静力学公理和物体的受力分析课件.ppt

静力学公理和物体的受力分析第1页，此课件共64页哦一、绪论一、绪论二、静力学的基本概念二、静力学的基本概念三、静力学公理三、静力学公理四、约束和约束反力四、约束和约束反力五、物体的受力分析和受力图五、物体的受力分析和受力图第2页，此课件共64页哦 绪论绪论两个物体之间的相互作用产生了力两个物体之间的相互作用产生了力产产生生效效果果物体运动状态的改变物体运动状态的改变物体的形状发生了改变物体的形状发生了改变机械运动机械运动(外效应外效应)变形变形(内效应内效应)第3页，此课件共64页哦机械运动机械运动(外效应外效应)变形变形(内效应内效应)理论力学理论力学变形体力学变形体力学规律规律静静力力学学运运动动学学动动力力学学材材料料力力学学板板壳壳理理论论弹弹性性理理论论研究物体机械运动研究物体机械运动一般规律的科学一般规律的科学研究受力后物体变研究受力后物体变形与破坏的情况形与破坏的情况第4页，此课件共64页哦一、理论力学的研究对象和内容一、理论力学的研究对象和内容静力学：静力学：研究受力物体在力系作用下的平衡；研究受力物体在力系作用下的平衡；运动学：运动学：从几何角度研究物体的运动；从几何角度研究物体的运动；动力学：动力学：研究受力物体的运动与作用力之间的关系。研究受力物体的运动与作用力之间的关系。物体的受力分析物体的受力分析力系的等效替换（或简化）力系的等效替换（或简化）各种力系的合成与平衡条件各种力系的合成与平衡条件物体运动分析物体运动分析物体的受力分析物体的受力分析物体运动分析物体运动分析建立受力和运动之间的关系建立受力和运动之间的关系第5页，此课件共64页哦二、学习目的及二、学习目的及学习方法学习方法1 1、学会处理力学问题的基本思路和基本方法；、学会处理力学问题的基本思路和基本方法；2 2、有助于培养正确的分析问题和解决问题的能力；、有助于培养正确的分析问题和解决问题的能力；3 3、为后续课程的学习做好准备；、为后续课程的学习做好准备；4 4、为今后解决生产实际问题、从事科学研究工作打下基础。、为今后解决生产实际问题、从事科学研究工作打下基础。第6页，此课件共64页哦1 1 1 1、基本概念、基本概念、基本概念、基本概念（1 1）刚体的概念）刚体的概念理论力学研究的物体都是理论力学研究的物体都是理论力学研究的物体都是理论力学研究的物体都是刚体刚体刚体刚体刚体力学刚体力学刚体力学刚体力学静力学静力学静力学静力学刚体静力学刚体静力学刚体静力学刚体静力学 在力的作用下，物体内部任意两点之间的距离始在力的作用下，物体内部任意两点之间的距离始在力的作用下，物体内部任意两点之间的距离始在力的作用下，物体内部任意两点之间的距离始 终保持不变终保持不变终保持不变终保持不变受力后不变形的物体受力后不变形的物体受力后不变形的物体受力后不变形的物体 刚体是（理想）抽象化的力学模型刚体是（理想）抽象化的力学模型刚体是（理想）抽象化的力学模型刚体是（理想）抽象化的力学模型一、静力学的基本概念一、静力学的基本概念静力学静力学第7页，此课件共64页哦 （2 2）力的概念）力的概念 力是物体间相互的机械作用。力是物体间相互的机械作用。作用效应：作用效应：（1 1）使物体的运动状态发生改变）使物体的运动状态发生改变运动效应（外效应）运动效应（外效应）如位置、速度、加速度等如位置、速度、加速度等（理力）（理力）；（2 2）使物体发生变形）使物体发生变形变形效应（内效应）变形效应（内效应）（材力）（材力）作用方式：作用方式：（1 1）直接接触作用；）直接接触作用；（2 2）间接作用。如磁场、电场、重力场等。）间接作用。如磁场、电场、重力场等。第8页，此课件共64页哦力的三要素：力的三要素：力的作用线力的作用线AF（1 1）力的）力的大小，大小，（2 2）力的）力的方向，方向，（3 3）力的）力的作用点。作用点。（定位矢量（定位矢量固定矢量）固定矢量）FF力的单位：力的单位：N（牛顿）、（牛顿）、kN（千牛）（千牛）、MN（兆牛）（兆牛）力的矢量表示力的矢量表示（1 1）大小大小用用箭头箭头的长度表示的长度表示（2 2）方向方向箭头的方向表示力的方向箭头的方向表示力的方向（3 3）作用点作用点矢量的始端表示力的作用点矢量的始端表示力的作用点第9页，此课件共64页哦力系的等效替换：力系的等效替换：用一个简单力系等效代替一个复杂力系而用一个简单力系等效代替一个复杂力系而 不改变原力系对刚体的作用效果，则此两不改变原力系对刚体的作用效果，则此两 个力系互称为等效力系。个力系互称为等效力系。力系：力系：作用于刚体上的一群力。作用于刚体上的一群力。平衡力系：平衡力系：在力系的作用下，物体相对惯性参考系在力系的作用下，物体相对惯性参考系 （如（如 地面）静止或作匀速直线运动。地面）静止或作匀速直线运动。PF3F4F1F2PPF1F2=第10页，此课件共64页哦二、静力学公理二、静力学公理人类把长期的实践经验，进行分析、综合、归纳和人类把长期的实践经验，进行分析、综合、归纳和总结，找出事物的普遍规律，从而建立了最基本的总结，找出事物的普遍规律，从而建立了最基本的普遍公理，作为这门学科的基础普遍公理，作为这门学科的基础公认的真理。