静力学公理.受力分析.ppt

《静力学公理.受力分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《静力学公理.受力分析.ppt（79页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、内容内容 绪论绪论 1.1 静力学公理静力学公理 1.2 约束约束 约束反力约束反力 受力图受力图 要求要求 了解理论力学的内容了解理论力学的内容 掌握静力学公理掌握静力学公理 掌握典型约束及约束反力掌握典型约束及约束反力 会作受力图会作受力图练习练习作业作业 1.1（a,c）；）；1.2（a，b）；）；1.4 马红艳马红艳工程力学系工程力学系401401 理论力学理论力学84707247 考评方法考评方法总分总分100100 =期末考试期末考试 90%90%实验成绩实验成绩 10%10%期末考试统考统批期末考试统考统批 试验试验-综合实验楼综合实验楼1 1楼楼 共共4个，网上选课个，网上选课

2、 按时参加按时参加 按规定格式写报告按规定格式写报告 实验室老师评分实验室老师评分 考勤考勤 每课点名每课点名 3次迟到算次迟到算1次旷课次旷课 3次旷课不允许参加期末考试次旷课不允许参加期末考试作业作业 每周交一次每周交一次 按时交按时交 字母、公式规范字母、公式规范 尺规绘图尺规绘图 绪 论一、理论力学的研究对象和内容机械运动：物体在空间的位置随时间的改变。平衡：机械运动的特殊情况。理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。内容：运动学、动力学。静力学、理论力学的研究对象和内容静力学研究受力物体的平衡条件；运动学只从几何的角度来研究物体的运动（如轨迹、速度和加速度等）动力学研究受力物体的运

3、动与作用力之间的关系。内容：运动学、动力学。静力学、二、理论力学的研究方法 1.通过观察生活和生产实践中的各种现象，进行多次的科学实验，经过分析、综合和归纳，总结出力学的最基本的规律。提水制造辘轳搬运重物使用杠杆、滑轮“力”、“力矩”杠杆原理伽利略对自由落体和物体在斜面上的运动进行多次实验“加速度”理论力学的研究方法 2.在对事物观察和实验的基础上，经过抽象化建立力学模型，形成概念，在基本规律的基础上，经过逻辑推理和数学演绎，建立理论体系。忽略微小变形刚体模型抓住物体间机械运动的相互限制的主要方面理想约束模型理论力学的研究方法 3.将理论力学的理论用于实践，在解释世界、改造世界中得到验证和发展

4、。古典力学理论在现实生活和工程中得到验证，发展形成新的力学分支：刚体力学、弹塑性力学、流体力学、生物力学、。三、学习理论力学的目的 1.为解决工程问题打下一定的基础。2.为学习一系列后续课程打下重要基础。3.为今后解决生产实际问题，从事科学研究工作打下基础。是一门理论性较强的技术基础课 材料力学、机械原理、机械设计、结构力学、静力学引言静力学研究物体在力系作用下的平衡问题 一、刚体和力的概念 刚体刚体在力的作用下，其内部任意两点之间的在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变。距离始终保持不变。刚体是一个理想化的力学模型刚体是一个理想化的力学模型。理论力学中，静力学研究的物体只限于刚体

5、，故又称刚体静力学，它是研究变形体力学的基础。力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化。力对物体的作用效果决定于三要素：用矢量表示力的单位为力的单位为 N 和和 kN （1）力的大小；（2）力的方向；（3）力的作用点。A力系是指作用于物体上的一群力。平衡是指物体相对于惯性是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动。参考系保持静止或作匀速直线运动。FF1F2F3F4F5二、静力学研究的问题 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力系分类：平面力系(力的作用线共面）空间力系平面汇交力系平面一般力系平面平行力系1-1 静力学公理 是力系

