01静力学基本概念与物体受力分析

1、1,静力学基本概念与物体受力分析,2,1.1静力学基本概念,3,静力学：,研究物体的受力分析、力系的等效替换（或简化）、建立各种力系的平衡条件的科学,1、物体的受力分析,2、力系的等效替换（或简化）,3、建立各种力系的平衡条件,4,刚体是一种理想化的力学模型。,一个物体能否视为刚体，不仅取决于变形的大小，而且和问题本身的要求有关。,刚体,5,现象,两类作用形式 物体间的直接接触作用 如弹性力、摩擦力、压力等。 通过场的相互作用 如万有引力、静电引力等。,力力是物体相互间的机械作用，其作 用结果使物体的形状和运动状态发 生改变。,6,力的表示法,力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。,力的

2、单位, 在国际单位制中，力的单位是牛顿 (N) 1N= 1公斤米/秒2 （kg m/s2 )。,7,力 系作用于同一物体或物体系 上的一群力。,等效力系若两个力系分别作用于同一刚体，其运动效应 相同，则这两个力系称为等效力系。,运动等效,、 、 称为分力， 称为合力,合 力在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力。,8,平衡力系,平衡,平衡条件,应用,9,1.2 约束与约束力,10,1、自由体：,2、非自由体：,3、约束：,4、约束反力：,5、主动力：,可以任意运动（获得任意位移）的物体。,不可能产生某方向的位移的物体。,约束对被约束体的反作用力。,限制非自由体位移的周围物体。,约束力以外的力。

3、,一、基本概念：,11,约束反力特点：,约束力,大小待定,方向与该约束所能阻碍的位移方向相反,作用点接触处,12,二、常见的几种类型的约束,1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）,13,光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束力，用 表示,14,滑槽与销钉 （双面约束）,15,2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束,柔索只能受拉力，又称张力.用 表示,16,柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体,胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力,17,3 、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等）,（1）、径向轴承（向心

4、轴承）,约束特点： 轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束。,18,约束力：当不计摩擦时，轴与孔在接触为光滑接触约束 法向约束力,约束力作用在接触处，沿径向指向轴心。,当外界载荷不同时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变。,可用二个通过轴心的 正交分力 表示。,19,（2）、光滑圆柱铰链,A,约束特点：由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成。,A,A,反力特点：通过圆孔中心， 方位不定， 用 表示,20,注意作用与反作用关系,一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出。,21,（3）、固定铰链支座,约束特点：由上面构件1或2 之一与地面或机架固定而成。,约束力：与圆柱铰链相同,简图

5、：,22,4、其它类型约束,（1）、滚动支座,约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑 辊轴而成。,约束力：构件受到光滑面的约束力。,23,约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题。,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。,约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意转动，但构件与球心不能有任何移动。,（2）、球铰链,24,盆骨与股骨之间的球铰连接,25,（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 。,26,（4）双铰链刚杆约束（二力构件）：,2

6、7,（2）柔索约束张力,球铰链空间三正交分力,止推轴承空间三正交分力,（4）滚动支座 光滑面,（3）光滑铰链,（1）光滑面约束法向约束力,江苏工业学院机械系力学教研室,总结：,28,1.3 受力图,29,一、受力分析 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。 一类是:主动力, 二类是：约束反力。,30,画受力图将所分析的全部力用图形表示出来称为画受力图。,画受力图步骤：,取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图,画出所有主动力,按约束性质画出所有约束（被动）力,31,例1-1,

7、碾子重为 ，拉力为 ，A，B处光滑接触，画出碾子的受力图。,解：画出简图,画出主动力,画出约束力,32,例1-2,屋架受均布风力q（N/m），屋架重为P ，画出屋架的受力图。,解：取屋架，画出简图,画出主动力,画出约束力,33,例1-3,水平均质梁AB重为P1 ，电动机重为P2 ，不计杆CD的自重，画出杆CD和梁AB的受力图。图(a),解： 取CD杆，其为二力构件，简称二力杆，其受力图如图(b),取AB梁，其受力图如图 (c),注意作用力与反作用力,34,CD杆的受力图能否画为图（d）所示？,若这样画，梁AB的受力图又如何改动?,注意作用力与反作用力,35,例1-4,不计三铰拱桥的自重与摩擦，

8、画出左、右拱AB，CB的受力图与系统整体受力图。,解： 右拱CB为二力构件，其受力图如图（b）所示,取左拱AC ,其受力图如图（c）所示,系统整体受力图如图（d）所示,36,考虑到左拱AC在三个力作用下平衡，也可按三力平衡汇交定理画出左拱AC的受力图，如图（e）所示,此时整体受力图如图（f）所示,37,讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力图？,如图（g）（h）（i）,38,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,梯子左边部分受力图如图（c）,梯子右边部分受力图如图（d）,39,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？,40,二、画受力图应注意的问题,2、不要多画力,1、不要漏画力,3、不要画错力的方向,4、受力图上不能再带约束。,41,5、受力图上只画外力，不画内力。,6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相 互协调，不能相互矛盾。,7 、正确判断二力构件。,42,1. 杆BD（B处不带销钉）的受力图。,杆BD为二力杆。,43,2. 杆AB（B处仍不带销钉） 的受力图。