公认的真理。公理公理1 1 二力平衡条件二力平衡条件作用于刚体上的两个力平衡的充分和必要条件为：作用于刚体上的两个力平衡的充分和必要条件为：此两个力等值、反向、共线。此两个力等值、反向、共线。第11页，此课件共64页哦问题：问题：绳子受到一对等值、反向、共线的压力为何不平蘅绳子受到一对等值、反向、共线的压力为何不平蘅第12页，此课件共64页哦 公理公理2 2 力的平行四边形法则力的平行四边形法则 F1F2FRFRAF1F2 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合力的作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行作用点也在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定。四边形的对角线确定。AF1F2A第13页，此课件共64页哦第14页，此课件共64页哦 公理公理3 3 加减平衡力系原理加减平衡力系原理在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果并不改变原力系对刚体的作用效果 。PF3F4F1F2PPF1F2=第15页，此课件共64页哦 推论推论1 1 力的可传性力的可传性作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。作用于刚体上的力作用于刚体上的力 滑动矢量滑动矢量问题：问题：绳子受到一对等值、反向、共线的力能否移动绳子受到一对等值、反向、共线的力能否移动?BAFABABF第16页，此课件共64页哦 推论推论推论推论2 2 2 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且作用线汇交于一点，则此三力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。第三个力的作用线通过汇交点。OABC第17页，此课件共64页哦(1)(1)由力的可传性到汇交点由力的可传性到汇交点;(2)(2)由平行四边形求合力由平行四边形求合力;(3)(3)二力平衡。二力平衡。OABCOABC第18页，此课件共64页哦公理公理公理公理4 4 4 4 作用与反作用定律作用与反作用定律作用与反作用定律作用与反作用定律作用和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，作用和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，作用和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，作用和反作用力总是同时存在，两力的大小相等、方向相反，沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。沿着同一直线，分别作用在两个相互作用的物体上。P作用力和反作用力作用力和反作用力P第19页，此课件共64页哦对已处于平衡状态的变形体可以应用刚体静力学的平衡条件对已处于平衡状态的变形体可以应用刚体静力学的平衡条件刚体平衡条件对于变形体来说，只是必要条件而非充分刚体平衡条件对于变形体来说，只是必要条件而非充分公理公理公理公理5 5 5 5 刚化原理刚化原理刚化原理刚化原理变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此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。变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。第20页，此课件共64页哦三、约束和约束反力三、约束和约束反力自由体自由体自由体自由体 位移不受任何限制的物体。位移不受任何限制的物体。位移不受任何限制的物体。位移不受任何限制的物体。非自由体非自由体非自由体非自由体 位移受到限制的物体。位移受到限制的物体。位移受到限制的物体。位移受到限制的物体。约束约束约束约束 对非自由体的某些位移起限制作用的装置。对非自由体的某些位移起限制作用的装置。对非自由体的某些位移起限制作用的装置。对非自由体的某些位移起限制作用的装置。约束反力的方向约束反力的方向 必与该约束所能够阻碍的位移方向必与该约束所能够阻碍的位移方向 相反，大小通常是未知的。相反，大小通常是未知的。约束反作用力约束反作用力约束反作用力约束反作用力 约束反力约束反力约束反力约束反力 约束对非自由体施加的力。约束对非自由体施加的力。