工程力学-第一章-静力学的基本概念复习进程.ppt

工程力学-第一章-静力学的基本概念绪论绪论 工程力学的研究对象往往相当复杂工程力学的研究对象往往相当复杂,在实际力学问题在实际力学问题中中,需要抓住一些带有本质性的需要抓住一些带有本质性的主要因素主要因素,忽略次要因素忽略次要因素,从而抽象成从而抽象成力学模型力学模型作为作为研究对象研究对象.当我们研究物体的运当我们研究物体的运动范围比物体本身的尺寸大得多时我们可把物体的尺寸动范围比物体本身的尺寸大得多时我们可把物体的尺寸忽略忽略,当作只有一定质量而其形状和大小都可以不计的一当作只有一定质量而其形状和大小都可以不计的一个个质点质点(物体尺寸是次要因素物体尺寸是次要因素)。工程力学是一门与工程技术联系很广的技术基础学工程力学是一门与工程技术联系很广的技术基础学科科,它是工程技术的重要理论基础之一。它是工程技术的重要理论基础之一。工程力学既研究物体机械运动的一般规律工程力学既研究物体机械运动的一般规律,又研究又研究物体的物体的强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性等内容。等内容。2物体在力的作用下还要发生变形物体在力的作用下还要发生变形,如果这种变形和物如果这种变形和物体本身的尺寸相比很小时体本身的尺寸相比很小时,在所研究的问题中可以不在所研究的问题中可以不考虑。可把它当作考虑。可把它当作不变形的物体不变形的物体-刚体刚体。质点和刚。质点和刚体是两种最基本的力学模型。当变形不能忽略时体是两种最基本的力学模型。当变形不能忽略时,就就要将物体作为变形体来处理。一般说来，任何物体要将物体作为变形体来处理。一般说来，任何物体都可以看成是由许多质点组成的。这种质点的集合都可以看成是由许多质点组成的。这种质点的集合称为质点系。因此称为质点系。因此工程力学的主要研究对象为质点、工程力学的主要研究对象为质点、刚体、质点系和变形体。刚体、质点系和变形体。绪论绪论3力学模型力学模型数学模型数学模型求解求解结论结论工程力学的学习与研究方法工程力学的学习与研究方法技术基础课技术基础课学习工程力学的目的学习工程力学的目的为后继课程打基础为后继课程打基础直接解决实际问题直接解决实际问题分析问题解决问题的能力分析问题解决问题的能力作业、答疑作业、答疑绪论绪论4静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。静力学主要研究：力系的简化和力系的平衡条件及其应用。引引 言言静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。5第一章第一章 静力学的基本概念静力学的基本概念 本章重点、难点本章重点、难点 重点重点 力、刚体、平衡和约束等概念。力、刚体、平衡和约束等概念。静力学公理静力学公理。柔性体约束、光滑接触面约束、光滑铰链约柔性体约束、光滑接触面约束、光滑铰链约 束的特征及约束反力的画法。束的特征及约束反力的画法。单个物体及物体系的受力分析。单个物体及物体系的受力分析。难点难点 约束的概念，光滑铰链约束的特征。约束的概念，光滑铰链约束的特征。体系的受力分析。体系的受力分析。6AFKL一、力的概念一、力的概念 1定义定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态或使物体发生形变。2.力的效应：力的效应：运动效应(外效应)变形效应(内效应)。3.力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用点AF力的作用线：力的作用线：沿力矢F的直线KL称为力的作用线。推论：力是矢量推论：力是矢量 印刷体用黑体 字，手写时用 或 表示。印刷体用黑体 字，手写时用 或 表示。印刷体用黑体 字，手写时用 或 表示。第一章第一章 静力学的基本概念静力学的基本概念11 11 力、刚体和平衡的概念力、刚体和平衡的概念7 平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。三三.平衡平衡二二.刚体刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。ABCDFQWG力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿(N),千牛顿(kN)力系：力系：是指作用在物体上的一群力。81-2 1-2 静力学基本公理静力学基本公理公理公理1 1 二力平衡公理二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等|F1|=|F2|,(F1=F2)指向相反 F1=F2作用线共线，只用白体字F 表示力的大小，而不在 其 上 加 或矢量符号。只用白体字F 表示力的大小，而不在 其 上 加 或矢量符号。只用白体字F 表示力的大小，而不在 其 上 加 或矢量符号。公理公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。作用于同一个物体上。9 讨论讨论：对刚体来说，上面的条件是充要的 二力体二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。对变形体(或多体)来说，上面的条件只是必要条件二力杆变形体变形体 平衡平衡必要充分两力大小相两力大小相等指向相反等指向相反1011 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。推论推论1：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同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。公理公理2 2 加减平衡力系公理加减平衡力系公理 对同一个刚体来说，力的该性质称为力的可传性力的可传性，因此，对同一个刚体，力是滑动矢量滑动矢量。