刚体静力学.ppt

1.1 力的概念 　　力的概念是人们在长期的生产劳动和日常生活中逐步建立起来的。 　　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状发生改变。 　　力使物体运动状态发生改变，称为力的外效应。而力使物体形状发生改变，称为力的内效应。 　　在分析物体受力情况时，必须分清哪个是受力物体，哪个是施力物体。 　　实践证明，力对物体的作用效应决定于三个要素：(1) 力的大小；(2) 力的方向；(3) 力的作用点。这三个要素称为力的三要素。 　　力的大小是指物体间相互作用的强弱程度。 　　力的方向包含方位和指向两个含义。 　　力的作用点是指力对物体作用的位置。 　　作用于一点的力，称为集中力。 　　在力的三要素中，当其中任一要素发生改变时，力对物体的作用效应也随之改变。  1.2 刚体的概念 　　在静力学中，把所研究的物体都看做是刚体。所谓刚体是指在力的作用下，大小和形状保持不变的物体。 　　实际上，刚体是不存在的，它是一个理想化的力学模型。 　　一个物体能否看做为刚体，不仅取决于物体变形的大小，而且和问题本身的要求有关。 1.3 静力学公理 　　作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用线相同(简称这两个力等值、反向、共线)。 　　一个物体只受两个力作用而平衡时，这两个力一定要满足二力平衡公理。例如，拉杆AB的两端分别受到FA和FB的作用(图1.2)。又如在起重机上挂一重物(图1.3(a))，重物受到绳索拉力T和重力W的作用(图1.3(b))，这两个力方向相反、作用在同一铅垂线上。 1.4 约束与约束反力 　　在工程结构中，每一构件都根据工作要求以一定的方式和周围的其他构件相互联系着，它的运动因而受到一定的限制。一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周围物体称为该物体的约束。 　　约束给被约束物体的力，称为约束反力，简称反力。约束反力的方向总是与约束所能限制的运动方向相反。 　 1.5 受力图 在研究物体的平衡问题时，首先要对物体进行受力分析，即分析物体受到哪些力的作用。 这种从周围物体中单独分离出来的研究对象，称为分离体。在分离体上画出它所受到的全部主动力和约束反力，这样所得到的图形，称为受力图。 能够主动使物体运动或有运动趋势的力称为主动力或者载荷。 （1） 柔体约束(柔索约束) 　　柔体约束的约束反力通过接触点，其方向沿着柔体约束的中心线且背离物体(为拉力)。这种约束反力通常用T表示(图1.14)。 （2） 光滑面约束 　　两个相互接触的物体，如果接触面上的摩擦力很小而略去不计，那么由这种接触面所构成的约束，称为光滑接触面约束。 　　光滑接触面的约束反力通过接触点，其方向沿着接触面的公法线且指向物体。通常用N表示(图1.15)。 1.4.2 几种觉的约束类型 （3） 光滑圆柱铰链约束 　　圆柱铰链简称铰链，它是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中而构成(图1.16(a)、(b)），并假设销钉与圆孔的表面都是完全光滑的。圆柱铰链的计算简图如图1.16(c)或(d)所示。 　　　圆柱铰链的约束反力在垂直于销钉轴线的平面内，通过销钉中心，而方向未定。在对物体进行受力分析时，通常把圆柱铰链的约束反力用两个相互垂直的分力Rx和Ry来表示(图1.16(f))。 （4） 固定铰链支座约束 　　工程上常用一种叫做支座的部件，将一个构件支承于基础或另一静止的构件上。如将构件用光滑的圆柱形销钉与固定支座连接，则该支座称为固定铰支座(图1.17(a))。固定铰支座的计算简图如图1.17(b)或(c)所示。 　　由固定铰支座的构造形式可知，它的约束性能与圆柱铰链相同，所以固定铰支座的约束反力与圆柱铰链的反力相同，如图1.17(d)所示。 （5） 辊轴铰链支座约束 　　如果在固定铰支座与支承面之间加装辊轴，则该支座称为辊轴铰链支座(图1.18(a))。辊轴铰链支座的计算简图如图1.18(b)或(c)所示。 　　辊轴铰链支座的约束反力通过销钉中心，垂直于支承面，如图1.18(d)所示。 （6） 固定端约束 　　对物体一端起固定作用，限制物体的转动和移动的约束，称为固定端约束或固定端支座。 固定端约束可用一简化的力学模型来表示，即一端插入固定面内一端自由的直杆。 图1.14 图1.15 图1.16 图1.17 图1.18 1.5.1 受力图的概念 * * 静力学基础 　　本章主要研究力的概念、刚体的概念、静力学的四个公理、约束与约束反力、受力图的画法。 本章提要 本 章 内 容 1.1 力的概念 1.2 刚体的概念 1.3 静力学公理　 1.4 约束与约束反力 1.5 受力图 1.1.1 力的定义 1.1.2 力的三要素