第21页，此课件共64页哦工程中常见的几类约束工程中常见的几类约束1 1、光滑接触表面约束、光滑接触表面约束光滑面约束光滑面约束限制物体沿公法线方向的位移限制物体沿公法线方向的位移不限制物体沿公切线方向的位移不限制物体沿公切线方向的位移约束约束约束约束反力特征：反力特征：反力特征：反力特征：方位：方位：方位：方位：沿接触点的公法线沿接触点的公法线作用点：作用点：通过接触点通过接触点指向：指向：指向：指向：指向物体（物体受压）指向物体（物体受压）约束特征：约束特征：约束特征：约束特征：第22页，此课件共64页哦BAABCFNAFNBFNC第23页，此课件共64页哦F FR RF FR R 第24页，此课件共64页哦绳索绳索皮带皮带链链条条2 2、柔性绳索、胶带或链条等构成的约束、柔性绳索、胶带或链条等构成的约束第25页，此课件共64页哦A约束特征：约束特征：约束特征：约束特征：只限制物体沿柔性绳子伸长方向的位移。只限制物体沿柔性绳子伸长方向的位移。只限制物体沿柔性绳子伸长方向的位移。只限制物体沿柔性绳子伸长方向的位移。作用点：作用点：作用于接触点作用于接触点方位：方位：方位：方位：沿着柔性绳子沿着柔性绳子沿着柔性绳子沿着柔性绳子指向：指向：指向：指向：背离物体（受拉力）背离物体（受拉力）背离物体（受拉力）背离物体（受拉力）约束反力特征约束反力特征约束反力特征约束反力特征:第26页，此课件共64页哦第27页，此课件共64页哦3 3、光滑铰链约束、光滑铰链约束（1 1）径向轴承（向心轴承）径向轴承（向心轴承）约束特点：约束特点：轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束。轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束。约束力：约束力：当不计摩擦时，轴与孔的接触为光滑面约束；当不计摩擦时，轴与孔的接触为光滑面约束；约束力沿法向方向；约束力沿法向方向；约束力作用在接触点；约束力作用在接触点；沿径向指向轴心。沿径向指向轴心。第28页，此课件共64页哦（2 2）圆柱形铰链约束）圆柱形铰链约束圆柱铰链圆柱铰链中间铰中间铰由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成。由两个各穿孔的构件及圆柱销钉组成。第29页，此课件共64页哦销钉销钉销销钉钉孔孔O圆柱圆柱铰链铰链约束力的分析约束力的分析第30页，此课件共64页哦第31页，此课件共64页哦（3)3)固定铰链固定铰链支座支座固定铰支固定铰支约束特点：约束特点：构件与地面上构件与地面上固定固定机架连接而成。机架连接而成。第32页，此课件共64页哦第33页，此课件共64页哦（4 4）活动铰链支座）活动铰链支座活动铰支活动铰支约束特征：约束特征：约束特征：约束特征：只限制垂直于支承面方向的运动。只限制垂直于支承面方向的运动。只限制垂直于支承面方向的运动。只限制垂直于支承面方向的运动。约束反力特征：约束反力特征：约束反力特征：约束反力特征：方位：方位：方位：方位：指向：指向：指向：指向：通过销钉中心，垂直于支承面通过销钉中心，垂直于支承面通过销钉中心，垂直于支承面通过销钉中心，垂直于支承面指向待定（常假定）指向待定（常假定）指向待定（常假定）指向待定（常假定）第34页，此课件共64页哦=第35页，此课件共64页哦属于双面光滑约束属于双面光滑约束（5 5）滑槽与销钉）滑槽与销钉第36页，此课件共64页哦(6)(6)球形铰链支座球形铰链支座球铰球铰支（支（链）链）约束特点：约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任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。意转动，但构件与球心不能有任何移动。约束力：约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑面约束问题。当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑面约束问题。约束力通过接触点，并指向球心，是一个不能约束力通过接触点，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。预先确定的空间力。可用三个正交分力表示。第37页，此课件共64页哦盆骨与股骨之间的球铰连接盆骨与股骨之间的球铰连接第38页，此课件共64页哦（6 6）止推轴承）止推轴承约束特点：约束特点：止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制。约束力：约束力：比径向轴承多一个轴向的约束反力，比径向轴承多一个轴向的约束反力，有三个正交分力有三个正交分力 。AA第39页，此课件共64页哦4 4、插入端约束、插入端约束固定端约束固定端约束既不能移动，又不能转动的约束既不能移动，又不能转动的约束固定端（插入端）约束特征固定端（插入端）约束特征:第40页，此课件共64页哦5 5、二力杆约束、二力杆约束链杆链杆二力杆二力杆只有两个力作用下处于平衡的杆件。只有两个力作用下处于平衡的杆件。两端为光滑铰链；两端为光滑铰链；杆上无其它主动力作用杆上无其它主动力作用不考虑自重；不考虑自重；二力杆的力必须通过两力作用点的连线。