静力学基本概念与受力分析(工程力学课件)

力的基本概念和公理力的基本概念刚体：在力的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。“刚体”是不存在的，是理想化的静力学模型但是，任何物体受力(不管力大小如何）都会发生变形。力的基本概念平衡：物体相对于地球保持静止或匀速直线运动状态平衡是机械运动的一种特殊运动状态。力的基本概念力：物体间相互的机械作用。使物体的运动状态改变或形状尺寸发生改变。外效应（运动效应）内效应（变形效应）力的基本概念力的三要素：大小、方向和作用点力的表示：用一条有向线段表示，线段的长度表示力的大小；线段的方位和箭头表示力的方向；线段的起点或终点表示力的作用点。力是一个矢量。图文并茂才能将力表达清楚。力的基本概念集中力：作用于一点的力分布力：作用在面积上的力，载荷集度为q(N/m2)线分布力：作用在狭长面积或体积上，载荷集度为q(N/m)力的基本概念力系：作用在物体上的若干个力的总称。合力与分力：若力系与一个力等效，则此力称为该力系的合力，而力系中的每个力称为该合力的分力，合力用FR表示。静力学公理二力平衡公理和二力构件二力平衡条件：作用在同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充分必要条件是这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上（等值、反向、共线）。静力学公理二力平衡公理和二力构件二力构件：只在两个力作用下平衡的刚体称为二力构件。二力杆：当构件为直杆时称为二力杆。静力学公理二力平衡公理和二力构件作用在二力构件上的两个力一定沿作用点的连线方向。静力学公理加减平衡力系公理与力的可传性原理加减平衡力系公理：在已知力系上加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的外效应。20kN20kNABABFF’=F”FFFF’F”静力学公理加减平衡力系公理与力的可传性原理力的可传性原理：作用于刚体上的力，可沿其作用线移到刚体内任意一点，而不改变此力对刚体的外效应。加减平衡力系公理和力的可传性原理仅适用于刚体，而不适用于变形体。静力学公理加减平衡力系公理与力的可传性原理两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等、方向相反、作用线相同，分别作用在两个物体上。静力学公理作用与反作用公理平行四边形公理：作用在物体上同一点的两个力，可以合成为仍作用在该点的一个合力，合力的大小和方向由此二力为邻边所构成的平行四边形的对角线矢量来表示。静力学公理平行四边形公理与三力平衡汇交原理FR=F1+F2力的平行四边形也可以作成力三角形静力学公理平行四边形公理与三力平衡汇交原理平行四边形公理是力的合成法则，也是力的分解法则。静力学公理平行四边形公理与三力平衡汇交原理三力平衡汇交原理：作用于刚体上同一平面内互不平行的三个力使其平衡的必要条件是三个力的作用线汇交于同一点。OABPCPCABOFTAFTB静力学公理平行四边形公理与三力平衡汇交原理三力构件：作用三个力而处于平衡的构件。三力构件三个力的作用线交于一点。若已知两个力的作用线，可以确定另一个未知力的作用线必过前两个力作用线的交点。应用举例例:图示结构，分析AB、BC杆的受力。CBAF

例1图解：

2.对BC杆进行受力分析

3.对AB杆进行受力分析1.分离出AB、BC杆CBBAFCFBFB'FAF应用举例例:图示结构，分析AB、BC杆的受力。解：3.对BC杆进行受力分析2.对AB杆进行受力分析1.分离出AB、BC杆CBA例2图FCBFABFAFBFB'FC常见约束及其力学模型基本概念主动力：促使物体产生运动（或运动趋势）的力。

如重力、人力、载荷。自由体：在任何方向运动都不受限制的物体为自由体。非自由体：凡是受到周围物体的限制（或阻碍）不能在某些方向运动的物体为非自由体。工程中结构或机械的任意零部件均为非自由体。Q基本概念约束：一个物体在运动时受到周围物体的限制，则这些周围的物体就被称为该物体的约束。约束力：约束对物体的作用力称为约束力，其方向与被限制的运动方向相反。约束力特点：方向：总是与约束所能阻碍的运动方向相反；作用点：在约束与被约束物体的接触点；大小：由平衡条件确定。

