工程力学课件静力学概念

工程力学课件静力学概念第1页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学主要研究：物体的受力分析；力系的简化；力系的平衡条件及其应用。引言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。第2页，共56页，2023年，2月20日，星期四§1–1静力学基本概念

§1–2静力学公理

§1–3约束与约束反力

§1–4物体的受力分析与受力图第一章静力学基本概念与物体受力分析第3页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学第一章静力学基本概念与物体受力分析§1-1静力学基本概念

是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。

一.刚体

就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。二.平衡第4页，共56页，2023年，2月20日，星期四4.力的单位：国际单位制：牛顿(N)

千牛顿(kN) 静力学三、力的概念1．定义：2.力的效应：

①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点AF力是物体间的相互机械作用。第5页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学力系：是指作用在物体上的一群力。等效力系：两个力系的作用效果完全相同。力系的简化：用一个简单力系等效代替一个复杂力系。合力：如果一个力与一个力系等效，则称这个力为力系的合力。平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。F1ABCF2F3

第6页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学§1-2静力学基本公理

是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等

|F1|=|F2|

方向相反

F1

=–F2

作用在同一直线上， 作用于同一个物体上。刚体F1F2公理：第7页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学说明：①对刚体来说，上面的条件是充要的。③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。②对变形体(或多体中)来说，上面的条件只是必要条件。二力杆第8页，共56页，2023年，2月20日，星期四

静力学

在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。

作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。公理2加减平衡力系原理推论1：力的可传性原理第9页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学公理3力的平行四边形法则

作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。力的三角形法则FRFR第10页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学

刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交—平行力系。）推论2：三力平衡汇交定理∴三力必汇交，且共面。[证]∵为平衡力系，∴

也为平衡力系。又∵二力平衡必等值、反向、共线，FR第11页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[例]

吊灯第12页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学公理5刚化原理

变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。 公理5告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论。第13页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学§1-3约束与约束反力一、概念位移不受限制的物体叫自由体。自由体：第14页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学位移受限制的物体叫非自由体。非自由体：第15页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束力特点：G约束力：约束与非自由体接触相互产生了作用力，约束作用于

非自由体上的力叫约束力或称为约束反力。

约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）FGFN1FN2第16页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1.柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束绳索类只能受拉，约束反力作用在接触点，方向沿绳索背离物体。第17页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学TF1F2约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。第18页，共56页，2023年，2月20日，星期四A约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。F1F2第19页，共56页，2023年，2月20日，星期四柔绳约束胶带构成的约束柔索约束第20页，共56页，2023年，2月20日，星期四柔绳约束链条构成的约束约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。第21页，共56页，2023年，2月20日，星期四绳索、链条、皮带柔索约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。第22页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体2光滑支承面约束PNNPNANBNN第23页，共56页，2023年，2月20日，星期四凸轮顶杆机构第24页，共56页，2023年，2月20日，星期四固定铰支座：物体与固定在地基或机架上的支座有相同直径的孔，用一圆柱形销钉联结起来，这种构造称为固定铰支座。中间铰：如果两个有孔物体用销钉连接轴承：3光滑圆柱铰链约束第25页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学光滑圆柱铰链约束圆柱铰链AAXAYAAFNFNFNFxFy约束反力过铰链中心，用XA、YA表示第26页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学固定铰支座上摆销钉下摆第27页，共56页，2023年，2月20日，星期四固定铰支座第28页，共56页，2023年，2月20日，星期四铰固定铰支座第29页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学固定铰支座第30页，共56页，2023年，2月20日，星期四中间铰铰第31页，共56页，2023年，2月20日，星期四销钉中间铰第32页，共56页，2023年，2月20日，星期四简化表示：约束力表示：第33页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学4活动铰支座（辊轴支座）在固定铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面滚动。第34页，共56页，2023年，2月20日，星期四上摆销钉底板滚轮活动铰支座第35页，共56页，2023年，2月20日，星期四活动铰支座第36页，共56页，2023年，2月20日，星期四其它表示FAAFBFCBCAFABFBCFC活动铰支座第37页，共56页，2023年，2月20日，星期四第38页，共56页，2023年，2月20日，星期四光滑圆柱铰链约束实例固定铰链支座活动铰链支座第39页，共56页，2023年，2月20日，星期四40A空间5光滑球铰链反力是过球铰中心的FAx、FAy、FAz三个分力。FAzFAyFAx第40页，共56页，2023年，2月20日，星期四6二力构件第41页，共56页，2023年，2月20日，星期四二力构件二力构件的约束力沿连杆两端铰链的连线，指向不定，通常假设受拉。第42页，共56页，2023年，2月20日，星期四翻斗车二力构件第43页，共56页，2023年，2月20日，星期四7、其它约束约束反力垂直于滑道、导轨，指向亦待定。滑道、导轨：FNFN第44页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学

解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。§1-4物体的受力分析和受力图作用在物体上的力有：一类是主动力：如重力,风力,气体压力等。 二类是被动力：即约束反力。一、受力分析第45页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学补：解除约束原理当受约束的物体在某些主动力的作用下处于平衡，若将其部分或全部的约束除去，代之以相应的约束反力，则物体的平衡不受影响。意义：在解决实际物体的平衡问题时，可以将该物体所受的各种约束解除，而用相应的约束反力去代替它们对于物体的作用。这时，物体在所有主动力和约束力作用下，仍然保持平衡，但物体已经被抽象成为一个不受任何约束作用的自由体了，因而就可利用静力学所得出的关于自由刚体的平衡条件来解决受有各种不同约束的物体的平衡问题。第46页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学画物体受力图主要步骤为：

①选研究对象；②去约束，取分离体；③画上主动力；④画出约束反力。二、受力图[例1]OWFDFEFAxFAyFBFAFBABDABDG第47页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学[例2]画出下列各构件的受力图QAOBCDEQFOF'F1FOF1'CFCF2ACDBEFAFBFC'第48页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学[例2]画出下列各构件的受力图QAOBCDEACDBEFAFBFAADCFDDEFECBEFBFC'FE'FD'FC1FC2CFC1'FC2'FC'第49页，共56页，2023年，2月20日，星期四CBDDE静力学[例3]画出下列各构件的受力图说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特殊情况。FAFBQFDFEFCABFB'FD'第50页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学[例4]尖点问题QFCFAFBQFCFB第51页，共56页，2023年，2月20日，星期四B静力学[例5]画出下列各构件的受力图WFTFBxFHFByFH'FDFCCDCBAFAxFAyFDFTFAxFAyFHFC'FBy'FBx'第52页，共56页，2023年，2月20日，星期四静力学三、画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有