二力杆的力必须通过两力作用点的连线。约束的特点：约束的特点：约束的特点：约束的特点：只限制物体两力作用点连线方向的运动。只限制物体两力作用点连线方向的运动。约束反力的特点：约束反力的特点：方位：方位：指向：指向：沿链杆的轴线方向（或两铰沿链杆的轴线方向（或两铰链的连线方向）；链的连线方向）；指向不定（通常假定）。指向不定（通常假定）。第41页，此课件共64页哦FDABCPDCBAFFCDC第42页，此课件共64页哦四、物体的受力分析和受力图四、物体的受力分析和受力图 物体的受力分析物体的受力分析分析物体受几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。分析物体受几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。分析物体受几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。分析物体受几个力，每个力的作用位置和力的作用方向。主动力与被动力主动力与被动力主动力：主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，其大小和方向促使物体运动或有运动趋势的力，其大小和方向都已知。如重力、水压力等。都已知。如重力、水压力等。被动力：被动力：由主动力引起并随其变化的力，其大小和方向都由主动力引起并随其变化的力，其大小和方向都不知。如约束反力。不知。如约束反力。受力图受力图受力图受力图 画出研究对象上所有作用力的简图。画出研究对象上所有作用力的简图。画出研究对象上所有作用力的简图。画出研究对象上所有作用力的简图。第43页，此课件共64页哦画受力图步骤：画受力图步骤：1 1、取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图、取所要研究物体为研究对象（隔离体）画出其简图2 2、画出所有主动力、画出所有主动力3 3、按约束性质画出所有约束（被动）力、按约束性质画出所有约束（被动）力已知：已知：碾子重为碾子重为 ，拉力为，拉力为 ，处光滑接触，处光滑接触，试：试：画出碾子的受力图。画出碾子的受力图。第44页，此课件共64页哦ABCPACBFAFNBFBFFCBACBACBAFBFFAFAxFAyP作圆柱体的受力图作圆柱体的受力图作梁的受力图作梁的受力图第45页，此课件共64页哦F FBxBxF FByByA AB BC CP PF FA A作物体作物体ACB的受力图的受力图第46页，此课件共64页哦把把AC两端改为铰链约束两端改为铰链约束第47页，此课件共64页哦注意注意:连接两杆的铰连接两杆的铰第48页，此课件共64页哦第49页，此课件共64页哦P P2 2C CA AP P1 1C CB BF FAxAxF FAyAyF FCxCxF FCyCyF FBxBxF FByBy画杆件画杆件AC、BC 的受力图的受力图第50页，此课件共64页哦CBFCFB已知：已知：图示三角拱桥，由左、右两拱铰接而成。设各图示三角拱桥，由左、右两拱铰接而成。设各 拱自重不计，在左拱上作用有载荷拱自重不计，在左拱上作用有载荷P P。试：试：分别画出左、右拱及整体的受力图。分别画出左、右拱及整体的受力图。BAPC第51页，此课件共64页哦BAPCBAPCFBFAxFAyACPFAFCCBFCFB第52页，此课件共64页哦BCAC讨论：讨论：若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力图？若左、右两拱都考虑自重，如何画出各受力图？第53页，此课件共64页哦TETDABCDEHPCAEFCBADEFBFCP试：试：分别画出每个物体及整体的受力图。分别画出每个物体及整体的受力图。FBFAxFAy第54页，此课件共64页哦试试:画出下列各构件的受力图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。第55页，此课件共64页哦试试:画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图第56页，此课件共64页哦试：试：分别画出每个物体及整体的受力图。分别画出每个物体及整体的受力图。第57页，此课件共64页哦注意注意:连接三杆的铰连接三杆的铰必须考虑铰必须考虑铰分别画出各杆及整体的受力图。分别画出各杆及整体的受力图。单独画销钉单独画销钉CFABFAxFAyFA第58页，此课件共64页哦销钉销钉C 连接在连接在BC 杆上杆上FABFAxFAyFA第59页，此课件共64页哦CAFABFAxFAyFA销钉销钉C 连接在连接在CD 杆上杆上第60页，此课件共64页哦试试:画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图第61页，此课件共64页哦第62页，此课件共64页哦第63页，此课件共64页哦作业作业：1-1（e）（）（i）（）（k）1-2（a）（）（h）（）（k）第64页，此课件共64页哦