆柱铰链（三）光滑圆柱铰链静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析首都机场候机楼顶棚拱架支座首都机场候机楼顶棚拱架支座静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析2 2、连接铰链、连接铰链BxFBByFBxFBByFB注意：注意：作用力与反作用力的关系作用力与反作用力的关系静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析3 3、活动铰链支座、活动铰链支座AAF4 4、径向轴承、径向轴承yFxF静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念

9、与物体受力分析固定与活动铰链支座的应用固定与活动铰链支座的应用静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析(固定铰支座约束固定铰支座约束)(活动铰支座活动铰支座)静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析（四）光滑球铰链（四）光滑球铰链AAxFAyFAzFA人造髋关节人造髋关节静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析（五）二力构件（五）二力构件/ /二力杆二力杆二力平衡原理：二力平衡原理：作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要条

10、件是：条件是：此二力等值、反向、共线。此二力等值、反向、共线。若若只在两铰点受力而处于平衡的构件称为只在两铰点受力而处于平衡的构件称为二力构件二力构件或或二力杆二力杆。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。W不计杆件自重不计杆件自重W静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析1-3 1-3 受力图受力图画受力图的步骤：1、取分离体分离体（研究对象研究对象），从它周围的约束中分离出来，单独画出其简图。2、画出研究对象所受的全部主动力主动力（一般皆为已知力）3、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束反力约束反力（研究

11、对象与周围物体的连接关系） 受力分析方法受力分析方法：将物体从约束中隔离出来，将约束对它的作用代以相应的约束力，即取隔离体隔离体，画受力图受力图。静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析根据约束的根据约束的类型类型画出研究对象的受力图画出研究对象的受力图例：例：结构如图所示，不计构件自重，结构如图所示，不计构件自重，画出画出AB杆的受力图。杆的受力图。DCWABWABDCAxFAyFCFWABCCD杆为二力杆杆为二力杆静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析例：例：画出画出AB杆的受力图。杆的受力图。AFD

12、FBF(b)CBAWD(a)WD静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析例：例：画出滑轮、画出滑轮、CD杆、杆、AB杆和整体受力图。杆和整体受力图。WWABCD1 1、研究滑轮、研究滑轮2 2、研究、研究CD杆杆AxFAyFCFDF不计杆件和滑轮自重不计杆件和滑轮自重静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析BC3 3、研究、研究AB杆杆4 4、研究整体、研究整体WABCDWAxFAyFBxFByFCFAxFAyFWCABBxFByFDF注意：注意：研究整体时，不画物体间的内力。研究整体时，不画物体间的内力。

13、静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析 如图所示，梯子的两部如图所示，梯子的两部分分AB和和AC在在A点铰接，又在点铰接，又在D ，E两点用水平绳连接。两点用水平绳连接。梯子放在光滑水平面上，若梯子放在光滑水平面上，若其自重不计，但在其自重不计，但在H点处作点处作用一铅直载荷用一铅直载荷F。试分别画。试分别画出梯子的出梯子的AB，AC部分以及部分以及整个系统的受力图。整个系统的受力图。F静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析 1. 梯子梯子AB 部分的受力图。部分的受力图。解：解：ABDFAyFAxFB

14、FDFFH静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析 2. 梯子梯子AC 部分的受力图。部分的受力图。 AxFAyFEFFABHDFAyFFAxFBDF静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析 3.梯子整体的受力图。梯子整体的受力图。 F静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析u画受力图应注意的问题接触处必有力，力的方向由约束类型而定。 不要多画力对于受力体所受的每一个力，都应能明确地 不要漏画力除重力、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，指出它是哪一个施力体施加的。要注意力是物体之间的相互机械作用。因此静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物体受力分析静力学基本概念与物体受力分析不要把箭头方向画错。 不要画错力的方向 受力图上不能再带约束。 即受力图一定要画在分离体上。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，静力学静力学第第1 1章章 静力学基本概念与物