工程力学课件.ppt

1、1.静力学，导论，静力学是研究物体在力系作用下的平衡状态的科学。在静力学中，物体指的是刚体。力是物体之间的机械相互作用，它使物体的机械运动状态发生变化，物体的形状发生变化。外部效应：运动状态的变化，内部效应：物体形状的变化，力对物体的影响，力的三要素：大小、方向和作用点，2。力大小：反映物体之间机械作用的强度力方向：指力作用的方向，指向力的作用点：指力作用的位置，力是矢量，SI基本单位：长度米力牛顿(N)，千牛顿(kN) 1 kN=1000 N，力是导出单位，力单位是：力系统：作用在物体上的一组力称为力系统。平衡力系统：如果一个力系统作用在一个物体上而不改变其原始运动状态，它被称为平衡力系统。

2、等力系统：如果两个力系统对物体的作用完全相同，那么这两个力系统就是等力系统。平面力系统：如果作用在物体上的力的作用线都在同一个平面上，这个力系统叫做平面力系统。空间力系：作用线不在同一平面而是分布在空间的力系称为空间力系。物体静止或相对于地球匀速直线运动的状态称为平衡。平衡：合力和分力：当一个力与一个力系统具有相同的工作效果时，它被称为力系统的合力。力系中的每个力都称为合力的分量。4。静力学研究中的问题：等效替换(或简化)物体的力系，建立各种力系的平衡条件；5.第1节静力学公理第2节约束和约束第3节物体的力分析和力图；第一章静力学公理和物体的受力分析；6.公理1力的平行四边形法则，在同一点作用

3、于一个物体的两个力可以合成一个合力。合力的作用点也在这一点上，合力的大小和方向由两个力作为边形成的平行四边形的对角线决定。或者，合力矢量等于这两个力矢量的几何和，即FR=F1 F2，第1节，静力学原理，三角形法则，7，公理2，两个力平衡公理，作用在同一刚体上的两个力保持刚体平衡的充要条件是这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。(等效、相反、共线)两个力的分量：仅由两个力平衡的分量称为两个力的分量。(双力杆)，公理3，从已知力系统中增加或减少任何平衡力系统不会改变力系统对刚体的影响。8，推论1:力的传递性，作用在刚体上的力可以沿着它的作用线移动到刚体中的任何一点，而不改变初始力对刚体的影

4、响。力是一个滑动矢量，它证明了作用在刚体上的力的三个要素是力的大小、方向和作用线。推论2:三力平衡相交定理，它作用于刚体上三个相互平衡的力。如果两个力的作用线在一点相遇，三个力必须在同一个平面，第三个力的作用线穿过交点。使用场合：一个平衡物体受到三个力，两个力的方向是已知的，第三个力的方向可以通过推论2来确定。是平衡力系统，也是平衡力系统。两个力的平衡必须相等、相反且共线，并且三个力必须相遇且共面。10，公理4:作用和反作用原理，两个物体之间的相互作用力总是大小相等，方向相反，沿着同一条直线，同时分别作用在这两个物体上，这两个力就是作用力和反作用力。公理5:刚性原理，变形物体在一定的力系统作用

5、下处于平衡状态。如果变形的物体被硬化成刚体，它的平衡状态不会改变。11，12，加强原理(1)，加强原理(2)，参见动画：加强原理(拉)，参见动画：加强原理(压)，13，自由体和非自由体，自由体b非自由体：如果一个物体的运动受到一定程度的限制，使其不可能向某个方向位移，则称其为非自由体。第2节约束和约束力，第2节约束和约束力，约束：限制非自由体运动的周围对象称为约束。约束力：约束对物体施加的力称为约束力。特点：1)尺寸通常未知且受驱动。2)其方向总是与被阻挡的运动方向相反。3)其作用点在接触点。14，三种常见约束，由软绳链或胶带组成的光滑接触面约束，光滑铰链约束，15，光滑支承面约束，参见动画：

