工程力学第1章静力学基本概念与物体受力分析.ppt

工程力学,第一篇 静力学,引言,工程力学,静力学,材料力学,刚体,平衡时的变形体,平衡问题,强度问题,刚度问题,稳定性问题,第一章 静力学基本概念与受力分析,1 静力学基本概念2 约束与约束力3 受力图,1 静力学基本概念,刚体：在力作用下不变形的物体，即刚体内部任意两点间的距离保持不变。平衡：物体相对惯性参考系静止或作匀速直线平移。,1 静力学基本概念,力的概念,力是物体间的相互机械作用,力的三要素：大小，方向，作用点,力的三要素表明，力是一个具有固定作用点的定位矢量。,力矢量（力矢）：F,自由矢量,：接触作用和场作用,注：分布力的作用点有无限多个。,1 静力学基本概念,力的作用效应 内效应:物体的变形。外效应:物体运动状态的改变。,注意：力作用于可变形的物体时，既有内效应，也可能有外效应。力作用于刚体时，不会有内效应，只可能有外效应。,“勇气号”火星探测器着陆装置气袋,1 静力学基本概念,等效力系:对同一刚体产生相同作用效应的力系,力 系：作用在物体上的一组力,合力:与某力系等效的一个力,平衡力系:对刚体不产生任何作用效应的力系,2 约束与约束力,自由体：可以在空间任意运动的物体,非自由体：运动受到某些限制的物体,2 约束与约束力,约 束：限制物体运动的条件。,约束体：约束非自由体运动的物体。,列车是非自由体铁轨是约束体,约束力：约束体作用在非自由体上的力。,铁轨作用在车轮上的力为约束力,主动力：主动作用于物体的力，如重力,风力,气体压力,2 约束与约束力,约束的性质：约束力的方向与限制物体运动的方向相反。,（一）柔索绳索、链条、皮带等,约束力特点：力沿柔索方向，受拉。,限制该方向的运动,约束力的分类：,2 约束与约束力,（二）光滑面约束,约束力沿公法线方向指向被约束的物体,假设条件：不计摩擦,2 约束与约束力,不计摩擦时，齿轮间的约束也属于光滑面约束。,2 约束与约束力,1、固定铰链支座,固定铰链简图,（三）光滑圆柱铰链,A,2 约束与约束力,首都机场候机楼顶棚拱架支座,2 约束与约束力,2、连接铰链,注意：作用力与反作用力的关系,问题：在忽略肌肉力的情况下，人体的哪些关节可以视为连接铰链？,2 约束与约束力,3、活动铰链支座,4、径向轴承,2 约束与约束力,固定与活动铰链支座的应用,2 约束与约束力,（四）光滑球铰链,人造髋关节,2 约束与约束力,止推轴承,约束特点：,止推轴承比径向轴承多一个轴向的位移限制,约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力，亦有三个正交分力,2 约束与约束力,（五）二力构件/二力杆,二力平衡原理：作用于刚体上的两个力为平衡力系的充分必要条件是：此二力等值、反向、共线。,若刚体上只有两点受力且不计其质量，则该刚体称为二力构件或二力杆。作用力沿两点连线、大小相等、方向相反。,3 受力图,关键：根据约束的类型画出研究对象的约束力,步骤：选研究对象；取分离体；画上主动力；画出约束反力。,3 受力图,例：结构如图所示，不计构件自重，画出AB杆的受力图。,CD杆为二力杆,3 受力图,例：画出AB杆的受力图。,3 受力图,例：画出滑轮、CD杆、AB杆和整体受力图。,1、研究滑轮,2、研究CD杆,不计杆件和滑轮自重,3 受力图,3、研究AB杆,4、研究整体,注意：研究整体时，不画物体间的内力。,3 受力图,注意：区分内力和外力；内力和外力随研究对象不同而不同；研究整体时，不画物体间的内力。,思考与练习,P11 例1-1阅读思考：每一个约束力的方向是根据什么确定的？P12 例1-2 阅读思考：1.各约束力方向的确定2.AB是否二力杆？3.H点的约束力属于内力还是外力？,画受力图应注意的问题,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，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,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，不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在分离体上。,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，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,作业,1-1(a)(b)1-2(d)1-3(c)1-4(a)(b)(d),本章结束,