静力学基础知识-文档资料.ppt
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1、静力学基础知识静力学基础知识1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理1.2 1.2 约束、约束的基本类型约束、约束的基本类型1.3 1.3 受力分析和受力图受力分析和受力图返回目录1LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识v掌握力的基本概念;掌握力的基本概念;v掌握静力学公理;掌握静力学公理;v掌握约束的类型及其特征;掌握约束的类型及其特征;v准确的画出物体的受力图。准确的画出物体的受力图。本章要点本章要点2LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学
2、基础知识静力学基础知识静力学基础知识 力是物体间的相互作用,其效果是使物体的力是物体间的相互作用,其效果是使物体的运动运动状态发生改变(平动或转动)状态发生改变(平动或转动)或或物体发生变形。物体发生变形。静力学只研究静力学只研究刚体刚体,因此,只讨论物体在力,因此,只讨论物体在力的作用下整体的平衡问题。的作用下整体的平衡问题。力的单位,采用国际单位时为:力的单位,采用国际单位时为:或或1.1力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理一、力的概念一、力的概念牛顿(牛顿(N)千牛(千牛(kN)1kN=103N3LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知
3、识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识力对物体的作用效果取决于力的力对物体的作用效果取决于力的大小、方向与作用大小、方向与作用点。点。我们称之为我们称之为力的三要素力的三要素(1)(1)力的三要素力的三要素(2)力系力系物体受到若干力的作用,统称力系物体受到若干力的作用,统称力系平面力系:各力作用线均在同一平面内平面力系:各力作用线均在同一平面内 根据各力作用线的关系,可分为根据各力作用线的关系,可分为平面任意力平面任意力系系、平面平行力系平面平行力系和和平面汇交力系平面汇交力系4LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学
4、基础知识力是矢量,用力是矢量,用“F F”或或表示。表示。(已知力的方已知力的方位和作用点,但未知它的指向和大小,这时可以位和作用点,但未知它的指向和大小,这时可以任意预设指向)任意预设指向)力是一个具有固定作用点的力是一个具有固定作用点的定位矢量定位矢量。A但在刚体静力学中力可以看作是但在刚体静力学中力可以看作是滑动矢量。滑动矢量。(详见力的可传性)(详见力的可传性)A或或1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理5LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静
5、力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识作用于一个物体上的一群力,称为作用于一个物体上的一群力,称为力系力系。对物体作用效果相同的力系,称为对物体作用效果相同的力系,称为等效力系等效力系。使物体处于平衡的力系,称为使物体处于平衡的力系,称为平衡力系平衡力系。如果一个力和一个力系等效,则该力为此力系如果一个力和一个力系等效,则该力为此力系的的合力合力,而力系中的各个力称为这个力的而力系中的各个力称为这个力的分力分力。二、力系、合力二、力系、合力6LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识三、静力学基本公理(力的基本性质)三
6、、静力学基本公理(力的基本性质)1.二力平衡公理二力平衡公理(EquilibriumofTwoForces)作用在作用在同一刚体上同一刚体上两力平衡的必要和充分条件是:两力平衡的必要和充分条件是:两力两力等值、反向、共线等值、反向、共线。v在两个力作用下平衡的构件在两个力作用下平衡的构件称为二力杆。称为二力杆。1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理7LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识只有两个力作用下处于只有两
7、个力作用下处于平衡的物体平衡的物体二力构件二力构件不是二力构件不是二力构件二力杆不一定是直杆二力杆不一定是直杆8LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识 若在作用于若在作用于刚体上刚体上的已知力系上添加或减去任的已知力系上添加或减去任何平衡力系,则对刚体的作用效应并不改变。何平衡力系,则对刚体的作用效应并不改变。2 2、加减平衡公理、加减平衡公理在此,力是有固定作用线的在此,力是有固定作用线的滑动矢量滑动矢量1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本
8、公理力的基本概念和静力学基本公理9LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它对刚体的作用效应而不改变它对刚体的作用效应推论:推论:力的可传性力的可传性力的三要素可以叙述为:力的三要素可以叙述为:大小、方向、作用线大小、方向、作用线10LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识3.3.平行四边形公理平行四边形公理(Parallelogram Axiom)(Paralle
9、logram Axiom)作用在作用在物体的同一点上物体的同一点上的两个力的合力仍作的两个力的合力仍作用在该点上,其大小和方向由两个力组成的用在该点上,其大小和方向由两个力组成的平行四边形的对角线表示。平行四边形的对角线表示。1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理11LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识F1F2RF1F2R1212LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基
10、础知识静力学基础知识静力学基础知识刚体只受平面内三力作用而处于平衡状态时,若此三力刚体只受平面内三力作用而处于平衡状态时,若此三力不互相平行,则必汇交于一点,(不互相平行,则必汇交于一点,(在特殊情况下,力在在特殊情况下,力在无穷远处汇交无穷远处汇交平行力系平行力系。)。)推论推论2:三力平衡汇交定理:三力平衡汇交定理F F1 1F F3 3R R1 1F F2 2A A=证明:证明:A A3 3F F1 1F F2 2F F3 3A A3 3A AA A2 2A A1 11.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基