6、简化的基础。第一章 静力学公理和物体的受力分析 合力矢等于这两个力矢的几何和（矢量和）。公理1：力的平行四边形法则 简化：力三角形F1F2合力合力合力合力F FR RF1F2FRF2FRF1公理2：二力平衡条件 无论刚体是什么样的形状，如果只受两个力作用且平衡，则这两个力必然满足二力平衡条件。这样的物体叫二力构件二力构件 二力平衡的必要与充分条件:二力等值，反向，共线。FF BA二力杆二力杆 公理3：加减平衡力系原理这是研究力系等效变换的重要依据。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。BAF BAF F1F1F1=FBAF 作用于刚体上某点的力，可以沿着它的作用线移

7、到刚体内任意一点，并不改变该力对刚体的作用。推理1 力的可传性对刚体而言，力的三要素：大小、方向、作用线推理2 三力平衡汇交定理 作用于刚体上的三个相互平衡的力，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，且第三个力的作用线通过汇交点。BAC CB BA AC CF12F2F1F3F3F1F2公理4 作用和反作用定理FBAFAB BB BFBFA 作用力和反作用力总是同时存在，两个力的大小相等，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。A公理5 刚化原理 变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化为刚体，其平衡状态保持不变。柔性绳刚性杆FF FF 公理及推论的适

8、用条件 适用于刚体适用于刚体FF F F 注意注意1-2 约束和约束反力 约束对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反。自由体位移不受限制的物体非自由体位移受到限制的物体 约束对物体的作用，实际上就是力，称为约束反力，简称反力。约束和约束反力1.具有光滑接触表面的约束 约束反力作用在接触点处，方向沿接触表面的公法线，并指向受力物体这种约束反力称为法向反力。用FN表示。FNABCFNAFNBFNC滑槽与销钉滑槽与销钉F FN N光滑接触面约束约束反力法向反力，压力FN齿轮啮合力光滑接触面约束FN2.柔索约束绳索、链条或胶带等绳索对物体的约

9、束反力拉力 作用在接触点，方向沿着绳索背离物体。PPFTFT柔索约束链条或胶带也都只能承受拉力。绕在轮子上，对轮子的约束反力沿轮缘的切线方向。3.光滑铰链约束无论约束反力方向朝向何方，它的作用线必垂直于轴线无论约束反力方向朝向何方，它的作用线必垂直于轴线并通过轴心。并通过轴心。(1)向心轴承常用一对正交力表示常用一对正交力表示轴承轴当主动力尚未确定时，约束反力的方向预先不能确定。A光滑铰链约束(2)圆柱铰链和固定铰链支座圆柱铰链，简称铰链、中间铰A中间铰A铰链铰链A A铰链铰链接触点接触点接触点接触点铰链固定铰支座两个支反力分量A A4.滚动支座（可动铰支座）一个支反力AAAAAAzyx5.球

10、铰球球 6.止推轴承Azyx轴轴承1-3 物体的受力分析和受力图 qAB q 取分离体取分离体 ；分析约束与相应分析约束与相应的约束反力的约束反力 ；画出荷载与可能画出荷载与可能的约束反力的约束反力.受力分析受力分析分析物体受到的全部力分析物体受到的全部力 （载荷和约束反力）。（载荷和约束反力）。载荷：主动力；载荷：主动力；约束反力：被动力约束反力：被动力分析方法分析方法取分离体，画受力图。取分离体，画受力图。物体的受力分析和受力图例1-1：用力F 拉动碾子，遇到障碍A。作碾子的受力图。BA物体的受力分析和受力图例1-2：屋架如图所示。已知自重P，均布风力q作屋架的受力图。DC例1-3 画出下

11、列各研究对像的受力图：（1）CD杆；（2）横梁AB（包括电动机）二力杆二力杆二力杆二力杆ABDCABA二力杆二力杆二力杆二力杆例1-4 画出三铰拱桥各部分的受力图（不计自重）三力平衡汇三力平衡汇三力平衡汇三力平衡汇交交交交A例1-4 讨论计入自重时三铰拱桥各部分的受力图DE例例1-51-5 梯子如图所示。画出下列各研究对像的受力图：（1）绳子DE；（2）AB杆；（3）AC杆；（4）整体。CBAEDBADCAE小 结1.1.静力学研究物体在力系作用下的平衡问题。静力学研究物体在力系作用下的平衡问题。包括：包括：（1 1）物体的受力分析；）物体的受力分析；（2 2）力系的等效替换；）力系的等效替换

