工程力学 教学课件 作者 于荣贤 工程力学第1章.pptVIP

工程力学 主编 于荣贤 * 机械工业出版社 第一篇 静力学 静力学主要研究物体在力作用下的平衡问题，即对物体受力进行分析和分析物体在力系作用下的平衡条件。 在工程实际中，平衡规律有其广泛的应用。各种机器或建筑物，在设计时首先要进行静力学分析，以便确定其各部件或零件的受力情况，从而选择合理的尺寸、形状和材料，因此，静力学是工程力学的基础，在这里首先工程力学的基础—-静力学。 第1章 静力学基础 学习目标: 了解静力学基本概念、力及刚体的概念，理解静力学公理及推论，掌握常见约束的反力分析法，正确画出受力图。 1．1静力学基本概念 1．1．1力的概念 力是人们在长期的生活和生产实践中从感性认识到理性认识逐步形成的一个概念。即力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形态发生改变。物体运动状态的改变是力的外效应；物体形态的改变是力的内效应。静力学和运动力学只研究力的外效应，而材料力学则研究力的内效应。 注1： 因为力是物体间相互的机械作用，所以它不能脱离物体而存在。 注2：力对物体作用的效应决定于力的大小、方向和作用点。通常称为力的三要素。当这三个要素中任何一个有所改变时，力的作用效果就会改变。 注3：本书采用国际单位制，牛[顿](N)或千牛(kN)。 注4：力是矢量。在图上它可用一有向线段(矢线)来表示，如图1-1所示。线段的长度(按一定的比例)表示力的大小，线段的箭头表示力的指向，线段的始端或末端表示力的作用点，线段所在的直线称为力的作用线。 图1-1力的表示 本书用黑体字母表示矢量，用普通字母表示矢量的大小。 1．1．2力系 一般情况下，作用于物体上的力不是一个，而是几个，同时作用在一个物体上的几个力称为力系。如果作用于物体上的力系使物体处于平衡状态，则称该力系为平衡力系。它是机械运动的一种特殊形式，指物体相对于地保持静止或匀速直线运动。 1．1．3刚体的概念 所谓刚体，就是在任何情况下，任意两点间距离都保持不变的物体。当然，在宇宙中并无刚体存在，一切物体受力都要产生变形，刚体只是一个理想的力学模型。工程力学的静力学和运动力学部分在研究物体的平衡或运动时，将物体的微小变形忽略不计，而将物体视为刚体。在材料力学部分需研究物体的变形，故不能把物体看成刚体。 1．2 静力学公理 公理是人们通过长期的缜密观察和经验积累得到的结论，已为实践所证实，并为大家所公认。静力学公理是人们关于力的基本性质的概括和总结，是静力学理论的基础。 公理一 二力平衡公理 作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的充分必要条件是：这两个力大小相等、方向相反且作用在同一直线上(简称等值、反向、共线)，如图1-2所示。二力平衡公理总结了作用于刚体上的最简单力系平衡时必须满足的条件。 图1-2二力平衡条件 对于变形体来说，公理一给出的条件是必要的，但不是充分的。 工程上常遇到仅受二力作用而处于平衡的物体称为二力构件或二力杆。根据公理一，该两力必沿此二力作用点的连线。 图1-3二力构件 图1-3a所示的托架，其中AB杆若不计自重，则仅在A和B两点受力，是一个二力构件。根据二力平衡公理可以确定，AB杆所受的力必沿A和B两点的连线(见图1-3b)。 公理二 加减平衡力系公理 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体作用的外效应。也就是说，加上或减去的平衡力系对刚体的平衡或运动状态毫无影响。 推论1 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上任意一点，而不改变它对刚体作用的外效应(见图1-4)。 由力的可传性原理可以看出，对刚体而言，力的作用点已不再是决定其效应的要素之一，而由作用线取代。因此，作用于刚体上的力的三要素是：力的大小、方向和作用线。 注意：公理二及其推论1只适用于刚体而不适用于变形体。 图1-4力的可传性 公理三 力的平行四边形法则 作用于刚体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，其作用线必通过该点，合力的大小和方位由两个力所构成的平行四边形的对角线表示。 设在刚体的A点，作用有力F1和F2（图1-5），如以R表示他们的合力，则可以写成矢量表达式： 图1-5力的合成 （黑体字） 图1-5力的合成 推论2：三力平衡汇交定理． 当刚体受到同平面内互不平行的三个力作用而平衡时，则此三力的作用线必汇交于一点。 图1-6