工程力学 教学课件 作者 蔡广新 主编 第一篇.ppt

第一篇 静力学 第一篇 静力学 第一章 静力学基础 概述 第一节 静力学的基本概念 第二节 静力学基本公理 第三节 约束与反约束 第四节 受力分析与受力图 概述 静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 静力学主要研究：物体的受力分析、力系的简化和力系的平衡条件及应用。 一、力的概念 1.定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以使物体的运动状态和形状发生改变。 2.力的效应：①运动效应（外效应）②变形效应（外效应） 3.力的三要素：大小、方向、作用点 力的单位：国际单位制：牛顿（N） 千牛顿（kN） 力系：是指作用在物体上的一群力 公理：是人类经过长期实践和经验而得到的结论，他被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。 公理1 二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是： 这两个力大小相等︱F1︱=︱F2︱ 方向相反 F1=-F2 作用线共线 作用在同一刚体上 说明：①对一个刚体来说，上面的条件是充分必要条件 ②对于变形体或两个以上的刚体来说，上面的条件只是必要条件。 在刚体上作用有某一力系时，若再加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。 推论： 力的可传性 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。 公理3 力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。 公理4：作用与反作用公理 两物体之间相互作用的力，总是同时存在，两者大小相等，方向相反，沿同一条直线，分别作用在两个物体上。 例: 吊灯 公理5 刚化原理 变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体(刚化为刚体)，则平衡状态保持不变。 一、概念 自由体：能在空间自由运动的物体。 非自由体：受周为物体的阻碍、限制而不能自由运动的 物体。 约束：阻碍物体运动的限制物。 约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。 二、约束类型和确定约束反力方向的方法： 1. 柔体约束，柔体(绳索、链条、皮带等)只能受拉，所以他们的约束反力方向沿柔体背离物体。 3.光滑圆柱铰链约束 两个物体用光滑圆柱体(例如销钉)相连接，二者都可绕光滑圆柱体自由转动，这时光滑圆柱体须对所连接物体的移动形成约束。 ②固定交支座 ③活动铰支座(辊轴支座) 一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，机选择研究对象；然后根据已知条件及约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。 二、受力图 为了把研究对象的受力情况清晰的表示出来，必须将所确定的研究对象从周围物体中分离出来，单独画出简图，然后将作用于其上的所有主动力和约束反力全部表示出来，这样的图称为受力图或分离体图。 画物体受力图主要步骤为：①选研究对象 ；②取分离体；③画上主动力及约束反力。 例1 水平梁AB两端用固定支座A和活动支座B支承，梁在中点C处承受一斜向力F，与梁成α角，若不考虑梁的自重，试画出梁AB的受力图。 例2 如图所示结构，由AB和CD两杆铰接而成，在AB杆上作用有载荷F。设各杆自重不计，α角已知，试分别画出AB和CD的受力图。 例3 画出下列各构件的受力图 例4 画出下列各构件的受力图 * 下一页 下一页 上一页 第四章 空间力系 重心 第三章 平面一般力系 第二章 平面基本力系 第一章 静力基础 下一页 上一页 下一页 上一页 F A 下一页 上一页 第一节 静力学基本概念 F1 F2 F3 A B C 二、刚体 就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 三、平衡 是指物体相对与惯性参考系保持静止或做匀速直线运动的状态。 平衡力系：物体在力系作用下处于平衡, 称这个力系为平衡力系 下一页 上一页 F1 F2 刚体 下一页 上一页 第二节 静力学基本公理 二力体 F1 F2 ③二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。 F1 F2 多体 (变形体)绳 F1 F2 F1 F2 二力杆 下一页 上一页 因此，对刚体来说，力的三要素为：大小、方向、作用线 公理