工程力学第1章.ppt

1、工 程 力 学 (Engineering Mechanics),总成绩 100,期末考试,出勤 10,课堂表现 10,作业 10,平时成绩,70,30,每周二交作业 16开纸,工程力学是一门关于力学学科在工程上的 基本应用的课程,机械、结构等 受力如何？ 如何运动？ 如何变形？破坏？ 如何控制设计？,一 内容：静力学 ，运动学与动力学，材料力学。,静力学 研究的是物体在力系作用下的平衡问题 ，即研究物体平衡时作用在物体上的力应满足的条件,研究力系的平衡条件,建立平衡方程,由平衡方程求解力系,工程力学的研究内容,工程力学是一门关于力学学科在工程上的基本应用的课程,2. 运动学与动力学,材料力学

2、是研究工程构件在工作载荷作用下 的安全性,强度 刚度 稳定性,运动学：从几何角度来研究物体的运动,动力学：研究机械运动与所受力之间的关系,轴 叶轮 疲劳断裂破坏,转子轴 疲劳开裂 疲劳断裂破坏,大桥断裂,汽车碰撞试验,建筑物控制爆破,工程力学的研究模型,静力学 刚体,材料力学变形体,运动学 点和刚体,动力学 质点和质点系,在力的作用下，大小和形状都不改变的物体,从几何角度研究物体的运动，不考虑力和质量,研究力与运动的关系,材 料 模 型,变形体模型,工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学研究的普遍方法，可归纳为：,建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验),模型包括材料性能、载荷、约束、几

3、何形状等 真实情况的理想化和简化。,1.6 一般研究方法,工程力学的研究方法,生活实践生产实践科学实验,归纳总结,公理定理定律,数学演绎,工程假设,实践检验,实际,实践,理论,再实践,学习要求：,掌握基本理论、工程计算方法、理论联系实际,应用,第一篇 静力学,第1章 静力学基础,1.1 力和力矩 1.2力偶及其性质 1.3约束与约束力 1.4平衡的概念 1.5受力分析方法与过程 1.6结论与讨论,一、静力学的模型（基本概念）,1. 刚体 物体内任意两点始终保持不变的距离或形状和尺寸始终 保持不变的物体。,实际的物体都是变形体，有：固体、流体（液体和气体）,物体系统:,构形不变的物体系结构,构形

4、可变的物体系机构,2. 力,力的作用效应：,(2) 力的三要素：作用点、大小、方向,(3) 力的分类：,集中力与分布力,内力与外力,主动力与约束力,F,力是物体间相互的机械作用。（受力体、施力体）,外效应机械运动发生变化 内效应物体发生变形,q,力是矢量,定位矢量、自由矢量、滑移矢量,对于刚体而言，力是滑移矢量。,汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型,载 荷 模 型,桥面板作用在钢梁的分布力模型,3、力系,平面力系、空间力系,汇交力系、平行力系、一般力系、力偶系,作用在研究对象上所有力的总称,作用在同一平面内，大小 相等、方向相反、作用线 相互平行的两个力。,力偶,度量转动作用效应的物理量。单

5、位为N.m或kN.m 在平面内，M是代数量，逆时针转动为正。,力偶矩,4 力偶 （又一基本量）,(2) 约束力约束对物体的作用力。是被动力（待求的未知 力）。,(1) 约束对非自由体运动的限制条件（周围物体）。,4. 约束和约束力,其作用线或方向：可由约束对物体运动的限制情况而定，与所限制的运动方向相反。 其大小：与主动力的大小有关，用平衡条件求得。,(3) 几种常见约束的约束力,T1,作用线：沿柔性体 方向：离开非自由体（拉力）,T,(a) 柔性体（绳索、皮带、链条）,T1,T2,T2,(b) 光滑面,N,R,作用线：沿约束面的公法线 方向：指向非自由体（压力）,(c) 滚轴支承,(3) 几