6、光滑支承面约束，16，光滑接触面约束，参见动画：光滑接触面约束(平面)，参见动画：光滑接触面约束(曲面)，17，光滑接触面约束，参见动画：光滑接触面约束示例(齿轮1)， 动画：平滑接触表面约束示例(齿轮2)，18，1具有平滑接触表面的约束(刚性约束)，法向反作用力F N，F N，尺寸：未知，方向：沿着接触表面的公共法线指向对象，作用点：接触点，19，胶带约束，对象的力分析，拉力(张力)F或F T，尺寸：未知，方向：沿着柔性体指向远离对象，作用点：接触点(关节)，F T，21，3平滑铰链约束，Fx，Fy， 尺寸：未知，方向：垂直于轴线，作用线：穿过铰链中心，方向无法确定，通常铰链约束是由两个用销

7、钉钻出相同孔径的构件连接而成。 铰链约束限制了对象在径向方向上的位移，因此其约束力位于垂直于销轴的平面内，并穿过销的中心。由于接触点的位置无法预先确定，参见动画：光滑圆柱铰链的约束力分析，22，(1)径向轴承，Fx，Fy，尺寸：未知，方向：垂直于轴，动作线：穿过铰链中心，参见动画：径向轴承，23，(2)固定铰链支撑，Fx动作线：穿过铰链中心，参见动画：固定铰链支撑，24，固定铰链支撑，参见动画：圆柱铰链和固定铰链支撑，25，铰链约束示例， 参见动画：平滑圆柱铰链约束示例-蝶形铰链，参见动画：圆柱铰链约束示例，26，4其他约束，(1)滚动支撑，F，N，尺寸：未知，对于活动铰链轴承(滚柱轴承)的简

8、化绘图，参见动画：活动铰链轴承，27，(2)球铰链，(3)推力轴承，参见动画：球铰链约束结构，约束力和示意图，28，铰链约束示例，参见动画：桥，29，第3节对象的力分析和力图，I .对象的力然后，根据已知的条件，约束类型，基本这个过程叫做物体的受力分析。作用在物体上的力有以下几种：一种是主要的力，如重力、风力和气压。第二类是驱动力，即约束力。三十三。绘制力图的步骤，2。力图组件施加的力的位置和方向如图所示。选择研究对象；拿走那具分离的尸体；首先吸引主要力量；根据约束类型，绘制约束反作用力。在图中所示的平面系统中，均质球A的重量为G1，通过一个理想滑轮C和一根忽略重量和摩擦力的柔性绳索保持在一个

9、具有仰角的光滑斜坡上，绳索的一端悬挂着一个重量为G2的滑车B。试着分析b块、a球和c滑轮的应力，画出平衡时各物体的应力图。示例，示例1，32，解决方案：1。方框b的力图。例1，例1，物体的力分析，33，2。球a的力图。例1，例，物体的力分析，滑轮c的力图等腰三角形框架ABC的顶点A、B和C都用铰链连接，底边AC是固定的，AB边的中点D施加一个平行于固定边AC的力F，如图所示。不管每个杆的自重如何，试着画出杆AB和BC的应力图。例如，对象的力分析，36，解决方案：1。钢筋混凝土受力图。例2，例，物体的受力分析，37，2。条形AB的力图。解决方案：示例2，示例2，对象的力分析38。用力拉压路机，使

10、路面变平，如图所示，重量为G的压路机被一块石头挡住。试着画出滚轮的应力图。例，物体应力分析，例3，39，滚轮应力图为：解：例，物体应力分析，例3，40，屋架如图所示。a是一个固定的铰链支撑，B是一个可移动的支撑，支撑在一个光滑的水平面上。给定屋架的重量g，屋架的交流侧承受垂直于它的均匀分布的风力，单位长度的力为q。试画屋架的应力图。示例，对象的力分析，示例4，41，屋架的力图是：解：示例，对象的力分析，示例4，42，第1章对象的静力学和力分析的基本公理，约束力的方向，约束类型，1平滑接触表面约束沿着接触表面的公共法线方向指向被约束对象。2柔性体约束沿柔性体方向偏离被约束对象。3光滑圆柱铰链的约