12 刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（不平行的三个力平衡的必要条件）公理公理3 3 力的平行四边形法则力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。推论推论2：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 13公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。证证 为平衡力系，也为平衡力系。又 二力平衡必等值、反向、共线，三力 必汇交，且共面。例例 吊灯14公理公理5 5 刚化原理刚化原理体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。公理公理5 告诉我们：处于告诉我们：处于平衡状态的变形体，可用刚平衡状态的变形体，可用刚体静力学的平衡理论去硏究。体静力学的平衡理论去硏究。变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚15 约束反力：约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。（约束的作用由力来表示，该力称为约束反力。）1-3 1-3 约束与约束反力约束与约束反力一、概念一、概念 自由体：自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束：约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束）（这里，约束是名词，而不是动词的约束）主动力主动力:促使物体运动或使物体产生运动趋势的力称为主动力（如重力、风力、切削力、物体压力、牵引力等）。16 约束反力特点：约束反力特点：GGN1N2大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。17柔性体约束只能承受拉力只能承受拉力，所以它们的约束反力是作用在接作用在接触点触点，方向沿柔性体轴线沿柔性体轴线，背离被约束物体背离被约束物体。是离点而去的是离点而去的力力。二、约束类型和确定约束反力方向的方法：二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔性体约束由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔性体约束PPTS1S1S2S2 18 约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向沿公法线沿公法线，指向受力指向受力物体物体是向点而来的力向点而来的力。2.光滑接触面的约束光滑接触面的约束 (光滑指摩擦不计光滑指摩擦不计)PNNPNANB19F FR R滑槽与销钉滑槽与销钉203.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束圆柱铰链圆柱铰链销销销销 钉钉钉钉21AAAXAYAA22固定铰支座固定铰支座23固定铰支座固定铰支座24 链杆约束链杆约束RA25活动铰支座（辊轴支座）活动铰支座（辊轴支座）N的实际方向也的实际方向也可以向下可以向下N2627活动铰支座（辊轴支座）活动铰支座（辊轴支座）28291-4 1-4 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图一、受力分析一、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受力分析。作用在物体上的力有：一类是:主动力,如重力,风力,气体二类是：被动力，即约束反力。压力等。30画物体受力图主要步骤为画物体受力图主要步骤为：选研究对象；取分离体；画上主动力；画出约束反力。二、受力图二、受力图例例131例例2 画出下列各构件的受力图QAOBCDE32QAOBCDE33QAOBCDE34例例3 画出下列各构件的受力图说明：三力平衡必汇交说明：三力平衡必汇交当三力平行时，在无限当三力平行时，在无限远处汇交，它是一种特远处汇交，它是一种特殊情况。殊情况。35例例4 尖点问题应去掉约束应去掉约束应去掉约束应去掉约束36例例5 画出下列各构件的受力图37三、画受力图应注意的问题三、画受力图应注意的问题接触处必有力，力的方向由约束类型而定。不要多画力不要多画力对于受力体所受的每一个力，都应能明确地 不要漏画力不要漏画力除重力、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，指出它是哪一个施力体施加的。要注意力是物体之间的相互机械作用。因此38不要把箭头方向画错。不要画错力的方向不要画错力的方向 受力图上不能再带约束。受力图上不能再带约束。即受力图一定要画在分离体上。约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，39内力，就成为新研究对象的外力。部或单个物体的受力图上要与之保持一致。受力图上只画外力，不画内力。受力图上只画外力，不画内力。同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相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。互协调，不能相互矛盾。正确判断二力构件。正确判断二力构件。一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局40作业作业1 1：p9p9P10 11 fP10 11 f、h h、k kP11 12 bP11 12 b、f fP12 13 bP12 13 b、d dP12 14 aP12 14 a、f f4142此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