6、种常见约束的约束力,N,N,N,辊 轴, 光滑刚性面约束, 约束与约束力,工程结构中为了减少因温度变化而引起的约束力，通常在固定铰链支座的底部安装一排辊轮或辊轴，可使支座沿固定支承面自由滚动，这种约束称为滚动铰链支座，又称辊轴支座(roller support)。当构件的长度由于温度变化而改变时，这种支座允许构件的一端沿支承面自由移动。,辊 轴, 光滑刚性面约束, 约束与约束力,(d) 光滑圆柱铰链,R,作用线：通过铰链中心 方向：待定（可用两个分力表示）,Ry,(f) 圆柱轴承（滚珠轴承）,(e) 固定铰支座,(3) 几种常见约束的约束力,Rx,Y,YA,XA,YB,X,(g) 止推轴承,N

7、A,YB,XB, 约束与约束力, 光滑铰链约束,将具有相同圆孔的两构件用圆柱形销钉连接起来，称为中间铰约束,销钉(铰链), 约束与约束力, 光滑铰链约束, 约束与约束力, 光滑铰链约束, 约束与约束力, 光滑铰链约束,固定铰支座, 约束与约束力, 光滑铰链约束,构件的端部与支座有相同直径的圆孔，用一圆柱形销钉连接起来，支座固定在地基或者其他结构上。这种连接方式称为固定铰链支座，简称为固定铰支(smooth cylindrical pin support)。桥梁上的固定支座就是固定铰链支座。,固定铰支座, 约束与约束力, 光滑铰链约束,固定铰支座, 约束与约束力, 光滑铰链约束,球 铰, 约束与

8、约束力, 光滑铰链约束,盆骨与股骨之间的球铰连接, 约束与约束力, 光滑铰链约束,销钉(铰链), 约束与约束力, 光滑铰链约束, 约束与约束力, 滑动轴承与止推轴承,机器中常见各类轴承，如滑动轴承或径向轴承等。这些轴承允许轴承转动，但限制与轴线垂直方向的运动和位移。轴承约束力的特点与光滑圆柱铰链相同，因此，这类约束可归入固定铰支座。,滚珠(柱)轴承,滚珠(柱)轴承, 约束与约束力, 滑动轴承与止推轴承, 约束与约束力, 滑动轴承与止推轴承,机器中常见各类轴承，如滑动轴承或径向轴承等。这些轴承允许轴承转动，但限制与轴线垂直方向的运动和位移。轴承约束力的特点与光滑圆柱铰链相同，因此，这类约束可归入

9、固定铰支座。,止推轴承,1. 平行四边形公理(Parallelogram Axiom),作用在物体的同一点上的两个力的合力仍作用在该点上，其大小和方向由两个力组成的平行四边形的对角线表示。,F1,F2,R,1,2,二、静力学的公理,R,F1,F2,2. 二力平衡公理(Equilibrium of Two Forces),作用在同一刚体上两力平衡的必要和充分条件是：两力等值、反向、共线。,A,B,FA,FB,二力构件,用铰链连接的杆,FR, 约束与约束力, 光滑铰链约束,请判断下列结构中哪些构件是二力构件， 哪些构件则不是二力构件。, 结论与讨论, 关于二力构件,请判断下列结构中哪些构件是二力构

10、件， 哪些构件则不是二力构件。, 结论与讨论, 关于二力构件,3. 加减平衡力系公理,若在作用于刚体上的已知力系上添加或减去任何平衡力系，则对刚体的作用效应并不改变。,推论1. 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的任一点，而不改变对刚体的作用。 推论2. 三力平衡汇交定理：刚体在三个互不平行力作用下平衡的必要条件是三力共面，且其作用线汇交一点。,力的可传性适用于刚体, 结论与讨论, 关于工程静力学某些原理的适用性,力的可传性不适用于变形体, 结论与讨论, 关于工程静力学某些原理的适用性,4. 作用与反作用公理,两物体间的相互作用力总是同时存在，且其大小相等、方向相反、沿同一直线，但作用在两个不同的物体上。,5. 刚化公理(Rigidization),变形体在已知力系作用下处于平衡，若将之变成刚体（刚化），则其平衡状态并不改变。,F,F,三、物体的受力分析和受力图,1.确定研究对象，取分离体；,2.受力分析；,3.画受力图。,例 1： 球G1、G2置于墙和板AB间，BC为绳索。 画受力图。,注意FK与FK、 FE与