第一章静力学的基本概念和受力分析精选文档.ppt
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1、第一章静力学的基本概念和受力分析本讲稿第一页,共五十七页 工程力学工程力学是一门主要基础课。是一门主要基础课。通过本门通过本门课程的学习,要求学生掌握静力学和材料力学课程的学习,要求学生掌握静力学和材料力学的基础知识,使学生对杆体的平衡、强度、刚的基础知识,使学生对杆体的平衡、强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念,必要的度和稳定性问题具有明确的基本概念,必要的基础知识和初步的计算能力,从而使学生能对基础知识和初步的计算能力,从而使学生能对简单工程问题进行定性分析。简单工程问题进行定性分析。课程简介课程简介工程力学分为工程力学分为理论力学理论力学和和材料力学材料力学两部分。两部分。本讲稿第二
2、页,共五十七页主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件;主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件;同时也研究物体受力的分析方法,以及力系简化同时也研究物体受力的分析方法,以及力系简化的方法。的方法。静力学静力学理论力学的研究对象和内容理论力学的研究对象和内容只从几何的角度来研究物体的运动(如轨迹、速只从几何的角度来研究物体的运动(如轨迹、速度、加速度等),而不研究引起物体运动的物理度、加速度等),而不研究引起物体运动的物理原因。原因。运动学运动学动力学动力学研究受力物体的运动和作用力之间的关系。研究受力物体的运动和作用力之间的关系。本讲稿第三页,共五十七页材料力学部分包括杆件的四种基本变形
3、(轴向材料力学部分包括杆件的四种基本变形(轴向拉伸与压缩拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、剪切与挤压、扭转、弯曲)的、弯曲)的内力、应力和变形,应力状态与强度理论,组内力、应力和变形,应力状态与强度理论,组合变形杆的强度和压杆稳定。合变形杆的强度和压杆稳定。材料力学的研究对象和内容材料力学的研究对象和内容本讲稿第四页,共五十七页教材:教材:工程力学工程力学尹尹 楠楠 主编,主编,国防科技大学出版社国防科技大学出版社教材及答疑教材及答疑本讲稿第五页,共五十七页 第一节第一节 静力学的基本概念静力学的基本概念 第二节第二节 静力学的基本公理静力学的基本公理 第三节第三节 约束与反约束力约束与反约束力
4、第四节第四节 构件的受力分析构件的受力分析 第五节第五节 构件的受力图构件的受力图第一章第一章 静力学的基本静力学的基本 概念和受力分析概念和受力分析本讲稿第六页,共五十七页v本章是学习各门力学的基础,它贯穿着本学科的始终。学本章是学习各门力学的基础,它贯穿着本学科的始终。学习时主要掌握四个概念(刚体、平衡、力、力系)、四个习时主要掌握四个概念(刚体、平衡、力、力系)、四个公理(二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边公理(二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边形法则、作用力和反作用力公理),掌握常用约束的特点形法则、作用力和反作用力公理),掌握常用约束的特点并能正确地画出相应的约束
5、力,熟练掌握对物体进行受力并能正确地画出相应的约束力,熟练掌握对物体进行受力分析的方法和步骤,并能正确地画出物体的受力图。分析的方法和步骤,并能正确地画出物体的受力图。教学目的和要求教学目的和要求本讲稿第七页,共五十七页v静力学的四个基本概念;静力学的四个基本概念;v三个静力学基本公理和平行四边形法则;三个静力学基本公理和平行四边形法则;v工程中常见的约束反力的特点及受力图;工程中常见的约束反力的特点及受力图;v对物体进行受力分析的方法和步骤以及画受力图。对物体进行受力分析的方法和步骤以及画受力图。教学重点教学重点本讲稿第八页,共五十七页v静力学基本公理的应用和推论;静力学基本公理的应用和推论
