工程力学C-第1章静力学基本概念与物体受力分析.ppt

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1、第一篇 静力学,物体的受力分析,力系的等效替换（或简化）,建立各种力系的平衡条件,静力学主要研究物体在力(力系)的作用下的平衡问题,静力学基本概念,约束和约束反力,本章小结,物体的受力分析和受力图,第1章 静力学基本概念与物体受力分析,1-1 静力学基本概念,1.刚体,注：刚体是抽象化的力学模型,理论力学研究的物体都是刚体,刚体力学,静力学刚体静力学,刚体：在力的作用下，其内部任意两点之间的距离 始终保持不变。,任何物体在力的作用下都要产生变形，称为变形体,变形体,刚体,1-1 静力学基本概念,实际物体能否简化为刚体，主要取决于所研究问题的性质。,刚化,2.平衡的概念,平衡是指物体相对于惯性参

2、考系保持静止或作匀速直线运动。,平衡是物体机械运动的一种特殊形式。,我们常把固结在地球上的参考系视为惯性参考系，这样比如桥梁、机床的床身、作匀速直线飞行的飞机等等，均可看作处于平衡状态。,1-1 静力学基本概念,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。,3.力的概念,1-1 静力学基本概念,力的三要素,4.力系的概念,作用在物体上的一群力 力系,1-2 静力学公理,1-2 静力学公理,2.加减平衡力系原理,在作用于刚体上的任意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效果。,重要推论一：力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移至刚体内任意一点，并不

3、改变它对刚体的作用效果。,作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线。,1-2 静力学公理,3.力的平行四边形法则,作用在物体上同一点的两个力的合力也作用在同一点上，其大小和方向由此二力矢量所构成的平行四边形对角线来确定。也可采用三角形法则确定合力。力的平行四边形法则是最简单的力系简化，同时此法则也是力的分解法则。,F=F1+F2,1-2 静力学公理,重要推论二：三力平衡汇交定理 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。（三力平衡，不平行，必汇交）,4.作用力与反作用力定律,作用力和反作用力总是同时存在

4、，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。,1-2 静力学公理,5.刚化公理,变形体受已知力系作用而平衡，若将该物体刚化为刚体，则平衡状态不受影响。,1-3 约束和约束反力,基本概念,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。,1-3 约束和约束反力,约束：对非自由体的某些位移起限制作 用的周围物体或条件。,约束反力的方向必与该约束所能够阻碍的位移方向相反，作用点必然在约束和被约束物体的相互接触点，大小通常是未知的。,约束反力：约束对非自由体施加的力,工程中常见的几类约束,约束特征:只限制物体沿接触面（点）公法线趋向于支承面 方向的运动。,1.

5、光滑接触面约束,约束力特征:作用在接触面（点）上，沿接触面（点）的公 法线方向并指向受力物体。,绳索,皮带,链条,2.柔性体约束,约束力特征:作用在接触点上，方向沿着绳索 且背离物体。,约束特征：只限制物体沿柔性体伸长方向的运动。,3.光滑圆柱形铰链约束,约束特征：只限制物体沿销钉径向的运动。不限制沿其轴向和 绕轴的转动运动属光滑面约束,约束反力特征：沿着接触面的公法线（沿销钉的径向），大小 和方向都是未知量（假定两互相垂直分量）。,3.光滑圆柱形铰链约束,固定铰链支座,3.光滑圆柱形铰链约束,连接铰链或中间铰,3.光滑圆柱形铰链约束,向心轴承或径向轴承,约束与约束力示意图,3.光滑圆柱形铰链

6、约束,止推轴承,约束特征：限制物体在接触点处各个方向的移动，但不能 限制其绕球心的转动。,3.光滑圆柱形铰链约束,光滑球形铰链约束,约束反力特征：方位和指向都不定，常假定三个正交分量 Fx、Fy、Fz。,球形铰链约束及反力表示图,3.光滑圆柱形铰链约束,光滑球形铰链约束,约束特征：只限制垂直于支承面方向的运动。,约束反力特征：沿支撑面法线方向，通过铰 链中心并指向物体,3.光滑圆柱形铰链约束,辊轴铰链支座（可动铰链支座）,辊轴约束简化符号,辊轴约束反力表示,3.光滑圆柱形铰链约束,辊轴铰链支座（可动铰链支座）,链杆,约束特征：只限制物体沿杆轴线方向的运动。,约束反力特征：沿链杆的轴线方向（或两

7、铰链的连线方 向），指向不定（通常假定杆件受拉）。,3.光滑圆柱形铰链约束,二力构件,用一根不计自重的刚性构件，两端借助铰链把物体与支座连接起来构成的约束称为二力构件或二力杆。,二力杆约束简图,二力杆约束反力,注：二力构件不一定是直杆，也可以是曲杆。,4.二力构件,1-4 物体的受力分析和受力图,主动力、被动力与受力图,主动力：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。,被动力：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。,受力图:施力物体对研究对象的所有作用力的简图。,1-4 物体的受力分析和受力图,物体的受力分析的步骤,取所要研究物体为研究对象

8、（隔离体或整体），画出其简图；,画出所有主动力；,按约束性质画出所有约束（被动）力。,例 题 1,例 题 2,二力杆,二力曲杆,二力曲杆,类似情形1：,类似情形2：,图示水平梁AB用斜杆支撑，受力如图。试作出梁AB受力图。,例 题 4,例 题 5,三铰拱结构。试分别作出右半拱、左半拱、整体的受力图。,几点注意：,（1）先作二力构件的反力：,（2）C点必须按作用力与反作用力画；,（3）内约束反力不画；,（4）固定铰链约束反力画法；,方法一：,（作用力与反作用力的表示，FC、FC）,右半拱,左半拱,整体,方法二：,方法三：,按三力平衡汇交定理确定A点的反力。,右半拱,左半拱,整体,左半拱,整体,例

9、 题 6,试分别画出每个物体及整体的受力图。,方法一：,方法二：,图示机构。试作出构件OA、杆O1B和滑块一起的受力图。,例 题 7,FB,指出下列受力图中的错误，并予以改正。,FB,例 题 8,画受力图的注意事项,1、不要漏画或多画约束反力，对于画出的每 一个力应明确其施力体。,2、当分析两物体间存在相互作用力时，要注 意检查这些力的箭头是否符合作用力与反 作用力的关系。,3、当研究系统平衡时，在受力图上只画出外 部物体对研究对象的作用力（外力），不 画成对出现的内力。,本章小结,1.静力学研究作用于物体上力系的平衡。,物体的受力分析；,力系的等效替换（或简化）；,建立各种力系的平衡条件。,

10、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（包括变形）。,3.静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律。,公理1 力的平行四边形规则,公理2 二力平衡条件,以上两个公理，阐明了作用在一个物体上最简单的力系的合成规则及平衡条件。,公理3 加减平衡力系原理,这个公理是研究力系等效变换的依据。,公理4 作用与反作用定律,这个公理阐明了两个物体相互作用的关系。,约束：限制非自由体某些位移的周围物体或条件。,约束反力：约束对非自由体施加的力,物体的受力分析和受力图是研究物 体平衡和运动的前提。,4.约束与约束反力,作业:,1-1：(b)、(d),1-2：(b)、(d),1-3：(b)、(c)、(d)、(e),1-4：(b)、(c)、(d)、(f),1-5：(b)、(c),