11、本概念和静力学基本公理13LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识4.4.作用与反作用公理作用与反作用公理(Action and Reaction)(Action and Reaction)两物体间的相互作用力总是同时存在,且其大两物体间的相互作用力总是同时存在,且其大小相等、方向相反、沿同一直线,小相等、方向相反、沿同一直线,但作用在两但作用在两个不同的物体上。个不同的物体上。例例 吊灯有人说两个人打架一个痛一个不痛,为什么?有人说两个人打架一个痛一个不痛,为什么?1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学
12、基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理14LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识变形体在已知力系作用下平衡时,若将此变形体视为刚变形体在已知力系作用下平衡时,若将此变形体视为刚体(刚化),则其平衡状态不变。体(刚化),则其平衡状态不变。5 5、刚化原理、刚化原理注意:刚化要在变形体发生变形后平衡时进行。注意:刚化要在变形体发生变形后平衡时进行。此原理的意义在于此原理的意义在于,可以把任何已处于平衡的变形体看,可以把任何已处于平衡的变形体看成刚体,而对它应用刚体静力
13、分析中的全部理论。成刚体,而对它应用刚体静力分析中的全部理论。刚化原理演示1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理15LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识四、力的正交分解四、力的正交分解力的分解是力的合成的逆运算,同样遵循平行四边形法力的分解是力的合成的逆运算,同样遵循平行四边形法则。则。R RF F1 1F F2 2F F1111F F2222R=R=F F1 1+F+F2 2R=R=F F1111+F+F22
14、22为了使解答唯一且计算方便,为了使解答唯一且计算方便,一般把一个已知力沿两个相一般把一个已知力沿两个相互垂直的方向进行分解称为互垂直的方向进行分解称为力的力的正交分解正交分解。x xy yF FF Fx xF Fy yF Fx x=F=FCOSCOSF FY Y=F=FSinSin返回1.1 1.1 1.1 1.1 力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理力的基本概念和静力学基本公理思考题:思考题:P17 1P17 1至至7 7作业:作业:P18 8P18 8至至9 916LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静
15、力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识荷载的分类:荷载的分类:工程上常见的荷载有工程上常见的荷载有集中荷载(集中力)、分布荷载集中荷载(集中力)、分布荷载、集中力偶、分布力偶集中力偶、分布力偶。1、如果力集中作用于一点,这种力称为、如果力集中作用于一点,这种力称为集中荷载集中荷载(集中力集中力)(单位为(单位为N或或kN)。实际上,任何物体间的作用力都分布在有实际上,任何物体间的作用力都分布在有限的面积上或体积内,但如果力所作用的范围比受力作用的物限的面积上或体积内,但如果力所作用的范围比受力作用的物体小得多时,以及作用在刚体上力的合力都可以看成是集中力。体小得多时,以及作用在刚体上力的合力
16、都可以看成是集中力。ABCABCFAFBFC17LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识 2、对对于于作作用用范范围围不不能能忽忽视视的的力力(荷荷载载),称称为为分分布布荷荷载载。分分布布在在物物体体的的体体积积内内的的荷荷载载如如重重力力等等,称称为为体体荷荷载载(单单位位为为N/m3或或kN/m3)。分分布布在在物物体体的的表表面面上上,如如楼楼板板上上的的荷荷载载、水水坝坝上上的的水水压压力力等等,称称为为面面荷荷载载(单单位位为为N/m2或或kN/m2)。如如果果力力(荷荷载载)分分布布在在一一个个狭狭长长范
17、范围围内内而而且且相相互互平平行行,则则可可以以把把它它简简化化为为沿沿狭狭长长面面的的中中心心线线分分布布的的力力(荷荷载载),如如分分布布在在梁梁上上的的荷荷载载,称称为为线线分分布布力力或或线线荷荷载载(单单位位为为N/m或或kN/m)。体体荷荷载、面荷载、线荷载统称为分布荷载。载、面荷载、线荷载统称为分布荷载。pq18LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识3、同样对于作用于极小范围的力偶,称为、同样对于作用于极小范围的力偶,称为集中力偶。集中力偶。(单位为(单位为Nm或或kNm)19LIMING UNIVER
18、SITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识4、对于作用范围不能忽视的力偶,称为分布力偶。、对于作用范围不能忽视的力偶,称为分布力偶。(单位为(单位为Nm/m或或kNm/m)返回20LIMING UNIVERSITY第一章第一章第一章第一章 静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识静力学基础知识1.2约束、约束的基本类型约束、约束的基本类型1.2 1.2 1.2 1.2 约束、约束的基本类型约束、约束的基本类型约束、约束的基本类型约束、约束的基本类型约束约束 :对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为
19、约束。约束。(阻碍物体运动的装置)(阻碍物体运动的装置)约束反力约束反力 :约束给被约束物体的力叫约束反力。约束给被约束物体的力叫约束反力。(约束反力总是与物体运动或运动趋势的方向相反)(约束反力总是与物体运动或运动趋势的方向相反)如:踢到墙上的足球所受的力。如:踢到墙上的足球所受的力。自由体:自由体:位移不受限制的物体叫自由体。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。位移受限制的物体叫非自由体。约束反力约束反力以外的力统称为以外的力统称为主动力主动力,工程上又称荷载。,工程上又称荷载。如:物体的自重,土压力、水压力等。如:物体的自重,土压力、水压力等。一、
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