12、；（3 3）力系的平衡条件。）力系的平衡条件。公理公理5 5 刚化原理。刚化原理。这个公理阐明了变形体抽象成刚体模型的条件，并指出刚体平这个公理阐明了变形体抽象成刚体模型的条件，并指出刚体平衡的必要和充分条件只是变形体平衡的必要条件。衡的必要和充分条件只是变形体平衡的必要条件。2.2.静力学公理静力学公理公理公理1 1 力的平行四边形法则。力的平行四边形法则。公理公理2 2 二力平衡条件。二力平衡条件。公理公理3 3 加减平衡力系原理。加减平衡力系原理。这个公理是研究力系等效变换的依据。这个公理是研究力系等效变换的依据。公理公理4 4 作用和反作用定律。作用和反作用定律。这个公理阐明了两个物体

13、作用的关系。这个公理阐明了两个物体作用的关系。3.3.约束和约束反力约束和约束反力 限制非自由体某些位移的周围物体，称为约束。限制非自由体某些位移的周围物体，称为约束。如：绳索、光滑铰链、滚动支座、二力构件、球铰链如：绳索、光滑铰链、滚动支座、二力构件、球铰链及止推轴承等。及止推轴承等。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向与该约束所能阻碍的位移方向相反。约束反力的方向与该约束所能阻碍的位移方向相反。画约束反力时，应分别根据每个约束本身的特征画约束反力时，应分别根据每个约束本身的特征来确定其约束反力的方向。来确定其约束反力的方向。典型的（平面）约

14、束及其约束反力约束约束反力特征柔索沿中心线，只承受拉力光滑面通过接触点，沿公法线指向物体ABABAB典型的（平面）支座及其支反力固定铰支座可动铰支座ABAB5.5.物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图是研究物体平衡和运动的前题。是研究物体平衡和运动的前题。画物体受力图时，首先要明确研究对象（即取分离体）。画物体受力图时，首先要明确研究对象（即取分离体）。物体受的力分为主动力和约束反力。物体受的力分为主动力和约束反力。当分析多个物体组成的系统受力时，要注意当分析多个物体组成的系统受力时，要注意分清内力与外力，内力成对可不画；分清内力与外力，内力成对可不画；还要注意作用力与反作用力之间的相

15、互关系。还要注意作用力与反作用力之间的相互关系。下列构件哪个属于二力杆？ABCDFFABCD 讨论讨论FDFC二力杆二力杆不是不是二力杆二力杆1.若CD改为折线形杆，对受力图有无影响？2.若铰D移至B，受力分析有何不同？ABCDFABCDF 讨论讨论BF二力杆二力杆BDAOE练习 画出管子O，构件AB 及整体的受力图OBDAOEPDFDT2例1-2 画出下列各研究对像的受力图：（1）滑轮B；（2）CD杆；（3）横梁ABCABDCBT1=PFByFBxFCCABFByFBxFCFAyFAx二力杆二力杆二力杆二力杆再再 见见 作作 业业 P.20 1.1（a,c，d，i，j）1.2（a，i，k，m

16、，o）如销钉和梁看成一体如销钉和梁看成一体AB滑轮滑轮重物重物销钉销钉例三例三整体整体分离体分离体销钉销钉如销钉和如销钉和BCBC为一整体，为一整体，ACAC为二力构件，为二力构件，BCBC1、（、（3分）不计自重，画出分）不计自重，画出A、B两处约束反力的正确方两处约束反力的正确方 向（包括方位和指向）。向（包括方位和指向）。二力杆二力杆三力汇交三力汇交5、（、（10分）刚架结构受力如图。不计自重，试绘出分）刚架结构受力如图。不计自重，试绘出AB、AE、CD杆、销钉杆、销钉A及整体的受力图。及整体的受力图。XEYEXBMBYBXBMBYBXA1YA1NCXA2YA2NDXEYENCNDXA1