常见约束及其力学模型柔体约束由绳索、链条、传动带等柔性物体构成的约束常见约束及其力学模型柔体约束表示方法柔体对物体的约束力，作用在接触点，方向沿着柔体背离受力物体，通常用FT表示。PFTＰFT1FT2QFT常见约束及其力学模型链传动或皮带传动中，链条和皮带也只承受拉力，当它们绕过轮子时，约束力沿轮缘的切线方向，背离轮子。柔体约束表示方法常见约束及其力学模型光滑面约束忽略掉摩擦及变形，把物体的接触面看成是完全光滑的刚性接触面，所形成的约束。常见约束及其力学模型光滑面约束表示方法受力特点：约束力作用在接触点处，方向沿接触面的公法线，并指向受力物体，通常用FN表示。当两个物体的接触点处有一物体无法线时，约束力沿另一物体的法线方向。BCAQFNCFNAFNB常见约束及其力学模型铰链约束铰链：用圆柱销钉联接的两构件。常见约束及其力学模型铰链约束中间铰：销钉只限制两构件的相对移动，而不限制构件绕销钉的相对转动。常见约束及其力学模型铰链约束固定铰支座：把销钉连接的两构件中的一个固定起来，就成为固定铰支座。常见约束及其力学模型铰链约束固定铰支座约束力及表示方法：常见约束及其力学模型当中间铰和固定铰支座约束的是二力构件时，其约束力满足二力平衡条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的，如下图中的BC杆。为了方便分析计算，当中间铰或固定铰支座约束的是三力构件时，无论其约束力是否确定，都用正交分力表示，如下图中的AB杆。常见约束及其力学模型铰链约束活动铰支座：在固定铰支座的下边安装上滚珠则成为活动铰支座，只限制构件沿支撑面法线方向的运动常见约束及其力学模型铰链约束活动铰支座表示方法及约束力：约束力的作用线过铰链中心，垂直于支撑面，一般按指向构件画出，用符号FN表示。常见约束及其力学模型固定端约束构件的一端是固定的，既不能移动，也不能转动。常见约束及其力学模型固定端约束固定端约束表示方法及约束力：应用举例

例：图示钢架ABCD，试分析其受力。

ABFDCFAyFABDCFNDFAx步骤：（1）受力对象（2）所受外力（3）支反力

构件的受力分析构件的受力分析在求解静力平衡问题时，必须首先分析物体的受力情况，即进行受力分析。将研究对象受到的所有主动力和约束力全部画在分离体上，这样的图形称为受力图。

对构件进行受力分析的步骤是：(1)确定研究对象；(2)解除构件受到的约束，取出分离体(3)画出作用于构件上的全部主动力和约束力。构件的受力分析画受力图应注意的问题：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，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。不要多画力----要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。解除约束后，才能画约束力！！！应用举例例:如图所示，水平梁AB用斜杆CD支撑，A、C、D三处均为光滑铰链连接，梁上放置一重为P2的电动机。已知梁重为P1，不计杆CD自重，分别画出杆CD和梁AB(包括电动机)的受力图。应用举例解：取CD为研究对象，CD杆为二力构件，FC和FD两力大小相等、作用线沿铰链中心C、D的连线且方向相反，解除约束取分离体，画出受力图如下图所示。取梁AB为研究对象，解除约束取分离体，画出受力图如下图所示。应用举例例:绞车通过钢丝绳牵引重力为G的矿车沿斜面轨道匀速上升，如下图所示。略去车轮与轨道之间的摩擦，试画出矿车的受力图。解：取矿车为研究对象，解除约束，取分离体图，画出所有主动力和约束力，如下图所示。应用举例例:如图所示三铰刚架，自重不计，A、B、C三处都是铰链约束，在主动力F1和F2作用下平衡。试分别画出AC、BC的受力图。解：三铰结构中的AC、BC构件均不是二力构件，因此，A、B、C三点的约束力方向都不确定，可用正交分力来表示。（1）以AC为研究对象，解除约束取分离体，画出受力图（2）以BC为研究对象，解除约束取分离体，画出受力图应用举例例:

画出图示结构中AB、BC杆的受力图。解：1.解除约束取分离体。2.在分离体上画出主动力3.按约束力的画法画出约束力。BCAFF