6、;v常见约束的区分与约束反力的画法;常见约束的区分与约束反力的画法;v构件受力分析的方法步骤和受力图的画法。构件受力分析的方法步骤和受力图的画法。难点难点本讲稿第九页,共五十七页一、刚体一、刚体v 刚体刚体在力的作用下,大小和形状都不变的物体。在力的作用下,大小和形状都不变的物体。刚体是静力学中对物体进行分析所简化的刚体是静力学中对物体进行分析所简化的抽象化力学模型抽象化力学模型(变形很小可忽略不计时)。(变形很小可忽略不计时)。实践证明:将物体抽象为刚体可使力学分析大大简化且结果足实践证明:将物体抽象为刚体可使力学分析大大简化且结果足够精确,既是工程分析允许的也是认识力学规律所必需的。但够精
7、确,既是工程分析允许的也是认识力学规律所必需的。但刚刚体这一模型的使用是有条件和范围的,即在静力学范围内构体这一模型的使用是有条件和范围的,即在静力学范围内构件可看作刚体。件可看作刚体。第一节第一节 静力学的基本概念静力学的基本概念本讲稿第十页,共五十七页二、平衡二、平衡vv平衡平衡平衡平衡物体相对于惯性参考系处于物体相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线静止或作匀速直线运动运动状态。状态。平衡是相对的,是运动的特例,平衡的规律远比一平衡是相对的,是运动的特例,平衡的规律远比一般规律简单。工程上有很多平衡问题。般规律简单。工程上有很多平衡问题。相对于地球不动的参考系称为相对于地球不动的参考系称为
8、惯性参考系惯性参考系。vv平衡力系平衡力系平衡力系平衡力系一个物体受某力系作用处于平衡,则此力系称为一个物体受某力系作用处于平衡,则此力系称为平平衡力系衡力系。力系使物体平衡而需要满足的条件称为力系力系使物体平衡而需要满足的条件称为力系平衡条平衡条件。件。本讲稿第十一页,共五十七页三、力三、力1.力是物体间的相互机械作用。2.力对物体作用效应v外效应:使物体的运动状态发生改变;v内效应:使物体的形状发生改变。3.力是矢量:力矢用大写黑体字母力矢用大写黑体字母“F”表示。表示。4.力的三要素:力的大小、方向、作用力的大小、方向、作用点。点。5.力的单位力的单位:牛顿(N)或千牛(kN)。(力力F
9、用有向线段表示)用有向线段表示)分布力和集中力分布力和集中力本讲稿第十二页,共五十七页四、力系四、力系v力系力系作用于物体上的一群力。作用于物体上的一群力。v合力合力:若一个力和一个力系等效,则这个力就称:若一个力和一个力系等效,则这个力就称为该力系的为该力系的合力。合力。力系中的每个力就称为力系的分力;力系中的每个力就称为力系的分力;将一个复杂力系简化为一个简单力系或一个将一个复杂力系简化为一个简单力系或一个力的过程,称为力的过程,称为力系的简化。力系的简化。本讲稿第十三页,共五十七页 力系的分类力系的分类p平面力系:所有力的作用线均在同一个平面内的力系。平面力系:所有力的作用线均在同一个平
10、面内的力系。平面汇交力系:作用线汇交于一点的平面力系;平面汇交力系:作用线汇交于一点的平面力系;平面平行力系:作用线相互平行的平面力系;平面平行力系:作用线相互平行的平面力系;平面任意力系:作用线既不汇交于一点,又不相互平行的平面平面任意力系:作用线既不汇交于一点,又不相互平行的平面力系。力系。p空间力系:所有力的作用线不在同一平面内的力系。空间力系:所有力的作用线不在同一平面内的力系。v空间汇交力系:作用线汇交于一点的空间力系;空间汇交力系:作用线汇交于一点的空间力系;v空间平行力系:作用线相互平行的空间力系;空间平行力系:作用线相互平行的空间力系;v空间任意力系:作用线既不汇交于一点,又不
11、相互平行的平面空间任意力系:作用线既不汇交于一点,又不相互平行的平面力系。力系。本讲稿第十四页,共五十七页v静力学公理概括了力的各种性质,是静力分析的理论基础。静力学公理概括了力的各种性质,是静力分析的理论基础。v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,使刚体处于平衡的必要和充作用于刚体上的两个力,使刚体处于平衡的必要和充分条件是:分条件是:这两个力的大小相等、方向相反、作用线共线,这两个力的大小相等、方向相反、作用线共线,作用于同一个物体上。作用于同一个物体上。矢量式:矢量式:F F1 1=F F2 2;第二节第二节 静力学的基本公理静力学的基本公理本讲稿第十五页,共
