第一篇工程力学范例.pptx

第一章 静力学基础 制作者：刘小宁 第一节 静力学的基本概念 一、力的概念 1.力的定义 力是物体间的相互作用，作用的结果，使物体的运动状态发生变化或使物体发生变形 力的效应：外效应和内效应 2.力的三要素 力的大小、方向和作用点 （1）力的大小 反映物体间机械作用的强弱，单位用牛顿（N）或者 千牛（kn）表示 （2）力的方向 指静止支点在力的作用下的方向 包括方位和指向 例如谈到某钢索拉力垂直向上，垂直是该力的方位，向上是它的指向 2.力的作用点 力在物体作用的地方 集中力 接触面积非常小 可抽象一个点 比如沙包大的拳头 分布力 接触面积非常大 比如桥梁的桥墩 3.力的矢量表示 常用一个带箭头的线段表示，称为：有向线段 标量：只考虑大小的量，如长度、时间、质量等 矢量：既考虑大小又考虑方向 线段的长度按一定比例代表力的大小，线段的方位与箭头表示力的方向， 其起点或终点表示力的作用点 二、刚体的概念 在静力学中，常把研究的物体抽象为刚体 刚体：指在任何力的作用下都不发生变形的物体（或者说其内任意两点健距离保持不变） 为了研究物体受力，使问题简化 三、平衡的概念 物体的平衡状态是物体相对于地面处于静止或做匀速直线运动的状态， 第二节 静力学基本公理 公理就是人类经过长期的观察和实践积累起来的经验，加以概括和总结得到的结论，它的正确性在实践中得到的验证，已被人们工人为符合客观现实的真理， 公理一：二力平衡公理 作用于一个刚体上的力，使刚体保持平衡状态的必要与充分条件是：二力大小相等、方向相反、且沿着同一直线 公理2作用与反作用公理 两个物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且大小相等、方向相反、沿着同一直线（等值、反向、共线）分别作用在这两个物体上 特点：一切成对出现 区别：与二力平衡公理有区别，叙述了两个物体之间的相互作用的关系，而二力平衡公理叙述了作用于同一刚体上的二力平衡条件 公理3：加减平衡力系公理 在任意一个已知力系上加上或减去任意平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用 推论1力的可传递性原理 作用于刚体上的里，可沿其作用线滑移到任一点，不会改变该力对该刚体作用效果 注意：力的可传递性原理只适用于刚体且只能沿其作用线滑移而不能任意移至作用线以外的位置 推论1 ：力的传递性公理 作用于刚体上的力，可沿其作用线滑移到任一点，不会改变该力对该刚体作用效果 注意：力的可传递性原理只适用于刚体且只能沿其作用线滑移且不能任意移至作用线以外的位置 公理4：力的平行四边形公理 作用于物体上痛一点的两个力，可以合成为一个合理，合力也作用于该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成平行四边形的对角线来确定 推论2：三力平衡汇交定理 刚体受三个力作用而平衡，若其中两力的作用力汇交与一点，则此三力必共面，且作用线必汇交于 一点 第三节 约束和约束反力 自由体 ：位移不受限制的物体称为自由体 (飞机、飞行器、气球) 同学们 还能想到其他的自由物体吗 非自由体：位移受到限制的物体 Thinking about …… 约束：对非自由体的位移起限制作用的周围物体  约束反力：约束限制物体运动的力 （比如：发动机轴承给曲轴的力，柔索给重物的力，） 常见的约束类型 一、柔索约束 钢丝绳、传动带、链条简化为柔索 作用在接触点， 方向沿柔索背离物体，恒为拉力，用Ft表示 二、光滑接触面约束 两物体直接接触，忽略接触处的摩擦，约束只能限制过接触点沿接触面公法线指向约束的运动，不能限制在接触面切线方向的运动 约束反力必然过接触点的法向，指向被约束的物体，称为法向反力 分为 1.点和面接触 2.面和面接触 3. 线和面接触 三、光滑铰链约束 典型的铰链约束 ：两个带有圆孔的物体，用圆柱销连接 光滑铰链约束性质 ： 限制物体在垂直于销钉轴线平面内任意方向的移动 不能限制物体绕销钉轴线的转动和沿销钉轴线的移动 约束反力的方向：应过接触点K沿接触面公法线方向，即沿过销中心点和接触点的连线 约束反力方向不能预先确定，用过销中心的两个正交分力FX FY 表示 1.固定铰链支座 支座固定在支撑面上，支座与物体的连接采用铰链连接 若用铰链连接一个二力构件，则铰链约束反力必须按照二力平衡公理画在两个力作用点的连线上 二力构件：只有两个作用力平衡的刚体称为二力或二力构件 2.活动铰链支座 在铰链支座下面装上几个滚轴，使它在支撑面上能任意移动，称为活动铰链支座 四 固定端约束 一端固定、另一端自由的支座称为固定端约束 特点：使构建的横截面既不能转动 也不能移动 MA为阻止转动的力 第四节 物体的受力分析和受力图 物体的受力分析是指 对构件受到几个力，每个