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

本专业主要培养适应社会需要，具有高分子材料与工程专业的基础知识和专业知识，了解材料科学与工程领域的相关专业知识，掌握高分子材料的化学组成、合成制备、结构与性能关系和加工应用等全面知识的高级技术人才。学生毕业后可到高分子材料合成与加工、复合材料和塑料制品等企业以及研究单位从事塑料、橡胶、涂料、粘合剂、复合材料的合成、加工、应用、生产技术管理和市场开发等工作，也可到高等院校从事教学、科研工作。

高分子材料与工程（本科）第2页,共38页，2024年2月25日，星期天油气储运工程：本专业主要培养具有油气储运系统的规划、设计与运行管理能力的高级工程技术人才。毕业生可到国家与省、市发展计划部门、交通运输规划部门与设计部门、石油石化企业与城市燃气企业等从事油气储运工程的规划、勘查设计、施工项目管理和研究、油品应用、石油营销及管理等工作。主要课程：工程制图、工程力学、工程流体力学、工程热力学、传热学、计算机应用、泵与压缩机、石油化学、油气质量检验、石油商品学、输油管道设计与管理、油库设计与管理、油气储运安全技术与管理、燃气输配、储运工程施工技术与管理、油气储运工程自动化、成品油市场营销等。第3页,共38页，2024年2月25日，星期天工程力学在力学领域中的地位

15世纪，力学就从物理学中独立出来．力学一般力学理论力学(狭义的)分析力学、刚体动力学、振动理论等．

材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等

水力学和水动力学空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学工程力学是基础力学的重要组成部分

绪论固体力学流体力学第4页,共38页，2024年2月25日，星期天工程力学的研究内容工程力学静力学（属于理论力学一部分）材料力学其中，静力学是材料力学的基础。第5页,共38页，2024年2月25日，星期天绪论

一、静力学的研究对象和研究内容理论力学：是研究物体机械运动一般规律的一门学科。静力学是理论力学的一部分。－机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。－物体：速度远小于光速的宏观物体。第一篇静力学第6页,共38页，2024年2月25日，星期天绪论静力学：运动学：动力学：研究物体在力系作用下的平衡规律，同时也研究力的一般性质和力系的简化方法等。研究物体运动的几何性质，而不研究引起物体运动的原因。研究受力物体的运动变化与作用力之间的关系。理论力学的研究内容第7页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学研究对象

静止物体在力系作用下平衡规律的科学。静力学研究内容物体的受力分析力系简化力系平衡条件第8页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学一.力和力学的概念1．定义：力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态与形状发生变化。力的三要素：大小、方向、作用点FO力是矢量。矢量的长度表示为力的大小。矢量的方向表示为力的方向。矢量的始端表示为力的作用点，（矢量所沿直线表示为力的作用线）。§1-1静力学基本概念第9页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学４.力的单位：牛(N)、千牛(kN) ５.力的效应：

①外效应（运动效应）：使物体的运动状态改变。

②内效应（变形效应)：使物体的形状发生变化。3.力的表示：用粗体F

表示力的矢量；第10页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学力系：作用在物体上的一群力。平面力系：力作用线在同一平面的力系。空间力系：力作用线不在同一平面的力系。第11页,共38页，2024年2月25日，星期天二.刚体：指物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.注：就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。是一个理想化的力学模型。静力学其中，静力学研究的主要物体是刚体。静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。三.平衡：指物体相对惯性参考系静止或作匀速直线运动。§1-1静力学基本概念第12页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学公理1

刚化原理柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件，对变形体是必要的但非充分的．刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）

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。第13页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学

作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：

大小相等

|F1

|=|F2

|

方向相反

F1

=–F2

作用线共线，

作用于同一个刚体上。公理2二力平衡条件

第14页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学静力学说明：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对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)二力杆第15页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。§1-2约束与约束反力一、概念自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。第16页,共38页，2024年2月25日，星期天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。约束反力特点：GGN1N2静力学第17页,共38页，2024年2月25日，星期天约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体1.光滑支承面(光滑指摩擦不计)PNNPNANB静力学第18页,共38页，2024年2月25日，星期天2.柔索（由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束）S1S'1S'2S2绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。PPT静力学柔索只能受拉力，又称张力.用表示．第19页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学3、光滑铰链约束（向心轴承、圆柱形铰链、固定铰链支座等）（1）向心轴承（径向轴承）主动力未确定时，约束力的方向预先不能确定。然而，无论约束力朝向何方，它的作用线必垂直于轴线并通过轴心。可用二个通过轴心的正交分力表示．第20页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学（2）圆柱铰链（铰链）约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成，如剪刀．第21页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学（3）固定铰链支座（固定铰支）约束力：与圆柱铰链相同向心轴承，铰链，固定铰链支座都称为光滑铰链。光滑铰链特点：只限制两物体径向的相对位移，不限制两物体绕铰链中心的相对转动及沿轴向的位移。第22页,共38页，2024年2月25日，星期天4、其它约束（1）滚动支座(辊轴支座)约束特点：在固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成．构件受到⊥光滑面的约束力．静力学第23页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学(2)球铰链通过圆球和球壳将两个构件连接在一起的约束称为球铰链。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．第24页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学（3）止推轴承约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制．约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，亦有三个正交分力．第25页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学§1-3物体的受力分析和受力图在工程实际中为了求出未知约束力，首先要确定构件受了几个力，每个力的作用位置和力的作用方向，这个分析过程称为物体的受力分析。物体上受的力可分为两类：主动力，如重力,风力,气体压力等。被动力，即约束反力。为了清晰表示物体受力情况，我们把需要研究的物体（称为受力体）从周围物体（施力体）中分离出来，单独画出它的受力图，这个步骤叫做取研究对象或取分离体。然后，把施力物体对研究对象的作用力全部画出来，表示物体受力情况，称为受力图。第26页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学画物体受力图主要步骤为：①选研究对象；②画上主动力；③画出约束反力。例1-1解：1.取研究对象2.画出主动力3.画出约束力碾子重为，拉力为，、处光滑接触，画出碾子的受力图．第27页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学例1-2解：1.取屋架为研究对象2.画出主动力3.画出约束力屋架受均布风力（N/m），屋架重为，画出屋架的受力图．第28页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学[例１-3]

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。第29页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学例1-4

不计三铰拱桥的自重与摩擦，画出左、右拱的受力图与系统整体受力图．解：右拱为二力构件，其受力图如图（b）所示第30页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学取左拱,其受力图如图（c）所示考虑到左拱三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱的受力图，如图（d）所示第31页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学此时整体受力图如图（f）所示系统整体受力图如图（e）所示第32页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学例1-5不计自重的梯子放在光滑水平地面上，画出梯子、梯子左右两部分与整个系统受力图．图(a)解：绳子受力图如图（b）所示第33页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学梯子左边部分受力图如图（c）所示梯子右边部分受力图如图（d）所示第34页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学整体受力图如图（e）所示提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？第35页,共38页，2024年2月25日，星期天静力学[补充]

画出下列各构件的受力图第36页,共38页，2024年