12、五十七页二力构件二力构件v二二力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的力系平衡时所应力平衡公理揭示了作用于物体上最简单的力系平衡时所应满足的条件。满足的条件。v工程上受两个力作用而平衡的刚体称为工程上受两个力作用而平衡的刚体称为“二力构件二力构件”或或“二二力体力体”。二力构件平衡时其所受的。二力构件平衡时其所受的两个力必沿着两个力作用点的两个力必沿着两个力作用点的连线,而且两力大小相等、方向相反。连线,而且两力大小相等、方向相反。F1F2本讲稿第十六页,共五十七页ABv 在进行构件受力分析时,能正确判断其是否为在进行构件受力分析时,能正确判断其是否为二力构件二力构件,可,可使问题顺利解决。使问题
13、顺利解决。这点很重要!这点很重要!F1F2F2F1CD本讲稿第十七页,共五十七页作用在物体上同一点的两个力可以合成为一个力,合力的作用点仍作用在这一点,合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。矢量表示法:F FR R=F=F1 1+F+F2 2公理公理2 2:力的平行四边形法则:力的平行四边形法则本讲稿第十八页,共五十七页公理公理3 加减平衡力系原理加减平衡力系原理推论推论1 力的可传性原理力的可传性原理作用在刚体上的力,可沿其作用线移到刚体内任作用在刚体上的力,可沿其作用线移到刚体内任意一点,而不改变该力对刚体的作用效应。意一点,而不改变该力对刚体的作用效应。在已知力
14、系中加上或减去任意的平衡力系,并不改变在已知力系中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原力系对刚体的作用。本讲稿第十九页,共五十七页推论推论 2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理平衡时平衡时F3必与必与 F12 共线则三力必汇交共线则三力必汇交O 点,且共面。点,且共面。作用于刚体上的三个力平衡,若其中两个力的作用线汇交于一点,则此作用于刚体上的三个力平衡,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,且第三个力的作用线必通过此汇交点。三力必在同一平面内,且第三个力的作用线必通过此汇交点。本讲稿第二十页,共五十七页公理公理4 作用与反作用公理作用与反作用公理两物体间相
15、互作用的力,总是大小相等、方向相反,两物体间相互作用的力,总是大小相等、方向相反,沿同一直线,并分别作用于两个物体上。沿同一直线,并分别作用于两个物体上。在画物体受力图时要注意此公理的应用。在画物体受力图时要注意此公理的应用。本讲稿第二十一页,共五十七页第三节第三节 约束与反约束力约束与反约束力如果一个物体不受任何限制,可以在空间自由运动(例如可在空中自由飞行的飞机),则此物体称为自自由体由体;反之,如一个物体受到一定的限制,使其在空间沿某些方向的运动成为不可能(例如绳子悬挂的物体),则此物体称为非自由体非自由体。本讲稿第二十二页,共五十七页约束:对非自由体的位移起限制作用的物体。约束:对非自
16、由体的位移起限制作用的物体。约束反力:约束对非自由体的作用力。约束反力:约束对非自由体的作用力。约约束束反反力力大小大小待定;待定;方向方向与该约束所能限制的位移方向相反;与该约束所能限制的位移方向相反;作用点作用点接触处。接触处。第三节第三节 约束与反约束力约束与反约束力本讲稿第二十三页,共五十七页1、柔性约束、柔性约束由柔软的绳索、链条或者皮带等构成由柔软的绳索、链条或者皮带等构成的约束。的约束。工程常见的约束工程常见的约束v只能限制物体沿柔体伸长方向的运动只能限制物体沿柔体伸长方向的运动,只能受拉,不能受压;只能受拉,不能受压;v柔性约束反力确定柔性约束反力确定:作用于触点作用于触点,方
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