11、束反力方向不确定，分解为固定铰链支撑。活动铰链的轴承沿接触面的法线方向，方向不确定。4二力分量的方向是沿着两端的连线，方向是不确定的。5球形铰链分解成。6推力轴承分解和确定。综述：43、解决方案：1)杆式机器人绘制物体应力图的主要步骤是：选择研究对象；拿走那具分离的尸体；先画出驱动力；画后约束力。在示例1中，尝试分析杆AB的应力。2)主力，3)点B的约束反力，根据三力平衡相交原理，4)点A的约束反力，5)点A的约束反力也可以用两个分力来表示。第一章静力学和物体受力分析的基本原理，例2试图分析圆轮和杆的受力。2，罗德AB，解决方案：1。画一个物体的力图的主要步骤是：选择研究对象；拿走那具分离的尸

12、体；先画出驱动力；反向拉伸约束反作用力。第一章是静力学和物体受力分析的基本原理。45.示例3绘制了以下组件的力图，并且将DE杆放置在BC杆上。解决方法：1)折叠杆AB、AB为二力杆，点A和B的约束反力沿两点连线。2) Rod DE，3) Rod BCD，a Rod DE，首先画重力B，D点的力C由杆的水平面决定，最后画E点的力，或：3) Rod BCD，第一章静力学基本公理和物体的力分析，46，例4，尖点问题的解决方法：1。重物。滑轮0、3。滑轮C、第1章物体静力学和力分析的基本公理，48，4。控制棒交流电，5。第一章是静力学基本公理和物体的力分析，第一章是静力学基本公理和物体的力分析，50，

13、6。针脚C，5。罗德BC，解决方案：1 .体重2磅。皮带轮0，3。滑轮c，如实施例5所示。示例5绘制了该组件的整个应力图。第一章静力学和物体受力分析的基本公理。示例6绘制了以下组件的应力图。第一章静力学和物体受力分析的基本公理。示例6绘制了整个组件的应力图。整个应力图有五种力：第一章静力学基本原理第三，绘制应力图应注意的问题，除重力和电磁力外，物体之间的机械力只相互接触。有必要区分研究对象(受力体)周围的哪些物体与之接触，接触的地方必须牢固，力的方向取决于约束类型。不要画更多的力，注意物体之间的机械相互作用。因此，对于受力体施加的每一个力，都应该明确指出是哪个受力体施加的。1.不要错过吸引力。

14、第一章：静力学的基本公理和物体的应力分析。55.约束反作用的方向必须严格按照约束的类型来画，不能简单地凭直觉或根据主力的方向来推断。在分析两个物体之间的作用力和反作用力时，应该注意的是，一旦确定了作用力的方向，反作用力的方向必须与之相反，箭头方向不应画错。3、不要画错力的方向，4、不能在力图上带约束。也就是说，应力图必须画在分离体上。第一章静力学基本公理和物体的受力分析56。一个力是属于外力还是内力可能因研究对象的不同而不同。当对象系统被分解分析时，原系统的部分内力成为新研究对象的外力。一旦设定了某一位置的约束反力方向，就应与整体、局部或单个物体的应力图相一致。5。应力图上只画外力，不画内力。

15、6、同一系统中各研究对象的应力图必须与整体和局部一致，相互协调，不能相互矛盾。7、正确判断二力分量。第一章物体静力学和应力分析的基本原理如图所示，水平梁AB由斜线支撑，A、C、D均由光滑铰链连接。均匀光束重G1，一个电机重G2放在上面。如果不考虑拉杆的自重，试着分别画拉杆和横梁(包括电机)的应力图。示例，对象的力分析，示例5，58，1。对角光盘的力图。解决方案：示例，对象的力分析，示例5，59，2。梁AB(包括电机)的受力图。如图所示的三铰拱桥是由左右两座拱桥铰接而成。假设不考虑每座拱桥的自重，荷载f作用在拱上，分别画出左拱和右拱的应力图。f，例，物体的受力分析，例6，61，1。右弓BC受力图。解：例，物体的力分析，例6，62，2。左弓交流力图。如图所示，梯子的两个部分AB和AC在点A处铰接，并在点D和E处通过水平绳索连接。如果不计算梯子的自重，梯子放置在光滑的水平面上，但是垂直载荷F作用在AB的中点。试着分别画出梯子的AB部分和AC部分以及整个系统的应力图。例，例7，物体的力分析，64，1。梯子AB部分的力图。解决方案：示例，示例7，对象的力分析，65，2。梯子交流部分的受力图。示例，示例7，对象的力分析，66，3。梯子