17、YA1XA2YA25、（、（10分）刚架结构受力如图。不计自重，试绘出分）刚架结构受力如图。不计自重，试绘出AB、AE、CD杆、销钉杆、销钉A及整体的受力图。及整体的受力图。XEYEXBMBYBXBMBYBXAEYAENCPYAENDXEYEXAENCNDXAEYAEXABYABFrFN例：例：已知已知 各结构、机构如图各结构、机构如图,图中未画重力的物体重图中未画重力的物体重量均不计量均不计,所有接触处均为光滑接触所有接触处均为光滑接触;求画出图中物体求画出图中物体A A、ABCABC或者物体或者物体ABAB、BCBC的受力图。的受力图。题题1 1题题2 2FRAFRC题题3 3FRCFAX

18、FAy题题4 4FRFyFx例：不计自重，画受力图。例：不计自重，画受力图。整体整体ABAB杆杆DEDE杆杆BCBC杆杆BFBF杆杆销钉销钉B B例：画出每个标注字符的物体、整体及销钉例：画出每个标注字符的物体、整体及销钉A A（销钉（销钉A A穿穿透各构件）的受力图。未画出重力的物体的重量均不计，透各构件）的受力图。未画出重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。所有接触处均为光滑接触。思路：思路：遵循受力分析的总思路，从总体受遵循受力分析的总思路，从总体受力下手，分析各处的约束反力，再力下手，分析各处的约束反力，再依次分析各杆件和销钉的受力。依次分析各杆件和销钉的受力。注意：分析受力

19、方向是假设的，最注意：分析受力方向是假设的，最后以正负号来决定方向。后以正负号来决定方向。总体受力图总体受力图其他各杆的受力和其他各杆的受力和销钉的受力图销钉的受力图AB杆杆AD杆杆DE杆杆如图所示，是一个由销钉如图所示，是一个由销钉连接而成的机构，先分析连接而成的机构，先分析整体受力，再按各杆件和整体受力，再按各杆件和销钉来分析受力。销钉来分析受力。例：画出每个标注字符的物体、整体及销钉例：画出每个标注字符的物体、整体及销钉A A（销钉（销钉A A穿穿透各构件）的受力图。未画出重力的物体的重量均不计，透各构件）的受力图。未画出重力的物体的重量均不计，所有接触处均为光滑接触。所有接触处均为光滑

20、接触。总体受力图总体受力图杆杆ACAC杆杆ABAB销钉销钉A ABCBCADAD例：例：已知各结构、机构如图已知各结构、机构如图,画出各标注字符的物体的受力图及整画出各标注字符的物体的受力图及整体受力图体受力图.FCFDyFDx总体受力图总体受力图题题5 5各物体受力图各物体受力图FCFABFABFBAFBAFDyFDxFAyFAxFR总体受力图总体受力图题题6 6FAyFAxFTFCxFCyFRBFTFCyFCx各物体受力图各物体受力图FAyFAxFByFBx题题7 7总体受力图总体受力图各物体受力图各物体受力图FAxFAyFDxFDyFCyFCxFEyFExFPFCxFCyFByFBxFT2FDxFT1FT2FExFEyFT3FTFDyAEBC滑轮滑轮D滑轮滑轮EFDyFDxFA题题8 8总体受力图总体受力图FCxFDxFCyFDyFBFAyFAxFCyFCxFAFAxFABFAy各物体受力图各物体受力图习题习题12（k）整体整体销钉在销钉在AC上上销钉在销钉在CB上上销钉作为单独物体销钉作为单独物体